Chlorophylle : notre oxygène vert ; comment les plantes ont-elles développé la photosynthèse ?
Les chlorophylles sont au cœur de la machinerie que les plantes vertes et certaines bactéries ont inventée pour s’alimenter en utilisant le soleil comme source d’énergie, le dioxyde de carbone comme source de carbone et l’eau. Dans cette réaction chimique, la plus importante de la biosphère, le gaz carbonique de l’atmosphère est transformé par photosynthèse en glucose et du dioxygène est dégagé. La structure chimique des chlorophylles est proche de celle de l’hémoglobine, avec trois différences fondamentales : le remplacement de l’ion central de fer par un ion magnésium, la réduction partielle d’un pyrrole, conduisant à la formation d’une chlorine et une chaîne latérale insaturée (sauf dans les algues brunes).
Il existe quatre types de chlorophylle correspondant à des variations sur la chaine latérale, mais surtout sur le noyau chlorine. La chlorophylle la plus abondante (désignée {châle : environ 3g/kg de feuilles fraîches) a été découverte en 1816 par les chimistes pharmaciens français Joseph Bienaimé Caventou et Joseph Pelletier qui lui donnèrent ce nom composé des racines grecques (vert) et feuille. Les algues vertes et les fougères sont riches en chlb et certaines cyanobactéries, parfois appelées algues bleues, en chld.
La chlorophylle est à l’origine d’un florilège unique de prix Nobel de Chimie : Richard Willstätter (Prix Nobel 1915) en propose la formule brute en 1910 ; Hans Fischer (Prix Nobel 1930) révèle sa constitution en 1940 ; Robert B. Woodward (Prix Nobel 1965) publie en 1960 sa synthèse totale ; Johan Deisenhofer, Robert Huber et Hartmuth Michel (Prix Nobel 1988) en donnent la structure tridimensionnelle lors de leur étude radio cristallographique du photosystème de Rhodopseudomonas viridis.
Elle est aussi à l’origine de l’invention, en 1903, de la chromatographie (littéralement « écriture de la couleur ») par le botaniste Michael Semyonovich Tsvett (dont le nom en russe veut dire couleur !), invention perdue puis redécouverte en 1931 par Edgar Lederer et Richard Kuhn… et couronnée (encore !) en 1952 par l’attribution du Prix Nobel de Chimie à Archer J.P. Martin, Richard L.M. Synge pour l’invention de la chromatographie de partage.
Au début du XIXe siècle, Nicolas-Théodore de Saussure lie la photosynthèse à la nutrition végétale et Louis Garreau définit la «respiration nocturne» qui est commune à tous les êtres vivants, tandis que la « respiration diurne » englobe la respiration et l’assimilation chlorophyllienne. Vers 1860, Jean-Baptiste Boussingault démontre que le volume de dioxygène gazeux dégagé et le volume de CO2 absorbé sont quasi identiques. Ce n’est qu’à partir de 1941, que l’utilisation de l’oxygène-18 (O*) permettra de démontrer, dans une algue unicellulaire chlorella, la réaction :
6 CO2 + 12 H2O* + 8 photons → C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2*
C’est au sein des organites intracellulaires, les chloroplastes, que le carbone inorganique du CO2 est transformé en carbone organique selon deux types de réactions : les premières, purement photochimiques, très rapides, se déroulent entre les photons absorbés et les molécules de pigments (dans le violet et le rouge) ;
Les secondes, dites réactions sombres, lentes, procèdent comme l’inverse du mécanisme respiratoire général dans le monde vivant (via des transporteurs d’électrons et de protons, les nucléotides-phosphates (ADP, NADP) et par l’ATP, ou adénosine-triphosphate. Par analogie avec la photochimie non biologique, cette conversion implique la transformation de l’énergie d’un photon en la différence de potentiel d’oxydoréduction entre un couple donneur-accepteur. Le rendement énergétique de l’opération est excellent (de l’ordre de 60 %), le rendement quantique proche de l’unité. Signalons que le Prix Nobel de Chimie 1961 couronna Melvin Calvin pour l’étude du mécanisme de l’assimilation du dioxyde de carbone par les plantes…
Sur la base des récoltes et la mesure de la croissance des arbres, les végétaux terrestres accumuleraient annuellement, par photosynthèse chlorophyllienne, environ 50 milliards de tonnes de carbone et les végétaux marins environ 20 milliards de tonnes, correspondant au total à un excédent de synthèse de substances organiques de 170 milliards de tonnes, et un stockage d’énergie environ 10 fois plus important que sa consommation annuelle mondiale. Ils constituent ainsi de formidables puits de carbone naturels.
La «Couleur de l’Océan» permet d’étudier le rôle joué par les organismes planctoniques marins dans le cycle du carbone à l’échelle globale et de suivre les évolutions climatiques actuelles depuis l’espace (radiométrie dans les domaines visibles et proche infrarouge), par les variations spectrales de la lumière diffusée par la couche supérieure de la surface des mers (d’un bleu profond en eaux pures à des verts sombres dans les eaux riches en phytoplancton).
Et n’oublions pas que sans le dioxygène libéré lors de l’oxydation de l’eau depuis des époques géologiques lointaines, l’atmosphère terrestre ne serait pas respirable pour nos organismes aérobies stricts !
La chlorophylle, c’est quoi au juste ?
La chlorophylle est le pigment végétal qui donne la couleur verte aux plantes. Elle est à l’origine du processus de photosynthèse, en absorbant la lumière solaire et en la convertissant en énergie. Plus précisément, elle absorbe le dioxyde de carbone (CO2) de l’atmosphère et rejette l’oxygène, dont nous avons besoin pour vivre. Sans elle, point de vie sur Terre !
Une très grande biodisponibilité
On se plaît à comparer chlorophylle et hémoglobine : tout comme la première apporte l’oxygène dans la sève des plantes, la seconde transporte l’oxygène dans le sang. Cette analogie presque parfaite diffère seulement d’un atome : le fer pour l’hémoglobine, le magnésium pour la chlorophylle. C’est grâce à cette proximité biochimique que la chlorophylle est très bien acceptée par le corps humain. Passons maintenant en revue ses multiples propriétés et bienfaits.
Aide à la production d’hémoglobine
De par sa très bonne biodisponibilité, la chlorophylle a une action stimulante sur notre sang. On a pu montrer qu’un apport en chlorophylle induit une élévation de la production d’hémoglobine et de globules rouges, ce qui peut influer positivement en cas d’anémie. Le fait d’ajouter du fer biodisponible augmenterait d’autant les effets et leur rapidité.
Régule le système digestif 
La chlorophylle contribue à rétablir l’équilibre acido-basique d’une flore intestinale parfois bouleversée par l’alimentation moderne et les stress ambiants. Elle régule également le transit de manière naturelle, en activant les muscles lisses des intestins.
Réensemence la flore intestinale
Par un « effet-barrière » dans le colon, la chlorophylle empêche les mauvaises bactéries de croître, en contribuant au réensemencement du tube digestif en bonnes bactéries. Ces dernières, se nourrissant de la chlorophylle, se reproduisent en laissant moins de place aux agents pathogènes.
Renforce les défenses immunitaires
Par son action régénérant de la flore bactérienne, la chlorophylle stimule le système immunitaire de l’appareil digestif, qui est le tissu humain le plus important de notre corps. On a également pu prouver qu’elle augmente la production des leucocytes, ou globules blancs, actifs dans la réponse immunitaire.
Purifie et désintoxique l’organisme
La chlorophylle a la propriété de se lier avec des molécules toxiques transitant dans les intestins et le sang (métaux lourds, additifs alimentaires, tabac, hydrocarbures, déchets métaboliques…) et de les évacuer par chélation. Elle a donc une action assainissant intestinale, sanguine et cellulaire. Les effets se ressentent rapidement : haleine purifiée, odeurs corporelles (selles, éructations, transpiration…) diminuées.
Tonifie et stimule muscles et nerfs
La chlorophylle a la faculté de stimuler et tonifier les muscles, notamment ceux du cœur, ainsi que les nerfs. Elle est un complément de choix dans les cas d’asthénie.
Régule l’assimilation des graisses et des sucres
La chlorophylle a des effets positifs sur l’équilibre des graisses et des sucres dans le sang, en contribuant à leur assimilation. Elle joue ainsi un rôle préventif et protecteur en ce qui concerne la régulation des taux de cholestérol dans le corps.
Lutte contre les radicaux libres
L’énergie captée et transmise par la chlorophylle permet d’améliorer la respiration cellulaire et freine le processus d’oxydation de la membrane cellulaire. Elle aide ainsi à lutter contre les radicaux libres, responsables du vieillissement prématuré des tissus, et active les défenses naturelles de l’organisme.
En usage externe, la chlorophylle est également très efficace pour assainir et cicatriser les plaies, infectées ou non, comme celles liées au diabète, aux champignons, à l’eczéma ou au psoriasis. Elle peut être utilisée en bain de bouche pour les gingivites, diluée dans de l’eau, de la vaseline ou de l’aloe vera.
Où la trouver ?
Les meilleures sources de chlorophylle sont les légumes verts, la concentration étant d’autant plus importante que la couleur verte est soutenue. Reste que la chlorophylle demeure souvent enfermée dans les parois cellulosiques des végétaux que nous mangeons, nous empêchant de l’assimiler au mieux. Pour atteindre les recommandations de 200 à 400mg/jour, il est conseillé de se tourner également vers les super-aliments fournissant un apport en chlorophylle sans effort digestif démesuré (graines germées, algues, jus d’herbe) et de se supplémenter avec des compléments alimentaires.
Origine de la Photosynthèse
Nous savons très peu de choses sur les premières origines de la photosynthèse. Il y a eu de nombreuses suggestions quant à l’endroit et à la manière dont le processus a commencé, mais il n’y a aucune preuve directe pour soutenir l’une des origines possibles. Il existe des preuves suggérant que des organismes photosynthétiques étaient présents il y a environ 3,2 à 3,5 milliards d’années, sous la forme de stromatolites, des structures en couches similaires aux formes produites par certaines cyanobactéries modernes, ainsi que de nombreux microfossiles qui ont été interprétés comme provenant de phototrophes. Dans tous ces cas, les phototrophes ne sont pas certains d’avoir été à l’origine des fossiles, mais sont déduits de la morphologie ou du contexte géologique.
Il existe également des preuves isotopiques de la fixation autotrophe du carbone il y a 3,7 à 3,8 milliards d’années, bien que rien n’indique que ces organismes étaient photosynthétiques. Toutes ces affirmations sur la photosynthèse précoce sont très controversées et ont suscité de nombreuses discussions animées dans la littérature. Les preuves du moment de l’origine de la photosynthèse oxygénée et de l’augmentation de l’oxygène dans l’atmosphère sont discutées ci-dessous. Les preuves accumulées suggèrent que la photosynthèse a commencé tôt dans l’histoire de la Terre, mais n’était probablement pas l’un des premiers métabolismes et que les premières formes de photosynthèse étaient anoxygéniques, les formes oxygéniques apparaissant beaucoup plus tard.
Comment les plantes ont-elles développé la photosynthèse ?
Pendant une grande partie de l’existence de la Terre, la flore a utilisé la lumière du Soleil pour rendre la planète verte
Lorsque la dernière mission Apollo était en route vers la Lune il y a cinq décennies, l’un des astronautes a pris un instantané parmi les plus célèbres de l’histoire de la NASA. Elle est connue sous le nom de photographie de «marbre bleu» car elle montre la Terre, à environ 28 000 miles de distance, sous la forme d’une sphère lumineuse, tourbillonnante et principalement bleue. La couleur dominante n’était pas surprenante, c’est la couleur des océans, qui couvrent près des trois quarts de la planète.
Mais la Terre n’est pas la seule à avoir de l’eau. Il est partout dans l’univers ; même ce voisin poussiéreux Mars, c’est maintenant évident, était autrefois inondé.
Ce qui distingue la Terre n’est pas le bleu mais le vert, un vert qu’il vaut mieux apprécier non pas de l’espace, mais de près – dans une pelouse de banlieue fraîchement coupée, dans des nénuphars sur un étang à grenouilles, dans un bosquet de sapins à flanc de montagne . C’est le vert de la chlorophylle, et de la photosynthèse.
La photosynthèse est la façon dont la nature utilise l’énergie solaire, sa façon d’utiliser toute cette énergie lumineuse provenant du soleil. Les cellules solaires modernes le font avec des semi-conducteurs, et la récolte se compose d’électrons, qui circulent après avoir été excités par des photons de lumière. Dans la nature, les électrons sont excités dans le pigment chlorophylle, mais ce n’est qu’une première étape. L’énergie est finalement stockée dans les liaisons chimiques des sucres qui, avec l’oxygène, sont les produits de la photosynthèse.
Ces produits ont transformé la Terre, l’oxygène adoucissant l’atmosphère et les sucres fournissant de la nourriture. Ensemble, ils ont permis un long et lent épanouissement de la vie qui a finalement inclus de nombreux organismes, dont les humains, qui ne peuvent pas photosynthétiser.
Les plantes ont utilisé la lumière de cette manière primordiale pendant une grande partie de l’existence de la Terre. Mais comment ont-ils acquis la capacité de photosynthèse ?
La réponse courte est qu’ils l’ont volé, il y a environ un milliard et demi d’années, lorsque des organismes unicellulaires appelés protistes ont englouti des bactéries photosynthétisantes. Au fil du temps, grâce au transfert de gènes aidé par un parasite, les bactéries absorbées sont devenues une partie fonctionnelle du protiste, lui permettant de transformer la lumière du soleil en nourriture. « Ce sont eux trois qui ont rendu cela possible », déclare Debashish Bhattacharya, biologiste de l’évolution à l’Université Rutgers. « L’arbre de vie implique beaucoup d’invention et de vol. » Une version de cette petite machine alimentée par la lumière du soleil et contenant de la chlorophylle existe à ce jour dans les cellules végétales. C’est ce qu’on appelle un chloroplaste.
Les scientifiques en apprennent encore sur le processus complexe, appelé endosymbiose, par lequel une cellule, comme un protiste, absorbe pour une raison quelconque d’autres êtres vivants pour créer quelque chose de tout à fait nouveau en biologie.
Les analyses génétiques des algues menées par Bhattacharya suggèrent que l’événement endosymbiotique pivot qui a doté les plantes du moteur de la photosynthèse ne s’est produit qu’une seule fois dans l’histoire des débuts de notre planète, chez un ancêtre commun – un seul protiste microscopique qui a fait du vert la couleur la plus importante sur Terre.
Cette dernière découverte satisfait un principe de base de la science : l’explication la plus simple est généralement la meilleure. L’idée que l’endosymbiose se serait produite une fois – avant que les protistes ne divergent et évoluent en différentes espèces – est beaucoup plus sensée que l’alternative : que l’endosymbiose se reproduisait avec chaque nouvelle espèce émergente.
L’acquisition de la machinerie de la photosynthèse a donné à ces premiers organismes un énorme avantage évolutif, qu’ils ont facilement exploité. Au cours des millions d’années qui ont suivi, cette capacité à utiliser l’énergie solaire a contribué à donner naissance à la grande diversité des êtres vivants de la planète. Alors, comme aujourd’hui, la lumière équivalait à la vie.
En 1938, la chlorophylle a été brevetée comme « agent thérapeutique à utiliser dans le traitement des infections » de la circulation sanguine, des parties infectées et des coupures et plaies ouvertes. (U.S. No. 2,120,667). Le brevet a été délivré au Dr Benjamin Gruskin de Philadelphie, en Pennsylvanie, qui l’a cédé à la Fondation Lakeland de Chicago, en Illinois. La chlorophylle est le pigment vert responsable de la photosynthèse chez les plantes. Gruskin a proposé que la chlorophylle soit préparée sous une forme soluble dans l’eau (chlorophyllines) pour être appliquée directement sur les parties infectées, ou appliquée par voie intraveineuse dans le flux sanguin. Il a déclaré avoir découvert que de cette manière, il y aurait une atténuation progressive des bactéries infectieuses. En outre, la formation du tissu de granulation est améliorée, ce qui favorise la guérison.
https://www.femininbio.com/societe/actualites-et-nouveautes/chlorophylle-notre-oxygene-vert-54696
https://www.smithsonianmag.com/science-nature/how-did-plants-develop-photosynthesis-21138044/
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/gb-2006-7-12-245
https://new.societechimiquedefrance.fr/produits/chlorophylles/