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Pigments végétaux

Variété de fruits et de légumes

Variété de fruits et de légumes (leonori, iStockphoto)

Variété de fruits et de légumes

Variété de fruits et de légumes (leonori, iStockphoto)

Sujets

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Pourquoi les plantes présentent-elles une si grande variété de couleurs? Découvre les pigments végétaux et leurs rôles dans les plantes.

T’es-tu déjà demandé d’où viennent les belles couleurs des plantes? Pourquoi certaines feuilles sont-elles vertes alors que certaines tomates sont rouges? Ce sont les pigments dans les plantes qui donnent cette variété de couleurs.

Qu’est-ce qu’un pigment?

En biologie, un pigment désigne toute substance colorée présente dans une cellule végétale ou animale. Les pigments donnent la couleur de notre peau, de nos cheveux et de nos yeux. Ils colorent aussi les plantes. Les objets peuvent nous sembler d’une certaine couleur selon les pigments qu’ils contiennent, car ces derniers absorbent et reflètent différentes longueurs d’onde de la lumière. Les plantes contiennent trois principaux types de pigments : les chlorophylles, les caroténoïdes et les flavonoïdes.

Types de pigments

Les chlorophylles

Les molécules de chlorophylle sont responsables de la couleur verte des plantes.

Elles sont essentielles à la photosynthèse. Lors de la photosynthèse, la chlorophylle absorbe l’énergie de la lumière. Les plantes utilisent ensuite cette énergie pour transformer le dioxyde de carbone (ou gaz carbonique) et l’eau en glucides (ou sucres) et en oxygène. La chlorophylle est produite dans des petits sous-compartiments cellulaires (organites) appelées chloroplastes. Pour approfondir le sujet, consulte ces ressources sur la lumière et les plantes.

Variety of green foods including kale and apples
Variété d’aliments verts (Source : LindasPhotography sur iStockphoto).
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La photo en couleur montre un plateau rempli de fruits, de légumes et d’un frappé, tous de couleur verte.

Au premier plan, une tasse en verre remplie d’un frappé vert vif avec une paille en métal. La tasse est entourée d’aliments présentant différents tons de vert. On peut distinguer des épinards, du chou frisé, du persil et des pommes vertes.

On trouve deux types de chlorophylle dans les plantes vertes : la chlorophylle a et la chlorophylle b. Ces molécules ont une structure très similaire. Seule la composition d’une chaîne latérale diffère.

Molécules de chlorophylle a et b
Molécules de chlorophylle a et b (Parlons sciences utilise une image de chromatos sur iStockphoto).
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Voici deux schémas en noir et blanc dont une petite partie de chacun est surlignée en jaune.

Le schéma de gauche correspond à la chlorophylle a ; celui de droite, à la chlorophylle b. Sur les deux schémas, on voit près du sommet des groupements et de longues chaînes s’étendant vers le bas et la gauche. Au sommet de la structure de la chlorophylle a, le groupe CH3 (3 en indice) est surligné en jaune. En haut de la structure moléculaire de la chlorophylle B, le même groupe présente deux liaisons chimiques covalentes supplémentaires. Vers la gauche, c’est une double liaison (=) étiquetée O (pour oxygène). Vers la droite, c’est une liaison simple (-) étiquetée H (pour hydrogène).

Les chlorophylles A et B absorbent toutes deux les ondes de la lumière correspondant aux couleurs bleue et rouge du spectre électromagnétique.

Elles diffèrent toutefois par leur absorbance à différentes longueurs d’onde du spectre de la lumière visible. Comme tu peux le voir sur ce graphique, le pic d’absorbance de la chlorophylle B est plus élevé dans la partie bleue du spectre. Le pic d’absorbance de la chlorophylle A est plus élevé dans la partie rouge du spectre.

Concrètement, cela signifie que les chlorophylles A et B vont “emprisonner” la lumière de couleurs bleue et rouge. Ces couleurs ne seront pas renvoyées vers tes yeux et tu ne pourras donc pas les voir.

En revanche, les deux types de chlorophylle n’absorbent pas beaucoup de lumière dans la partie verte du spectre (490 à 550 nanomètres ou nm). Cela signifie que la lumière verte est réfléchie et renvoyée vers tes yeux. Tu peux donc la voir.

C’est la raison pour laquelle les plantes contenant de la chlorophylle A et B nous semblent vertes. La chlorophylle A est associée aux tons vert foncé et la B, aux tons vert jaunâtre.

Spectres d’absorption des longueurs d’onde des molécules de chlorophylle A et B
Spectres d’absorption des longueurs d’onde des molécules de chlorophylle A et B (Parlons sciences utilise une figure de Daniele Pugliesi [CC BY-SA 3.0] sur Wikimedia Commons).
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Les deux courbes du graphique indiquent les endroits du spectre électromagnétique où la chlorophylle A et la chlorophylle B absorbent la lumière.

L’axe horizontal, intitulé Longueur d’onde [nm], comprend des valeurs allant de 400 à 700 nanomètres. En dessous de l’axe horizontal, une « règle » montre les couleurs associées à ces longueurs d’onde. Violet à 400nm, vert bleuté à 500nm, orange à 600nm et rouge à 700nm. L’axe vertical est intitulé Absorbance.

L’absorbance de la chlorophylle A, illustrée par une courbe vert foncé, commence à mi-chemin de l’axe vertical à une longueur d’onde de 400 nm. Elle atteint un pic à une longueur d’onde d’environ 425 nm avant de chuter, puis atteint un nouveau pic à une longueur d’onde d’environ 675 nm.

L’absorbance de la chlorophylle B, illustrée par une courbe vert clair, commence à peu près au quart de l’échelle d’absorbance à une longueur d’onde de 400 nm. Elle atteint ensuite un pic à une longueur d’onde d’environ 475 nm, puis descend nettement avant d’atteindre un nouveau pic à environ 625 nm.

Les plantes ont davantage de chlorophylle A que de chlorophylle B. La chlorophylle A compte pour près des trois quarts de la teneur en pigments des plantes. Elle absorbe mieux la lumière que la chlorophylle B. Il n’est donc pas étonnant qu’elle soit plus abondante dans les plantes. En fait, les plantes n’ont pas besoin de chlorophylle B pour la photosynthèse. C’est pourquoi les scientifiques la qualifient souvent de pigment accessoire. La chlorophylle B sert à absorber une plus vaste gamme de longueurs d’onde du spectre de la lumière visible. Les plantes qui poussent dans des conditions de faible luminosité tendent à contenir plus de chlorophylle B que celles qui reçoivent beaucoup de soleil.

Qu'est-ce que la CHLOROPHYLLE: Fonction, types et bien plus (2020) par Projetecolo (5min 4s).

Le savais-tu?

Étais-tu au courant de l’existence d’autres types de chlorophylles? Les chlorophylles C, D et F sont présentes dans certains types d’algues rouges et certaines cyanobactéries. Elles absorbent la lumière dans les parties bleue et rouge du spectre.

Les caroténoïdes

Les plantes affichent bien d’autres couleurs que le vert. Les fruits, les légumes et les fleurs se déclinent en une vaste palette de couleurs!

Ainsi, le jaune, l’orange et le rouge résultent généralement de la présence des caroténoïdes, un autre groupe de pigments.

Le bêta-carotène, le caroténoïde le plus connu, est produit par les chromoplastes, un sous-compartiment cellulaire (ou organite) des plantes. C’est ce pigment qui donne aux fleurs, comme par exemple les tournesols, leurs couleurs jaune et orange vif caractéristiques.

C’est aussi le bêta-carotène qui donne la couleur orange aux carottes et aux patates douces.

Si les feuilles virent au rouge et au jaune à l’automne, c’est parce que les caroténoïdes qu’elles contiennent se dévoilent. Ils deviennent apparents lorsque la chlorophylle (donc la couleur verte) se décompose en raison de la diminution des heures d’ensoleillement.

Red and yellow tulips in the foreground of a photo
Champ de tulipes jaunes et rouges (source : Nobilior sur iStockphoto).
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La photo montre des fleurs rouge vif et jaune or dont les tiges et les feuilles sont vertes.

C’est un gros plan de tulipes en fleurs. Les tiges vertes sont élancées et les feuilles sont pointues. Chaque tulipe est en pleine floraison. Les tulipes sont de couleur jaune ou rouge.

Les caroténoïdes absorbent les longueurs d’onde de la lumière entre 400 et 600 nm. Cette bande du spectre visible est principalement associée aux couleurs bleue et verte. Les caroténoïdes “emprisonnent” donc la lumière de couleurs bleue et verte. Ces couleurs ne seront pas renvoyées vers tes yeux et tu ne pourras donc pas les voir.

En revanche, les caroténoïdes reflètent les rayons jaunes, orange et rouges du spectre. Cela signifie que la lumière jaune, orange et rouge est renvoyée vers tes yeux. Tu peux donc la voir. Voilà pourquoi nous percevons les caroténoïdes comme étant jaunes, orange ou rouges.

Spectres d’absorption des longueurs d’onde de trois caroténoïdes bien connus
Spectres d’absorption des longueurs d’onde de trois caroténoïdes bien connus (Parlons sciences utilise une illustration basée sur une photographie ultraviolette et sur le travail de Daniele Pugliesi [CC BY-SA 3.0] sur Wikimedia Commons).
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Le diagramme en couleurs montre les endroits sur le spectre électromagnétique où la lutéine, le bêta-carotène et le lycopène absorbent la lumière.

L’axe horizontal, intitulé Longueur d’onde [nm], comprend des valeurs allant de 400 à 700 nanomètres. En dessous de l’axe horizontal, une « règle » montre les couleurs associées à ces longueurs d’onde : violet à 400nm, vert bleuté à 500nm, orange à 600nm et rouge à 700nm. L’axe vertical est intitulé Absorbance.

L’absorbance de la lutéine, représentée par la courbe jaune, commence à une position basse sur l’échelle de l’absorbance à une longueur d’onde de 400 nm. Elle atteint un premier pic à une longueur d’onde d’environ 490 nm, puis un second pic, plus modeste, à environ 510 nm. La courbe, par la suite descendante, disparaît à environ 590 nm.

L’absorbance du bêta-carotène, indiquée par la courbe orange, commence à une position basse sur l’échelle de l’absorbance à une longueur d’onde de 400 nm. Elle atteint un pic, un peu moins élevé que celui de la lutéine, à environ 500 nm, pour atteindre un plateau à environ 525 nm. La courbe, par la suite descendante, disparaît à environ 590 nm.

L’absorbance du lycopène, représentée par la courbe rouge, commence à une position basse sur l’échelle de l’absorbance à une longueur d’onde d’environ 410 nm. Elle atteint un petit plateau à environ 490 nm, puis connaît un pic à environ 510 nm. Ce pic est en dessous de celui de la lutéine et du bêta-carotène, à peu près au milieu de l’échelle d’absorbance. La courbe d’absorbance de la lutéine présente un autre pic, plus modeste, à environ 550 nm, avant de descendre et de disparaître à 600 nm.

Il existe deux principaux types de caroténoïdes : les carotènes et les xanthophylles.

Les carotènes englobent le 𝛃-carotène (bêta-carotène) et le lycopène. Ces pigments partagent la même formule chimique : C40H56. Leurs noms se terminent également par -ène.

Structures chimiques du bêta-carotène et du lycopène
Structures chimiques du bêta-carotène et du lycopène (© Parlons sciences, 2022).
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Les structures moléculaires du bêta-carotène et du lycopène figurent en noir et blanc.

La structure du haut porte le titre orange « Bêta-carotène ». La structure en dessous porte le titre rouge « Lycopène ». Les deux structures moléculaires sont longues, minces et horizontales. Le bêta-carotène possède des liaisons supplémentaires ; son arrangement moléculaire comporte des hexagones qui comptent trois liaisons supplémentaires à chaque extrémité. Toutes les liaisons sont étiquetées CH3 (3 en indice).

Le savais-tu?

La tomate doit sa couleur rouge principalement à la présence de lycopène, un caroténoïde. De nombreuses études montrent que le lycopène aurait des bienfaits sur la santé. La consommation de lycopène est associée à la réduction du risque de certains cancers.

Les xanthophylles comprennent la lutéine et la zéaxanthine. Ces pigments ont une structure chimique similaire à celle des carotènes. La principale différence réside dans la présence de molécules d’oxygène (O) supplémentaires. Leurs noms se terminent par -ine.

Les xanthophylles se trouvent dans de nombreux légumes verts et dans certaines fleurs. Certaines xanthophylles sont utilisées comme colorants alimentaires.

Structures moléculaires de la lutéine et de la zéaxanthine
Structures moléculaires de la lutéine et de la zéaxanthine (© Parlons sciences, 2022).
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Les structures moléculaires de la lutéine et de la zéaxanthine sont représentées en noir et blanc, la différence entre les deux étant surlignée en jaune.

Les deux structures, longues et étroites, présentent des hexagones à chaque extrémité. La structure moléculaire du haut porte le titre jaune « Lutéine ». Celle en dessous est intitulée « Zéaxanthine », aussi en jaune. À l’extrémité gauche des deux structures moléculaires, une double liaison étiquetée CH3 (3 en indice) est encerclée et surlignée en jaune. Cette double liaison (=) se trouve à la base de l’hexagone, à droite pour la lutéine et sur le côté droit de l’hexagone pour la zéaxanthine.

Tout comme les chlorophylles, les caroténoïdes absorbent l’énergie de la lumière solaire. Ils la transmettent ensuite aux molécules de chlorophylle pour stimuler la photosynthèse.

Les caroténoïdes agissent comme des antioxydants chez les êtres vivants. Les antioxydants sont des molécules capables de ralentir les réactions d’oxydation qui peuvent endommager les cellules.

Les flavonoïdes

Les flavonoïdes sont une famille de composés présents dans les plantes. Ces pigments sont à l’origine des couleurs rouges, jaunes, bleues et violettes.

Le type de flavonoïde le plus courant est l’anthocyanine, que l’on trouve dans des compartiments des cellules appelés les vacuoles.

Les anthocyanines sont responsables de la couleur rouge des roses, des pommes, des cerises, du chou rouge et des feuilles d’érable l’automne.

Collection of red-coloured foods, including peppers, strawberries, and pomegranate
Variété d’aliments contenant des flavonoïdes (source : marilyna sur iStockphoto).
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La photographie en couleurs présente des fruits et des légumes rouges et violets disposés sur une surface blanche.

La photo est prise d’en haut. Les aliments sont bien regroupés par type. De gauche à droite, en commençant en haut, figurent des fraises, des raisins rouges, des poivrons rouges, des tomates, des oignons rouges, des betteraves, du chou rouge, des bleuets, des cerises, des piments, des grenades et des pommes.

 

De nombreux pigments flavonoïdes absorbent la lumière dans des longueurs d’onde comprises entre 250 et 550 nm. Ils absorbent le mieux les rayons lumineux correspondant aux bandes ultraviolettes et bleu vert du spectre de la lumière. 

Cela signifie que les flavonoïdes “emprisonnent” donc la lumière ultraviolette (invisible par un œil humain) et la lumière bleu vert. Ces couleurs ne seront pas renvoyées vers tes yeux et tu ne pourras donc pas les voir.

En revanche, ils reflètent la lumière dans la partie bleue et violette du spectre. Cela signifie que la lumière bleue et violette est renvoyée vers tes yeux. Tu peux donc la voir. C’est pourquoi nouspercevons les flavonoïdes de couleur violacée.

Spectre d’absorption de l’œnine, un flavonoïde
Spectre d’absorption de l’œnine, un flavonoïde (Parlons sciences utilise une image NotWith [CC BY-SA 3.0] sur Wikimedia Commons).
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Le graphique présente en couleur les trois courbes d’absorbance de l’œnine et des chlorophylles A et B en fonction des longueurs d’onde du spectre électromagnétique.

L’axe horizontal, intitulé Longueur d’onde [nm], comprend des valeurs allant de 200 à 700 nanomètres. En dessous de l’axe horizontal, une « règle » montre les couleurs associées à ces longueurs d’onde. Cette règle commence dans le violet foncé à une longueur d’onde légèrement inférieure à 400 nm. Puis, elle passe au violet à 400 nm, au vert bleuté à 500 nm, à l’orange à 600 nm, puis au rouge à 700 nm. L’axe vertical est intitulé Absorbance.

La courbe violette indique l’absorbance de l’œnine. Elle commence aux deux tiers environ de l’échelle d’absorbance, à une longueur d’onde d’environ 280 nm. La courbe atteint rapidement un pic à une longueur d’onde d’environ 290 nm, puis descend assez bas avant d’atteindre à nouveau un pic à environ 510 nm. Puis, elle descend rapidement pour disparaître à une longueur d’onde d’environ 590 nm.

L’absorbance de la chlorophylle A, représentée par une courbe vert foncé, commence environ à mi-chemin de l’axe vertical à une longueur d’onde de 400 nm. Elle atteint un pic à une longueur d’onde d’environ 425 nm avant de chuter, puis atteint un nouveau pic à une longueur d’onde d’environ 675 nm.

L’absorbance de la chlorophylle B, illustrée par une courbe vert clair, commence à peu près au quart de l’échelle d’absorbance à une longueur d’onde de 400 nm. Elle atteint ensuite un pic à une longueur d’onde d’environ 475 nm, puis descend nettement avant d’atteindre un nouveau pic à environ 625 nm.

Les flavonoïdes remplissent de nombreuses fonctions.

Ils sont en partie responsables de la coloration et de l’arôme des fleurs et des fruits. Comme les flavonoïdes reflètent la lumière dans la partie ultraviolette du spectre électromagnétique, les insectes capables de percevoir les rayons ultraviolets peuvent les repérer facilement. Les fleurs qui contiennent des flavonoïdes seraient donc plus visibles pour les pollinisateurs.

Les flavonoïdes protègent également les plantes contre certains stress tels que les rayons ultraviolets, le gel, la chaleur et la sécheresse.

Les scientifiques ont étudié les flavonoïdes en raison de leurs possibles bienfaits sur la santé humaine. Ces composés aux propriétés anti-inflammatoires pourraient contribuer à prévenir le cancer.

flowers under visible light
Photos de fleurs telles qu’elles apparaissent sous la lumière visible (images jaunes, vertes et noires) et sous la lumière ultraviolette (images bleues et noires) (Matthew Gronquist, Alexander Bezzerides, Athula Atttygalle, Jerrold Mainwald, Maria Eisner et Thomas Eisner, 2001), Attractive and defensive functions of the ultraviolet pigments of a flower (Hypericum calycinum). PNAS 98 (24): 13745-13750) https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.231471698. Copyright (2001) National Academy of Sciences, U.S.A. Utilisée avec permission.).
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L'image sont présentées quinze photographies en couleurs de fleurs qui paraissent jaunes sous la lumière visible et bleu brillant sous la lumière ultraviolette.

Exposées à la lumière visible, les fleurs sont jaune vif sur fond noir. Exposées à la lumière ultraviolette, différentes parties des fleurs ressortent davantage.

Par exemple, sur la première photo, la fleur apparaît entièrement dans un seul ton de jaune. Sur la deuxième photo, les pétales extérieurs de la fleur apparaissent en bleu vif, tandis qu’une grande partie du centre est d’un bleu très foncé.

Le coin supérieur gauche ou inférieur gauche de chaque photographie est étiqueté de A à O.

En savoir plus

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Cet article par Le Plantoscope explique les différents pigments végétaux et leurs fonctions.

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Pourquoi les feuilles changent de couleur à l'automne? (2017)
Cette vidéo (1min 17s) d’Alloprof explique pourquoi les feuilles changent de couleur à l’automne.

Bien-Etre-caroténoïdes (2015)
Cette vidéo (5min 6s) de Télé Matin explique la valeur nutritionnelle et les bienfaits des caroténoïdes.

Références

Gronquist,M., Bezzerides, A., Attygalle, A., Meinwald, J., Eisner, M., & Eisner, T. (2001). Attractive and defensive functions of the ultraviolet pigments of a flower (Hypericum calycinum). PNAS, 98 (24) 13745-13750. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.231471698.

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