Pigments végétaux
Variété de fruits et de légumes (leonori, iStockphoto)
Variété de fruits et de légumes (leonori, iStockphoto)
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
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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.
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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).
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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.
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!
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
Harvard Forest. (n. d.) Leaf Pigments.
Helmenstine, A. M. (2021) Pigment Definition and Chemistry. ThoughtCo.
Jenkins, J. A. & MacKinney G. (1951) Color in Tomatoes. California Agriculture, February 1951, 13-14.
May, P. (n. d.) Chlorophyll. School of Chemistry, University of Bristol.
Mierziak, J., Kostyn, K., & Kulma, A. (2014). Flavonoids as important molecules of plant interactions with the environment. Molecules, 19(10), 16240–16265. https://doi.org/10.3390/molecules191016240
New World Encyclopedia. (n. d.) Carotene.
Picklesimer, P. (2010) Pigments in Tomatoes Pack a Punch. Futurity.
Plants in Action. (n. d.) 1.2.2 Chlorophyll absorption and photosynthetic action spectra.
Schulte, A. J.; Mail, M.; Hahn, L. A.; Barthlott, W. Beilstein. (2019). Ultraviolet patterns of flowers revealed in polymer replica – caused by surface architecture. Journal of Nanotechnology, 10, 459–466. DOI:10.3762/bjnano.10.45
Simms J. & Odle, T. (2018) Carotenoids. Gale Encyclopedia of Alternative Medicine.
WebExhibits.org. (n. d.) What pigments are in fruit and flowers? Causes of Color.