Exemple : le chloroplaste d'épinard

La structure des chloroplastes est très semblable chez la plupart des plantes supérieures. L'exemple choisi ici est le chloroplaste de feuille d'épinard, très utilisé en physiologie végétale.
Une vue générale à faible grossissement montre que les chloroplastes sont délimités par une enveloppe constituée de deux membranes, et contiennent des systèmes membranaires complexes composés de sacs (thylacoïdes) délimitant un espace intra-thylacoïdaire. Certains sont associés en piles (grana et thylacoïdes granaires), d'autres réunissent ces granas (thylacoïdes intergranaires). Dans un granum, les thylacoïdes granaires apparaissent étroitement liés entre eux (accolés).
Cette structure est très générale mais peut varier dans certaines conditions, par exemple selon l'âge du chloroplaste (chloroplaste jeune et âgé de la feuille d'orge), ou l'adaptation des plantes aux conditions lumineuses (ex : chloroplaste d'arum, plante d'ombre). On peut observer de grandes différences de structures chez les plantes à photosynthèse en C4 (ex : maïs)

Vue générale d'un thylacoïde dans une cellule de parenchyme chlorophyllien de feuille d'épinard en microscopie électronique à transmission. A gauche, une mitochondrie ; à doite, la paroi cellulaire. (Cliché : Christiane Tuquet).		Détail des thylacoïdes. Ils sont regroupés en thylacoïdes accolés (grana) reliés par des thylacoïdes intergranaires. (Cliché : Christiane Tuquet).
Détail d'un granum.		Coupe à congélation colorée négativement. On distingue très bien l'espace intra-thylacoïdaire et les membranes accolées des thylacoïdes granaires.

 

La MET en section ultrafine met bien en évidence les membranes (fixation osmique et contrastants additionnels). Les images de chloroplastes de plantes supérieures sont très homogènes. Le chloroplaste est formé d'une enveloppe constituée de deux membranes. A l'intérieur, on observe des empilements de lamelles de même épaisseur formant des blocs. Le fait que de très nombreuses sections, quelle que soit leur orientation, donnent la même vue, prouve que ces lamelles ont une forme de disques. L'empilement de plusieurs disques est appelé un granum et les lamelles des thylacoïdes granaires. Des lamelles plus grandes et moins régulières réunissent ces grana (lamelles ou thylacoïdes intergranaires). Ce double aspect granulaire et lamellaire selon l'orientation avait déjà été observé en microscopie photonique en observation vitale.
La microscopie électronique à transmission fait apparaître de plus dans l'espace non membranaire (le stroma), des ribosomes, des filaments d'ADN, des grains d'amidon et des granules lipidiques. Ces techniques ont abouti à la représentation classique (schéma) d'un chloroplaste.

Le chloroplaste apparaît entouré d'une enveloppe formée de deux membranes concentriques. A l'intérieur, on distingue des thylacoïdes empilés formant des grana et des thylacoïdes intergranaires. On note de plus, dans le stroma qui entoure les thylacoïdes, de l'amidon, des globules lipidiques, des ribosomes et de l'ADN.

 

Ce schéma, classique, laisse penser que les thylacoïdes sont séparés les uns des autres et que leurs espaces internes sont clos. Diverses observations structurales et expériences physiologiques montrent que ces espaces intra-thylacoïdes communiquent entre eux et qu'en fait, l'ensemble des systèmes membranaires constitue un réseau (communication inter-thylacoïde).
En microscopie électronique à transmission, différentes techniques permettent de mieux comprendre l'organisation précise des membranes des thylacoïdes (localisation des complexes protéiques, en particulier).

L'utilisation de l'immunocytochimie L'utilisation des mutants L'utilisation de la cryofracture L'utilisation de la coloration négative

Pour voir : les autres techniques d'étude des chloroplastes.

Pour voir d'autres exemples :

• Chloroplaste de la feuille d'orge
• Chloroplaste de la feuille d'arum
• Chloroplaste de la feuille de maïs