Informations

5.11E : Caroténoïdes et Phycobilines - Biologie


Pour aider les chlorophylles à absorber la lumière, peu d'organismes photosynthétiques utilisent des caroténoïdes et des phycobilines.

Objectifs d'apprentissage

  • Distinguer les caroténoïdes et les phycobilines

Points clés

  • Les chlorophylles absorbent la lumière plus efficacement à l'extrémité ultraviolette du spectre, mais toute la lumière qu'un organisme reçoit n'est pas à cette longueur d'onde. Ainsi, de nombreux organismes photosynthétiques dépendent de composés accessoires pour obtenir de la lumière à partir de différents spectres.
  • Les caréténoïdes aident à l'absorption de la lumière dans le spectre de la plage bleue, tout en aidant à lutter contre le stress oxydatif dû au processus photosynthétique.
  • Les phycobilines aident à l'absorption de la lumière dans les longueurs d'onde de la lumière rouge, orange, jaune et verte.

Mots clés

  • isoprène: Un hydrocarbure insaturé, C5H8, qui est facilement polymérisé; le caoutchouc naturel (caoutchouc) est le cis-1,4-polyisoprène, et le trans-1,4-polyisoprène est présent dans la gutta-percha et le balata ; c'est la base structurelle des terpènes.
  • photosynthèse: Le processus par lequel les plantes et autres photoautotrophes génèrent des glucides et de l'oxygène à partir de dioxyde de carbone, d'eau et d'énergie lumineuse dans les chloroplastes.

La photosynthèse dans de nombreuses plantes et algues dépend des chlorophylles qui absorbent la lumière plus près du côté ultraviolet du spectre et émettent de la lumière dans l'extrémité verte du spectre. Cependant, à certaines périodes de l'année ou à divers endroits, la majeure partie de la lumière peut être déplacée vers d'autres longueurs d'onde éloignées du spectre ultraviolet. Pour faire face à ces problèmes, les organismes dépendants de la photosynthèse expriment divers composés qui leur permettent d'absorber différents spectres de lumière. Notamment les caroténoïdes et les phycobilines.

Chromoplastes de plantes et d'autres organismes photosynthétiques comme les algues, certaines bactéries et certains champignons. Les caroténoïdes peuvent être produits à partir de graisses et d'autres éléments constitutifs du métabolisme organique de base par tous ces organismes. Les caroténoïdes ne peuvent généralement pas être fabriqués par des espèces du règne animal, de sorte que les animaux obtiennent des caroténoïdes dans leur alimentation et peuvent les utiliser de diverses manières dans le métabolisme. Il existe plus de 600 caroténoïdes connus ; ils sont divisés en deux classes, les xanthophylles (qui contiennent de l'oxygène) et les carotènes (qui sont purement des hydrocarbures et ne contiennent pas d'oxygène). Tous les caroténoïdes sont des tétraterpénoïdes, ce qui signifie qu'ils sont produits à partir de 8 molécules d'isoprène et contiennent 40 atomes de carbone. Les caroténoïdes absorbent généralement la lumière bleue. Ils remplissent deux rôles clés dans les plantes et les algues : ils absorbent l'énergie lumineuse pour l'utiliser dans la photosynthèse et ils protègent la chlorophylle des dommages photo.

Les phycobilines (du grec : φ (phykos) signifiant « algue », et du latin : bilis signifiant « bile ») sont des chromophores (molécules captant la lumière) présentes dans les cyanobactéries et dans les chloroplastes des algues rouges, des glaucophytes et de certaines cryptomonades (mais pas dans les algues vertes et les plantes supérieures). Ils sont uniques parmi les pigments photosynthétiques en ce qu'ils sont liés à certaines protéines hydrosolubles, appelées phycobiliprotéines. Les phycobiliprotéines transmettent ensuite l'énergie lumineuse aux chlorophylles pour la photosynthèse. Les phycobilines sont particulièrement efficaces pour absorber la lumière rouge, orange, jaune et verte, des longueurs d'onde qui ne sont pas bien absorbées par la chlorophylle a. Les organismes qui poussent dans les eaux peu profondes ont tendance à contenir des phycobilines qui peuvent capturer la lumière jaune/rouge, tandis que ceux à plus grande profondeur contiennent souvent plus de phycobilines qui peuvent capturer la lumière verte, qui y est relativement plus abondante.


5.11E : Caroténoïdes et Phycobilines - Biologie

"Phytoplancton" , une désignation écologique pour les animaux en suspension dans la colonne d'eau, et composée de de nombreux taxons d'algues, pour la plupart unicellulaires.

Les études traditionnelles sur le phytoplancton se sont davantage concentrées sur les cellules eucaryotes, mais des cyanobactéries plus petites font également partie de cette communauté.

Cellules photosynthétiques (eucaryotes ainsi que procaryotes) qui vivent dans le corps ou les cellules d'un autre organisme (par exemple, les éponges, les tuniciers, les coraux et les mollusques).

  • Tendance à croître rapidement ( stratège r), bien que dans la feuille de macroaglae et les formes filamenteuses aient une productivité élevée (plus de type r) tandis que les formes calcifiées et coriaces sont plus résistantes à l'herbivorie au prix d'une croissance plus lente (plus de type A)
  • Manque de racines, fixation généralement par crampon

Beaucoup ne sont pas calcifiés, bien que certains soient calcifiés, apparemment en réponse à l'herbivorie (Hay 1984)



Ulva sp.
Le blaireau de Merman, Penicillus Caulerpa sp. De nombreuses espèces morphologiquement variables sont présentes au Belize
L'algue calcifiée Halimeda sp. un contributeur majeur
aux sables dans certains systèmes.
Ventricaria ventricosa
Acetabularia , le verre à vin de la sirène


Certaines formes sont calcifiées et sont donc importantes pour renforcer les récifs coralliens. Ces formes sont très résistantes à l'action des vagues et contiennent des concentrations plus élevées de composés absorbant les UV (un stratège par rapport aux autres algues).






algue rouge coralline incrustante
ériger algue rouge coralline


Il a été démontré que la morphologie générale et la concentration des pigments, ainsi que les types de pigments, influencent la profondeur de l'efficacité photosynthétique maximale (Saffo 1987). La turbidité de l'eau influence les combinaisons les plus efficaces à une profondeur donnée.

Comment le pâturage et la disponibilité des nutriments peuvent-ils affecter les macroalgues ?

Plantes marines vasculaires
En quoi les plantes vasculaires diffèrent-elles morphologiquement des algues ? Qu'est-ce que cela implique sur la différence dans la manière et l'endroit où les éléments nutritifs (par exemple, le phosphore et l'azote) sont obtenus ?




Tortue (Thalassia testudinum) Syringodium Halophila decipiens


Autres aspects de l'histoire naturelle :
Turtlegrass ( Thalassia testudinum ) est l'espèce commune trouvée derrière la barrière de corail au Belize. Il est lent à recoloniser les zones perturbées (K) . Halophila et Syringodium ne sont pas rares au Belize et ont tendance à croître plus rapidement (r) . Halophila a tendance à se recoloniser plus rapidement en s'appuyant davantage sur les graines que sur la croissance végétative.


Les feuilles et les rhizomes peuvent absorber directement les nutriments. Le milieu aquatique a éliminé le besoin d'un système de support fibreux comme on en trouve dans les plantes terrestres et la flexibilité permet aux herbiers marins de résister à l'action des vagues. Quel est l'inconvénient d'une énergie élevée des vagues et des courants pour les herbiers ?

Quel effet la clarté de l'eau a-t-elle sur les herbiers marins et les herbiers marins sur la clarté de l'eau ?

Les effets stabilisants des herbiers marins sur les sédiments de fond favorisent l'établissement de macroalgues et d'invertébrés de la faune. Comment la structure physique des herbiers marins affecterait-elle l'échange de larves planctoniques et de détritus de la colonne d'eau ?




    • ont des racines qui s'étendent largement ou avec des racines d'appui particulières qui proviennent du tronc Pourquoi? . Une fois établie, comment la dynamique des sédiments autour des racines serait-elle effectuée ? Pourquoi cette « terre » de sédiments fins est-elle relativement stable ?
    • ont des adaptations pour vivre dans les eaux salées en utilisant diverses stratégies (elles sont capables de survivre en eau douce, mais n'y sont pas présentes. Pourquoi pas ? ).
    • Les "graines" poussent rapidement après la fertilisation (le développement n'est pas intercepté) alors qu'elles sont encore sur la plante mère, et flottent lorsqu'elles sont libérées de la plante mère.



    Les palétuviers rouges ( Rhizophora mangle ) sont faciles à reconnaître par leurs racines arquées d'où vient son surnom, " l'arbre qui marche ". La mangrove rouge est considérée comme une espèce pionnière (r) . Les mangroves noires (Avicennia germinans) ont des tubes appelés pneumatophores qui poussent à partir du sol inondé pour faciliter les échanges gazeux (A) . La mangrove blanche ( Languncularia racemosa ) n'a pas de système racinaire visible au-dessus du sol (K) .

    Autres aspects de l'histoire naturelle :
    Quel type de modèles pouvez-vous vous attendre à voir dans les espèces de mangroves dans l'espace (zonage) et dans le temps (succession) ?


    Hay, M. 1984. Les fuites spatiales prévisibles de l'herbivorie : comment affectent-elles l'évolution de la résistance des herbivores dans les communautés marines tropicales ? Oecologie. 64 : 396-407


    Photorécepteurs de pigments photosynthétiques

    Les points suivants mettent en évidence les sept principaux types de photorécepteurs de pigments photosynthétiques. Les photorécepteurs sont : 1. Phycobilines 2. Cryptochrome 3. Récepteurs UV-B 4. Flavonoïdes 5. Bêtacyanines 6. Chloroplastes 7. Pigments caroténoïdes.

    Photorécepteur # 1. Phycobilines :

    Ceux-ci sont présents dans les algues rouges, les cyanobactéries ou encore les plantes vertes et servent de pigments accessoires pour la récolte de la lumière.

    Quatre phycobilines sont signalées, trois sont impliquées dans la photosynthèse et la quatrième régule divers aspects de la croissance et du développement. C'est ce qu'on appelle la phytochromobiline.

    Phycoérythine, phycocyanine et allophycocyanine et impliquée dans la photosynthèse. Les pigments de phycobiline ont du tétrapyrrole à chaîne ouverte et une protéine comme partie intégrante, une chromoprotéine. La molécule complète (holochrome) est constituée du chromophore et de l'apoprotéine. Les protéines de la phycobiline sont organisées en phycobilisomes.

    Seule la phytochromobiline se trouve dans les plantes supérieures. Le phytochrome joue un rôle important dans de nombreux phénomènes photomorphogéniques et existe sous deux formes photoréversibles (Pn et Pfn). Pfn est une forme active du pigment.

    La phycocyanine et la phycoérythrine sont deux autres pigments photosynthétiques présents dans les algues bleu-vert et rouges. Le premier est bleu, tandis que le second est rouge. Ils sont communément appelés phycobilines et sont également des tétrapyrroles où les quatre cycles pyrrole sont du phytol.

    Ils sont attachés aux protéines et sont solubles dans l'eau. Les deux absorbent la lumière et provoquent la photosynthèse. Chez les algues rouges, l'efficacité la plus élevée se situe dans la région verte (495 à 595 nm) où l'absorption par la phycoérythrine est maximale et par la chlorophylle la moindre.

    Le spectre d'absorption de la phycocyanine présente des pics à 500 et 615 nm. Le rôle des phycobilines est indirect. Ils absorbent l'énergie lumineuse et la transfèrent à la chlorophylle a qui l'utilise pour affecter la photosynthèse. Ces pigments ainsi que les caroténoïdes sont appelés pigments accessoires. De plus, les chlorophylles b, c et d sont également considérées comme des pigments accessoires.

    Photorécepteur # 2. Cryptochrome :

    Plusieurs réponses au rayonnement bleu et UV-A ont été observées depuis longtemps mais l'identité précise de leur photorécepteur n'a pas été élucidée, d'où le nom de cryptochrome. Les caroténoïdes et les flavines, ou les deux, ont été suggérés comme candidats possibles car ils étaient omniprésents dans les organismes vivants.

    Les trois flavins les plus courants sont la riboflavine, le FAD et le FMN et sont libres ou complexés avec des protéines (flavoprotéines). FAD et FMN, sont des cofacteurs importants dans les réactions d'oxydoréduction au sein d'une cellule. Il est évident que les flavoprotéines constituent une très petite partie du pool et donc très fastidieuse à isoler et à caractériser.

    Des études récentes combinant des approches génétiques, photobiologiques et biochimiques chez Arabidopsis, le gène HY4 a été identifié pour coder le photorécepteur bleu qui médie l'inhibition de l'élongation de l'hypocotyle. Le produit de ce gène est CRYL-une protéine cytoplasmique, similaire à la photolyase (flavoprotéines qui utilisent la lumière bleue pour augmenter les dommages induits par les UV sur les ADN microbiens. L'opinion générale est que CRYl pourrait être un cryptochrome.

    Photorécepteur # 3. Récepteurs UV-B :

    Des découvertes récentes dans de jeunes suspensions de cellules de sorgho vulgare et de carotte ont indiqué la présence d'un ou plusieurs récepteurs UV-B dans les plantes bien que la nature exacte des photorécepteurs soit encore évasive. Le récepteur UV-B semble moduler les réponses au phytochrome dans certains systèmes.

    Photorécepteur # 4. Flavonoïdes :

    Diverses nuances d'écarlate, de violet, de rose et de bleu dans les fleurs sont attribuées aux anthocyanes et ces dernières appartiennent aux flavonoïdes. Certains flavonoïdes comme les chalcoes et les chalcones sont responsables de la couleur jaune de certaines fleurs. Les pétales floraux blancs sont dus aux flavones.

    Les flavonoïdes sont des dérivés du phénylpropane avec un C basique6 – C3 – C6 composition et le squelette de base du groupe est flavan. En tout, il existe douze groupes de flavonoïdes et trois en constituent les principaux et ce sont les flavones, les flavonols et les anthocyanadines. Les anthocyanes et les anthocyanes sont les plus fortement colorés et les premiers sont de douze types.

    Les anthocyanes sont solubles dans l'eau et se trouvent dans la sève vacuolaire et peuvent être extraites en solution acide. Dans les feuilles de certaines plantes comme Coleus, les anthocyanes d'Acer se trouvent dans les vacuoles des cellules épidermiques et semblent masquer les chlorophylles.

    Compte tenu de leurs spectres d'absorption différents, leur présence n'interfère pas avec la photosynthèse réalisée par les chloroplastes présents dans les cellules du mésophylle situées en dessous. Une fonction possible des flavonoïdes est de protéger le tissu foliaire sous-jacent des dommages dus aux rayons UV.

    Les isoflavonoïdes présentent une activité antimicrobienne et certains agissent comme des phytoalexines. La synthèse de phytoalexines en réponse à une attaque fongique ou à certains éliciteurs limite la propagation du pathogène.

    Photorécepteur # 5. Bêtacyanines :

    Les pigments rouges dans la racine de betterave et les bractées de bougainvilliers sont un groupe complexe de composés glycosylés appelés bêtacyanines ou bétalaïnes. Ces pigments ne répondent pas de manière réversible aux changements de pH et la molécule contient de l'azote.

    Photorécepteur # 6. Chloroplastes :

    La microscopie électronique a révélé que le chloroplaste eucaryote est entouré d'une paroi externe à perméabilité différentielle constituée de deux membranes lisses sans perforation et à l'intérieur d'une matrice protéique, le stroma.

    La membrane interne s'étend à plusieurs endroits à travers le plaste pour former un système lamellaire. En divers points, ces extensions s'unissent à un agrégat de membranes presque identiques. Chaque pile de ce type est comme une pile de pièces et s'appelle un granum.

    Habituellement, 40 à 60 grana sont présents dans un chloroplaste mature. Ces membranes sont appariées. Dans la région du stroma, elles sont minces et sont appelées lamelles de stroma. Les pigments de photosynthèse sont confinés au système lamellaire du chloroplaste.

    Le sac membranaire aplati dans le chloroplaste est appelé thylakoïde, tandis que le composant en forme de pièce de monnaie d'un granum est le grana thylakoïde. Les thylakoïdes de Stroma relient le grana adajcent. Les thylacoïdes sont également appelés lamelles. L'espace dans les thylakoïdes du stroma est continu avec les espaces thylakoïdes de certains grana thylakoïdes individuels.

    Dans un granum, il peut y avoir jusqu'à cent thylakoïdes empilés. Il existe également des granules ronds à coloration sombre (plastoglobules), plusieurs ribosomes et une agrégation de fibrilles d'ADN. Les plastoglobules sont constitués de vitamine K, de plastoquiones, etc. On pense qu'ils jouent un rôle dans la biosynthèse membranaire.

    Les mitochondries et les chloroplastes ont plusieurs caractéristiques en commun. Par exemple, présence de plus d'une enveloppe membranaire, ayant un ADN et une machinerie ribosomique et des membranes lipoprotéiques ayant un système de phosphorylation ADP, etc. Mais elles diffèrent par leur fonction, leur nombre et leur forme dans une cellule donnée, outre l'organisation.

    Chez les algues bleu-vert, les thylakoïdes sont distribués dans le cytoplasme avec un espacement régulier et ne sont jamais enfermés dans des organites définis. Les thylacoïdes sont situés en périphérie et sont rarement attachés aux membranes.

    Chez les bactéries pourpres, les thylakoïdes se développent sous la forme de régions profondément repliées de la membrane plasmique et sont en continuité avec le plasmalemme.

    Le stroma a des enzymes qui concernent la fixation du CO2 et sa conversion en glucides, lipides et protéines. Le stroma contient également de l'ADN et des ribosomes. Les chloroplastes se reproduisent indépendamment du noyau et leurs ribosomes peuvent synthétiser les protéines chloroplastiques.

    Les chloroplastes ou chromatophores contiennent des pigments qui convertissent l'énergie lumineuse en énergie chimique lors de la photosynthèse. Il existe trois types de pigments dans les cellules photosynthétiques, les chlorophylles, les caroténoïdes et les phycobilines.

    Les formules structurelles de certaines d'entre elles sont données sur la figure 13-4. Ces phycobilines n'apparaissent que dans les algues rouges et bleu-vert. Par rapport à la chlorophylle, qui est située dans les chloroplastes des organites liés à la membrane, les phycobilines sont dans les phycobilisomes.

    Les chlorophylles sont les pigments les plus importants qui sont actifs dans la photosynthèse. Ils sont souvent de types : chlorophylles, a, b, c, d et e bactériochlorophyllesa, b, c, et d et chlorobium chlorophylle (bactériovirdine).

    Les chlorophylles a et b sont présentes chez tous les autotrophes, à l'exception des bactéries contenant des pigments. La chlorophylle b est également absente dans les algues bleu-vert, brunes et rouges. Les chlorophylles c, d et e ne se rencontrent que dans les algues et en combinaison avec la chlorophylle a.

    La molécule de chlorophylle a une structure tétrapyrrolique cyclique (porphyrine) avec un cycle isocyclique contenant un atome de magnésium en son centre (Fig. 13-5). Comme on le verra, une molécule de pyrrole contient un squelette de quatre carbones et d'azote et a une structure cyclique.

    Quatre de ces pyrroles disposés en anneau forment la tête (la partie porphyrine) d'une molécule de chlorophylle (Fig. 13-5). De l'un des cycles pyrrole à 0 atome se trouve un alcool à longue chaîne, la partie phytol de la molécule, qui forme sa "queue". Le cycle isocyclique est un cycle à 5 carbones et est le site chimiquement réactif de la molécule (Fig. 13-5).

    Différents types de chlorophylles ont des substitutions différentes dans le cycle pyrrole de la porphyrine (Fig. 13-4).

    La chlorophylle a est bleu-vert, tandis que la chlorophylle b est de couleur jaune-vert, respectivement. Dans la chlorophylle a à 3 atomes de carbone, un groupe méthyle est présent tandis que dans la chlorophylle b, un groupe aldéhyde est présent.

    La chlorophylle a est soluble dans l'éther de pétrole, tandis que la chlorophylle b est mieux soluble dans l'alcool méthylique. Les chlorophylles a et b présentent un maximum d'absorption dans la région bleu-violet avec des pics à environ 429 nm et 453 nm respectivement. La chlorophylle a et b ont un maximum d'absorption secondaire dans la région rouge avec des pics à environ 663 nm et 645 nm, respectivement.

    Lorsqu'elle est en solution, la chlorophylle est hautement fluorescente et émet une couleur rouge foncé à l'éclairage. Dans les plantes intactes, elles ne montrent aucune fluorescence.

    La formule empirique des deux chlorophylles est donnée ci-dessous :

    Synthèse de la chlorophylle :

    Plusieurs chercheurs ont dévoilé la plupart des étapes concernant la synthèse de la chlorophylle a.

    Certaines des étapes suggérées sont les suivantes :

    (a) Le succinyl COA, un intermédiaire du cycle de Krebs, se combine avec l'acide aminé glycine pour former l'acide δ-amino β- cétoadipique en tant que composé instable. Cela fait perdre du CO2 pour donner l'acide aminolévulinique. La présence de cofacteurs pyridoxal phosphate et fer est essentielle. L'enzyme acide δ-aminolévulinique synthétase le catalyse. Comme mentionné précédemment, la carence en fer provoque la chlorose des jeunes feuilles. Il est démontré que la lumière médie la condensation de ces deux composés.

    (b) Dans l'étape suivante, deux molécules d'acide -aminolévulinique se condensent, et le processus est médié par l'enzyme -aminolévulinique déshydrase, pour former le porphobilinogène. Dans cette réaction, il y a une fusion de deux molécules.

    (c) Ensuite, 4 molécules de porphobilinogène se condensent pour former l'uroporphyrinogène III. Quatre ions ammonium sont perdus dans cette réaction et le processus est médié par l'enzyme uroporphyrinogène-Isynthétase et l'uroporphyrinogène III cosynthétase.

    (d) Les quatre substituts d'acide acétique de l'uroporphyrinogène-III donnent du coproporphyrinogène-III et la réaction est catalysée par l'uroporphyrinogène décarboxylase.

    (e) Dans des conditions aérobies, le coproporphyrinogène-III, en présence de coproporphyrinogène décarboxylase oxydante, donne naissance au protoporphyrinogène IX.

    (f) Le protoporphyrinogène IX subit une oxydation et ainsi la protoporphyrine IX est formée. Il faut du magnésium pour former Mg protoporphyrine IX. Mg protoporphyrine méthyl estérase catalyse l'addition d'un groupe méthyle de Mg protoporphyrine IX. On peut mentionner que le groupe méthyle est donné par la S-adénosyl méthionine.

    (g) Dans l'étape suivante, l'ester monométhylique de protoporphyrine IX de Mg est converti en protochlorophyllide.

    (h) Un groupe phytol est ajouté au protochlorophyllide pour produire de la protochlorophylle. Autrefois, on croyait que la protochlorophylle était le précurseur immédiat de la chlorophylle a. Cependant, des preuves récentes suggèrent que le précurseur immédiat de la chlorophylle a est le chlorophyllide a. Lorsque les plantules étiolées sont exposées à la lumière, le protochlorophyllide est réduit pour former le chlorophyllide a. La lumière est essentiellement nécessaire pour cette conversion.

    (i) Dans l'étape finale, l'estérification d'un groupe phytol en chlorophyllide a se produit et ainsi la chlorophylle a est produite. L'enzyme chlorophyllase est impliquée dans le processus.

    Chez les gymnospermes, certaines fougères et de nombreuses algues, la chlorophylle peut être synthétisée à l'obscurité uniquement par l'activité enzymatique. D'autre part, on pense que la chlorophylle b est formée à partir de la chlorophylle a. Certains minéraux comme le manganèse, le potassium, le zinc, le cuivre, le magnésium, le fer et l'azote sont essentiels à la synthèse de la chlorophylle.

    Lorsqu'ils sont absents ou déficients, ils provoquent une chlorose. La formation de chlorophylle dépend également de facteurs génétiques. L'absence du ou des gènes essentiels à sa formation dans la constitution génétique, produit des plantules à partir des graines en germination dépourvues de chlorophylle. Ceux-ci sont connus comme “albinos”.

    Les étapes de la synthèse de la chlorophylle sont résumées ci-dessous :

    Photorécepteur # 7. Pigments caroténoïdes:

    Les caroténoïdes sont des composés lipidiques qui sont universellement présents dans presque toutes les plantes supérieures et plusieurs micro-organismes. Elles sont généralement rouges, orange, jaunes ou brunes et sont associées à la chlorophylle. Ils sont divisés en deux groupes chimiques les carotènes et les xanthophylles. Les carotènes sont rouge orangé tandis que les xanthophylles sont de couleur jaune. Tous ont 40 atomes de carbone.

    Les carbonates sont connus pour se présenter sous deux formes isomères, à savoir le carotène et l'a-carotène. Les deux sont des hydrocarbures ayant la formule moléculaire en C40 H56. D'autre part, les xanthophylles, telles que la lutéine et la zéaxanthine, possèdent des atomes d'oxygène unis aux anneaux terminaux. Le carotène a été isolé à partir de racines de carotte et de lycopène, un pigment rouge, à partir de fruits de tomate.

    Les caroténoïdes sont composés de deux cycles à six chaînons avec une chaîne droite hautement insaturée étirée entre eux. Ils sont composés de huit unités d'isoprène, dans lesquelles elles sont jointes tête-bêche (Fig. 13-4).

    L'une des suggestions est que les chlorophylles et les caroténoïdes sont attachés à la même partie formant un complexe protéique insoluble dans l'eau.

    Les carotènes et les xanthophylles sont synthétisés à partir de l'acétyl coenzyme A, par la voie de l'acide mévalonique. Au moins 4 étapes peuvent être reconnues dans la biosynthèse des caroténoïdes.

    Ceux-ci sont les suivants :

    (i) Ajout queue à queue de deux unités de géranylgéranyl pyrophosphate pour former un squelette 40C appelé phyton.

    (ii) Dans une série d'étapes, le phyton est déshydrogéné pour former du lycopène.

    (iii) Le lycopène subit une cyclisation.

    (iv) Les xanthophylles sont dérivées des carotènes par oxydation.

    Les caroténoïdes remplissent des fonctions dans divers processus, notamment la photosynthèse, les phototropismes et la protection contre la lumière excessive. Leur rôle dans la photosynthèse apparaît secondaire puisque les tissus riches en caroténoïdes et dépourvus de chlorophylle ne font pas de photosynthèse.

    On pense également que l'énergie lumineuse qu'ils absorbent est transférée à la chlorophylle et utilisée dans la photosynthèse. Lorsqu'une plante est exposée à des longueurs d'onde de lumière absorbées exclusivement par les caroténoïdes, une fluorescence rouge de la chlorophylle a est observée.

    Le spectre d'action et le spectre d'absorption de l'algue verte (Ulva) montrent que la photosynthèse est appréciable dans la région bleu-vert aux longueurs d'onde de 480 à 500 nm, indiquant un certain transfert d'énergie des caroténoïdes à la chlorophylle.

    Ils empêchent également la destruction de la chlorophylle par les effets de dégradation induits par un excès de lumière et d'oxygène moléculaire (photooxydation).


    Pigments photosynthétiques : chlorophylles, caroténoïdes et phycobilines

    Ce chapitre examine les principaux pigments photosynthétiques utilisés pour absorber le rayonnement photosynthétiquement actif, qui comprennent les chlorophylles, les caroténoïdes et les phycobilines, la chlorophylle représentant le pigment photosynthétique dominant. Bien qu'une plus grande quantité de chlorophylle se trouve sur terre, 75 % du chiffre d'affaires mondial annuel se produit dans les océans, les lacs et les rivières/estuaires. Tous les pigments récupérateurs de lumière sont liés à des protéines constituant des complexes distincts de caroténoïdes et de chlorophylle-protéine. Le chapitre examine la chimie et l'application de ces biomarqueurs chimiques très importants et discute de leurs limites dans les systèmes aquatiques. Le programme de factorisation matricielle CHEMical TAXonomy (CHEMTAX) a été introduit pour calculer l'abondance relative des principaux groupes d'algues en fonction des concentrations de pigments diagnostiques et est également discuté.

    Princeton Scholarship Online nécessite un abonnement ou un achat pour accéder au texte intégral des livres du service. Les utilisateurs publics peuvent cependant rechercher librement sur le site et consulter les résumés et les mots-clés de chaque livre et chapitre.

    Veuillez vous inscrire ou vous connecter pour accéder au contenu en texte intégral.

    Si vous pensez que vous devriez avoir accès à ce titre, veuillez contacter votre bibliothécaire.

    Pour résoudre les problèmes, veuillez consulter notre FAQ , et si vous n'y trouvez pas la réponse, veuillez nous contacter .


    RHODOPHYCEAE : ALGUES ROUGES

    Les algues rouges sont un ancien groupe d'algues avec plus de 5 000 espèces vivantes.
    Ils sont marins à l'exception de quelques espèces d'eau douce (e.g. Batrachospermum, Compsopogon, Lemnea). Algue paaquatique-terrestre.
    Les algues rouges sont autotrophes à l'exception de quelques-unes comme Harveyella et Riccardia qui sont incolores et parasites d'autres algues rouges. Harveyella est parasite de Polysiphonia. Ceratodictyon spongioides vit comme commensal dans certaines éponges.
    Un stade mobile ou flagellé est totalement absent.
    Le corps de la plante varie des formes acellulaires aux formes multicellulaires.
    Ils sont généralement de petite taille. La taille maximale est d'environ 50 cm.
    La paroi cellulaire contient de la cellulose, des composés pectiques et certains mucopolysaccharides appelés phycocolloïdes ou géloses. Ces derniers sont généralement sulfatés. Les phycocolloïdes importants des algues rouges sont la gélose, la carraghénine et le funori.
    ♦ Certaines algues rouges développent une incrustation de calcaire, par exemple Corallina, Lithothamnion, etc. Elles sont appelées algues corallines. Elles déposent du calcaire et font partie des récifs coralliens.
    Les organites photosynthétiques sont appelés chromatophores ou rhodoplastes. Ils ont un seul thylakoïde. Les pigments photosynthétiques comprennent la chlorophylle a, les caroténoïdes et les phycobilines. La chlorophylle d a été rapportée dans certains cas. Les phycobilines sont des pigments hydrosolubles de deux types, la r-phycoérythrine de couleur rouge et la couleur bleue

    r-phycocyanine dans les algues rouges.
    La couleur rouge des algues rouges est due à la formation abondante de phycoérythrine.
    Les algues rouges sont adaptées pour pousser dans les eaux profondes, jusqu'à la base de la région photique (200 m de profondeur) en raison de la présence abondante de r-phycoérythrine. Ce dernier est spécialisé pour absorber les rayonnements bleu-violet. Ces rayonnements étant les plus courts de la lumière visible peuvent pénétrer le plus profondément. Avec la diminution de la profondeur, la synthèse de phycoérythrine est réduite de sorte que dans les eaux peu profondes, ces algues sont de couleur violacée ou violette.
    La nourriture de réserve est l'amidon de Floride. Dans la constitution, il est très similaire à l'amylopectine et au glycogène.
    ♦La reproduction végétative se fait par fragmentation, gemmes et régénération des crampons.
    ♦ La reproduction asexuée a lieu à travers une variété de spores comme les carpospores, les monospores, les tétraspores et les spores neutres.
    La reproduction sexuée est un type avancé d'oogamie. L'organe sexuel masculin est appelé spermatangium ou anthéridium. Il produit un gamète mâle non flagellé appelé spermatium. L'organe sexuel féminin est en forme de flacon et est appelé carpogonium. Chaque carpogonium a une structure en forme de long cou appelée trichogyne et une base bulbeuse ayant un noyau femelle. Le trichogyne reçoit des spermatozoïdes qui lui sont transportés par les courants d'eau. Ainsi, la spermatisation se produit dans les algues rouges.
    La fertilisation produit une nouvelle structure appelée carposporophyte. Elle reste attachée à l'algue mère.
    Les algues rouges ont deux phases ou plus dans leur cycle de vie de sorte qu'elles peuvent être haplontiques, haplobiontiques, diplohaplontiques, etc.


    Ressources de base de données pour la recherche sur les cyanobactéries

    Anil Kumar, Praffulla Kumar Arya, dans Avancées en biologie des cyanobactéries, 2020

    4.2.8 Cyanolyase

    CyanoLyase ( http://cyanolyase.genouest.org/ ) est un référentiel organisé manuellement de phycobiline lyases et de protéines apparentées. Ces enzymes sont responsables de la ligature covalente des chromophores (phycobilines) aux phycobiliprotéines (PBP). Les PBP sont les éléments constitutifs essentiels des phycobilisomes qui sont les principaux systèmes de récolte de lumière des cyanobactéries et des algues rouges. Les bases de données publiques ont des séquences de phycobiline lyases mal annotées. Pour créer la base de données CyanoLyase, les séquences de phycobiline lyase ont été extraites de tous les génomes cyanobactériens disponibles à l'aide de séquences enzymatiques caractérisées biochimiquement, puis classées en 3 clans et 32 ​​familles. Un outil informatique "Protomata learner" a été utilisé pour prédire les motifs d'acides aminés pour chaque famille. Cette base de données comprend également BLAST et un nouvel outil de correspondance de motifs « ProtoMatch » qui sont à la disposition des utilisateurs pour récupérer et annoter les lyases de tout nouveau génome. Des analyses phylogénétiques de toutes les familles de phycobiline lyase, de leur fonction et de leur présence/absence dans tous les génomes disponibles dans la base de données sont également fournies. La base de données est bien référencée avec les rapports/la littérature publiés et les bases de données connexes. Les informations disponibles dans la base de données sont très utiles aux chercheurs intéressés par les PBP naturels ou artificiels qui ont des applications biotechnologiques potentielles ( Bretaudeau et al., 2013 ).


    Plant Kingdom Questions supplémentaires importantes Type de réponse très courte

    Question 1.
    Définir pyrénoïde.
    Réponse:
    Le pyrénoïde est un organite stockant l'amidon présent dans les algues vertes.

    Question 2.
    Définir ramenta.
    Réponse:
    La structure semblable à un poil présente sur la tige plus jeune, le pétiole et le rachis des feuilles matures est connue sous le nom de ramenta.

    Question 3.
    Quelle est la fonction du mucilage chez les plantes aquatiques ?
    Réponse:
    Le mucilage protège les algues de la croissance épiphyte et de l'effet de décomposition de l'eau.

    Question 4.
    Quelle quantité d'eau la sphaigne peut-elle absorber ?
    Réponse:
    La sphaigne peut absorber jusqu'à 18 fois son poids en eau.

    Question 5.
    Quelle est la fonction des vésicules d'air dans les algues brunes ?
    Réponse:
    Les vésicules d'air dans les algues brunes maintiennent la flottabilité.

    Question 6.
    Pourquoi Adiantum est-il appelé une « fougère ambulante » ?
    Réponse:
    Adiantum est connu sous le nom de « fougère ambulante » parce que les extrémités des feuilles entrent en contact avec le sol, elles frappent des racines adventives et se développent en une nouvelle plante.

    Question 7.
    Donnez un exemple de plante monocarpique.
    Réponse:
    Bambou.

    Question 8.
    Que sont les soris ?
    Réponse:
    Ce sont des groupes de séparation trouvés dans la fougère Dryopteris.

    Question 9.
    Que sont les rhizoïdes ?
    Réponse:
    Ce sont des structures minces unicellulaires ou multicellulaires ressemblant à des cheveux qui pénètrent dans le sol humide et absorbent l'eau pour les plantes.

    Question 10.
    Quels pigments trouve-t-on dans les algues vertes ?
    Réponse:
    Chlorophylle ‘a’ et ‘b’ et ‘Beta’ carotène.

    Question 11.
    Définir un fruit.
    Réponse:
    Le fruit est un ovaire développé de la fleur qui renferme des graines et peut être associé à d'autres parties de la fleur.

    Question 12.
    Nommez le groupe de plantes vasculaires à graines nues.
    Réponse:
    Gymnospermes.

    Question 13.
    Nommez les algues vertes utilisées comme nourriture.
    Réponse:
    Chlorelle, Ulve.

    Question 14.
    Nommez les éléments suivants :
    (i) Pigments photosynthétiques des algues brunes
    Réponse:
    Chlorophylle a et c et fucoxanthine,

    (ii) Algues vertes unicellulaires, biflagellées, en forme de poire.
    Réponse:
    Chlamydomonas,

    Question 15.
    Que sont les racines coralloïdes ?
    Réponse:
    Les racines coralloïdes sont irrégulières, négativement géotropes,

    Question 16.
    Qu'est-ce que la triple fusion ?
    Réponse:
    La fusion du noyau secondaire diploïde et d'un gamète mâle est appelée triple fusion.

    Question 17.
    Définir une graine.
    Réponse:
    C'est un ovule mûr et capable de former une nouvelle plante.

    Question 18.
    Définir un fruit.
    Réponse:
    Le fruit est un ovaire mûr.

    Question 19.
    Donnez un exemple de graine de dicotylédone et un exemple de graine de monocotylédone.
    Réponse:
    Dicot : Gram, Monocot : Grain de Maïs.

    Plant Kingdom Biology Questions supplémentaires importantes Type de réponse courte

    Question 1.
    Pourquoi les algues rouges sont-elles capables de survivre dans les grands fonds ?
    Réponse:
    Les algues rouges contiennent des pigments de phycoérythrine et de phycocyanine. La phycoérythrine est capable d'absorber les longueurs d'onde bleues de la lumière et peut ainsi effectuer la photosynthèse. Étant donné que les algues rouges peuvent utiliser les rayons bleus et verts, elles peuvent vivre à de plus grandes profondeurs.

    Question 2.
    What are the features that have led to the success and dominance of vascular plants?
    Réponse:

    1. Development of deep penetrating roots to anchor the plant in soil and absorb water and minerals for the plants from the deeper layers of the soil.
    2. Development of cutin as a waterproof layer on leaves to reduce transpiration.
    3. Development of mechanical tissue to provide support.
    4. Development of a well developed vascular system.

    Question 3.
    Define monopodial growth?
    Réponse:
    When the main axis of the trunk rises straight from the base and reaches up to the tip, this type of growth is known as monopodial growth.

    Question 4.
    Why do marine algae have no mechanical tissue?
    Réponse:
    Marine algae have no mechanical tissue because buoyancy holds them erect under the sea surface.^

    Question 5.
    Explain the different types of sexual reproduction in green algae.
    Réponse:
    Sexual reproduction in green algae can be of three different types:

    1. Isogamy: Both the fusing gametes are morphologically and physiologically similar.
    2. Anisogamy: The fusing gametes are structurally similar but differ in size and behaviour.
    3. Oogamy: The female gamete is bigger, food-laden and non-motile, whereas the male gamete is smaller, without food reserve and motile.

    Question 6.
    Why are seed plants considered the most successful land plants?
    Réponse:
    Seed plant is considered as the most successful land plants because:

    1. Fertilization is not water-dependent.
    2. Seed enclosing the future embryo is well protected within the ovary.
    3. The extensive root system for anchoring and absorption of water.
    4. Well developed mechanical tissue
    5. Formation of bark during secondary growth for protection.

    Question 7.
    Give one example of each
    (i) Liverworts
    Réponse:
    Riccia

    (iii) A pteridophyte having bipinnate leaves.
    Réponse:
    Dryopteris

    (iv) A pteridophyte having Unipinnate leaves.
    Réponse:
    Adiantum caudatum

    Question 8.
    Give five distinguishing characteristics of red algae.
    Réponse:
    Five distinguishing characteristics of red algae are:

    1. Most of the red algae are marine.
    2. The motile stage is absent in the life cycle.
    3. The plant body varies from unicellular filamentous to parenchymatous form.
    4. The cell wall possesses cellulose and hydrocolloids.
    5. Photosynthetic pigments include chlorophyll a, carotenoids and phycobilins.

    Question 9.
    Discuss the development of seed habit.
    Réponse:
    The development of seed habit takes place due to the

    1. Development of heterospory.
    2. The megasporangium developed an intelligent covering with a micropyle.
    3. The development of female gametophyte takes place from functional-megaspore.
    4. Development of pollen tube.
    5. The fertilized ovule developed into a seed.

    Question 10.
    Draw a neat diagram of Chlamydomonas.
    Réponse:

    Chlamydomonas

    Question 11.
    Draw a neat diagram of Spirogyra.
    Réponse:

    Spirogyra

    Question 12.
    Describe the fern sporophyte.
    Réponse:
    Fem sporophyte is differentiated into root, the stem is a rhizome with adventitious roots, the young part of the rhizome has ramenta. the leaves are bipinnately compound.

    Question 13.
    Distinguish between Antherida and Archaegonia.
    Réponse:

    Antheridia Archaegonia
    1. It is the male reproductive organ. 1. It is the female reproductive organ.
    2. It is racket-shaped 2. It is usually flask-shaped.
    3. Sterile cells are absent inside antheridia. 3. Neck canal cells, venter canal cells form the sterile cells.
    4. It produces many male gametes 4. It produces only one female gamete.
    5. The male gamete is usually motile 5. The female gamete is usually non-motile.

    Question 14.
    How do red algae differ from brown algae?
    Réponse:
    Differences between red algae and brown algae:

    Red algae Brown algae
    1. Unicellular and microscopic only a few are filamentous and Heterotrichous. 1. Filaments and heterotrichous.
    2. Phycoerythrin, phycocyanin and phycobilins pigments are present. 2. Fucoxanthin pigment is present.
    3. Reserve food material is Floridian starch. 3. Reserve food material is Laminarian starch.
    4. Chlorophyll ‘a’ present. 4. Chlorophyll ‘a’ + ‘c’ present.
    5. e.g. Gelidium Polysiphonia. 5. e.g. Laminaria, Fucus and Surgaassum.


    Red algae


    Porphyra or Polysiphonia

    Question 15.
    Distinguish the reproductive organs of gymnosperms and angiosperms.
    Réponse:

    Gymnospermes Angiosperm
    1. The sporophylls are aggregated to form cones. 1. The sporophylls are aggregated to produce flowers.
    2. Microporosphyll consists of micro-sporangia bearing microspores. 2. Microsporophyll is differentiated into anther and filament.
    3. Stigma and style are absent. 3. Stigma and style are present.
    4. Ovule lies on the lower side and exposed to the megasporophyll. 4. Ovules are attached to the funic-ulus and are present inside the ovary.
    5. One too many cotyledons are present. 5. One or two cotyledons are present.
    6. Fruit formation doesn’t take place. 6. Fruit formation takes place.
    7. Double fertilization is absent. 7. Double fertilization is present.
    8. Archaegonia are present. 8. Archaegonia are present.

    Question 16.
    Mention the changes that take place when the fruit ripens.
    Réponse:

    1. Starch is converted into sugar.
    2. The production of various organic substances gives it a texture, taste and flavour.
    3. The breakdown of chlorophyll leads to changes in the colour of the skin of the fruit.

    Question 17.
    What is the importance of seed?
    Réponse:

    1. The seed contains the young embryo which develops into a new plant.
    2. Seed can be dispersed and carried to faraway places without losing viability.
    3. Seed is neither the beginning nor the end of life. It is a state of suspended animation.

    Question 18.
    Describe the important characteristics of gymnosperms.
    Réponse:
    Characteristic features of gymnosperms:

    1. Gymnosperms are evergreen woody, perennial plants.
    2. Plants are heterosporous.
    3. Reduction of gametophytic generation.
    4. The enclosure of the female gametophyte by the megasporangium.
    5. Ovules are exposed to receive pollen grains.
    6. Gymnosperms possess exposed or naked seeds.
    7. Polyembryony is a common occurrence.
    8. Xylem lacks vessels and phloem lacks companion cells. Example Cycas, Pinus and Cedms.

    Question 19.
    Name two characters Used for the classification of dicotyledons in 3 sub-classes.
    Réponse:
    Number and nature of floral whorls. Sub-classes are divided into series mainly on the position of the ovary with respect to other floral parts.

    Question 20.
    Explain briefly the alternation of generation in bryophytes.
    Réponse:
    Alternation of generations: Moss plants are a gametophyte. Spore is the beginning of the gametophytic generation. It develops into protonema which rises to male and female gametes produced in them. Club-shaped antheridium bears biflagellate sperms or antherozoids. Flask-shaped archegonium encloses the female egg. a zygote is formed after the fertilization (syngamy) of male and female gametes with the help of water.

    Repeated divisions of the zygote give rise to the embryo (2n) which soon develop into a sporophyte. The sporophyte of moss gets differentiated into three parts -foot, seta and capsule. Inside the capsule, single-celled spores are produced. After the dehiscences, they begin to germinate and give rise to the protonema to start the cycle again. Gametophytic generation al¬ternates the sporophytic generation.

    Question 21.
    Draw the haplontic life-cycle.
    Réponse:

    Haplontic life-cycle

    Question 22.
    Draw the diplontic and haplo-diplontic cycles.
    Réponse:

    Diplontic cycles


    Haplo-diplontic cycles

    Plant Kingdom Biology Important Extra Questions Long Answer Type

    Question 1.
    What are angiosperms? Give their characteristic features.
    Réponse:
    Angiosperms are a group of flowering plants where seeds are embedded in the fruits.

    They show the following characters:

    1. The ovules/seeds are enclosed within the ovary, or we may say that after fertilization seeds are located in the fruit.
    2. Male and female gametes i.e. pollen grains and egg nucleus are borne by the flowers.
    3. During pollination pollen grains fall on the stigma, they develop on the stigma of the ovary and male gametes enter the egg nucleus through Onicropyh.
    4. Male gametophyte is a three-celled structure when dehisced.
    5. Embryosac or female gametophyte is eight celled when young and becomes seven celled at the time of fertilization.
    6. There is double fertilization wherein one male gamete fuses with the egg nucleus to form a diploid zygote and another fuse with the secondary nucleus to form a triploid endosperm.
    7. Xylem consists of tracheids, vessels fibres and parenchyma while phloem consists of sieve tubes, companion cells and phloem parenchyma and fibres. Xylem conducts water to the tip of tall trees and phloem is responsible for the translocation of food.

    Question 2.
    Write brief notes on:
    (i) Green algae
    Réponse:
    Green Algae: The Class (Chlorophyta: ‘GK’ choros = green: phyton = plant) has over 7,000 species. They are in several shapes and sizes. Some are unicellular and microscopic. Some are motile colonies like Volvox. Some, are multinucleated but unicellular i.e. coenocytic like cholera.

    Volvox


    Chlamydomonas


    Chara

    (ii) Brown algae
    Réponse:
    Brown Algae: The Class (Phaeophyta: GK: pharos = brown: phyton = plant) has about 2,000 species, mostly marine. Some of, the world’s largest sea plants measuring 40-60 metres long. Brown algae occur chiefly in cooler seas. Some are filamentous. Brown algae like Laminaria are attached firmly to the rocks below by holdfasts.

    Laminaria


    Fucus


    Dictyota

    (iii) Club moss
    Réponse:
    Club mass: It belongs to Lycopsida. In most parts of the world, Lycopodium is found. Sporangia’ are produced on mature leaves.

    (iv) Horsetail
    Réponse:
    Horsetail: Also called Sphenopsida. This group exists only Equisetuin. Because they look like the tail of a horse, so they are called horsetail. These plants are up to 1 metre in length. But some extinct species are of several metres. The root, stem and leaves are true.

    (v) Sporophyll
    Réponse:
    SporphyMs: They are special spore-bearing leaves and. produce sporangia in sori on their underside, where haploid spores are formed by meiosis. Spores germinate to form an independent, small gametophyte, the prothallus. This bears archegonia and antheridia. Male gamete from antheridia and swim in a film of water to egg cells in archegonia and fertilize them.

    Question 3.
    Discuss the development of seed habit.
    Réponse:
    The seed plants have two kinds of sporangia. These sporangia are born on the sporophylls.

    One type of sporangia are ovule or megasparangium. The other type of sporangia is the pollen sac or archegonium. The egg develops a pollen sac or microsporangium. The egg develops in the ovule from the megaspores. Many pollen grains are produced in the pollen sac.

    The pollen grains are dispersed by the air! They reach the ovule. The male gamete and the female egg cell fuse together. The zygote is formed as a result of fertilization. Later on, the zygote forms the embryo. The seed is developed from the ovule. The development of seed habit in gymnosperm and angiosperm do not require liquid water during fertilization

    Question 4.
    What are the different lifestyles shown by Angiosperms?
    Réponse:


    Brief Details

    Solar energy accumulation during photosynthesis depends to a big extent on the level of cell protection against oxidative degradation. Multiple antioxidant components (omega-3 fatty acids, vitamin E, carotenoids, etc.)—substances, which act to neutralize free radicals—protect both vegetal and animal cells preventing apoptosis, because the fundamental cellular signaling processes and the mechanisms of protection and adaptation are very conservative throughout the entire living world.

    Multiple extracts of algae and higher plants, products of photosynthesis, are capable to manipulate signaling processes in human cells and as a result, gene expression. For example, phytoestrogens (a group of flavones that play the role of messengers in plant—microbe interaction) mimic the activity of the human hormone estrogen.

    Carotenoids, such as zeaxanthin and lutein protect the photosynthetic systems from the destructive action of ultraviolet light, but can also be found in the human retina (Lutein is apparently employed by animals as an anti-oxidant and for blue light absorption while zeaxanthin may serve as a photopro-
    tectant for retina from the damaging effects of free radicals produced by blue light).

    An important role in the regulation of plant life is played by the solar light spectrum, which, besides photosynthesis, participates in the regulation of certain physiological processes (like growth and development).

    Importance of Photosynthesis and the Global Role of Green Plants

    Photosynthesis is the process through which the energy of light is absorbed by chlorophyll molecules and converted to potential chemical energy of organic substances, composed of carbon dioxide and water. This process includes a large number of reactions, however, for autotrophic organisms producing oxygen, it can be summarized by the following equation:

    According to this equation, the outcome of photosynthesis is light-dependent CO2 fixation with its reduction to carbohydrates and the oxidation of H2O to O2. However, oxygen formation is not characteristic for all photosynthetic organisms. Some photosynthetic bacteria use as a hydrogen donor other inorganic substances (hydrogen sulfide, thiosulfite, etc.) or organic compounds (lactic acid, isopropanol). For instance, green sulfur bacteria use hydrogen sulfide. In this case the summary
    equation of photosynthesis is as follows:

    In the process of photosynthesis, besides carbon dioxide that is the main acceptor of hydrogen ions in photosynthetic autotrophic organisms, sulfate or nitrogen can be reduced, forming hydrogen. Thus, the process of photosynthesis in different photosynthetic organisms can take place with the participation of different donors and acceptors of hydrogen ions.

    The appearance of green plants capable of photosynthesis (2 billion years ago) marked a very important step in the evolution of life on Earth. Photosynthesizing organisms and, consequently, all living organisms have gained access to a limitless and renewable source of electrons, participating in all bioenergetic processes—water.

    This fact has determined the extent of photosynthesis, assuring energy flow and transformation in the biosphere. Eukaryotic organisms (superior green plants and eukaryotic algae) and prokaryotes (photosy-nthetic bacteria and cyanophytic algae) capture solar energy, and convert it into potential chemical energy.

    This is why photosynthesis can be considered a phenomenon of cosmic nature, and the only means by which energy from a celestial body is fixed and stored on Earth in the form of biomass used later in all
    life processes of vegetable and animal organisms. The cosmic role of green plants has been widely described and argued by the Russian scientist K.A. Timireazev.

    Photosynthesis ensures the continuous existence of life by purifying the atmosphere from carbon dioxide. The oxygen released within this physiological process, replenishes its amounts in atmosphere, keeping it within limits optimal for respiration. Annually, green plants release 460 billion tons of oxygen in the external environment, representing the only natural source of oxygen.

    Photosynthesis represents also the primary source of all organic substances as well: carbohydrates, lipids, vitamins, proteins, hormones, glycosides, tannins, etc. These compounds synthesized by plants for their own needs serve later as the main nutrition source for the multitude of trophic chains. Photosynthesis constitutes a most crucial step for energy and matter circulation in nature.

    Fig. The cycle of photosynthesis products in nature

    The unique physiological importance of this process can be generalized by the following contribution of photosynthesis in:
    • transforming the nature of the atmosphere from a reducing one into an oxidant
    one which lead to the advent and spread of aerobic organisms
    • conversion of solar radiation into metabolic energy
    • purifying the atmosphere through gas exchange
    • formation of organic substances from inorganic ones
    • formation of the reserves of mineral resources
    • ensuring the circuit of carbon in nature.

    Photosynthesis as the most complicated fundamental biological process, is a research object for biologists, physicists, chemists, mathematicians, etc. Knowledge of the molecular mechanisms of photosynthesis is very important in solving many industrial-economic problems related to the use of ecologically pure unlimited energy sources (for example, obtaining oxygen and molecular hydrogen through water photooxidation), in increasing the photosynthetic productivity of plants, ensuring long-term cosmic expeditions with organic matter and molecular oxygen.


    Red Algae: Characters and Types (With Diagram)

    Red algae are defined as eukaryotic algae which possess chlorophyll a, phycobilins, floridean starch as food reserve, abundant phycocolloids (like agar, carrageenin, and funori) but lack flagellate cells.

    1. Red algae/rhodophytes are an ancient group of algae with 5000 living species.

    2. They are marine except for a few fresh water species (e.g., Batrachospermum).

    3. Red algae are autotrophic with the exception of a few like Harvey Ella which are colourless and parasitic on other red algae.

    4. A motile or flagellate stage in the life cycle is absent.

    5. The plant body varies from unicellular (e.g., Porphyridium), filamentous (e.g., Spermothamnion), pseudoparenchymatous (Asterocystis), parenchymatous sheets (e.g., Porphyra), ribbons (e.g., Chondrus) to graceful lace-like complex multicellular sea weeds (e.g., Gelidium).

    6. Cell wall possesses cellulose, pectic compounds and certain mucopolysaccharides called phycocolloids (e.g., agar, carrageenin and funori). The latter are usually sulphated.

    7. Some red algae have an incrustation of calcium carbonate over their walls. They appear coral-like and are called coralline (e.g., Corallina). Coralline algae produce limestone. They are important component of reef formations along with corals.

    8. The photosynthetic organelles called chromatophores, have un-stacked or single thylakoids.

    9. Photosynthetic pigments include chlorophyll a, carotenoids and phycobilins. Chlo­rophyll d has been reported in some cases. Phycobilins are water soluble pigments of two types, red coloured phycoerythrin and blue-coloured phycocyanin as well as allophycocyanin. Similar pigments also occur in cyanobacteria (blue-green algae).

    10. The red colour of red algae is due to abundant formation of phycoerythrin. Phyco­erythrin is able to absorb blue green wavelengths of light. Being shorter, these wavelengths are able to reach the maximum depth in water.

    Therefore, red algae reach the maximum depth in sea where no other types of photosynthetic organisms grow. However, rhodophytes living in shallower waters do not appear reddish due to lesser synthesis of phycoerythrin.

    11. Reserve food is floridean starch. In constitution, it is very much similar to glycogen.

    12. Asexual reproduction takes place through a variety of spores—neutral spores, monospores, tetraspores, carpospores, gemmae.

    13. Sexual reproduction is oogamous. The male sex organ is called spermatangium or antheridium. It produces non-flagellate male gamete known as spermatium. The female sex organ is flask-shaped and is termed carpogonium.

    Carpogonium possesses an elongated receptive organ named trichogyne. Spermatia are carried by water currents to trichogyne tips for effecting fertilization. The female sex organ remains attached to the plant and forms a new structure called carposporophyte.

    14. Multicellular forms have an alternation of haploid and diploid generations.

    Types of Common Red Algae:

    It is a stiff cartilaginous pinnately branched agar yielding red alga that is attached to the substratum by a number of rhizoids. Appearance is lace-like. Gelidium is the major source of agar which is obtained from cell wall. Agar has been under manufac­ture in Japan since 1760.

    It is an edible flat thalloid marine red alga. The thallus is made of 1-2 layers of cells covered on the outside by a cuticle of solidified gel. Asexual reproduction occurs by means of neutral spores. Sexual reproduction pro­duces a diploid zygote which on. Meiosis forms haploid carpospores.

    Each carpospore grows into a filamentous structure called conchocelis stage. The stage may multiply by means of monospores. Ultimately conchocelis stage produces the typical flat parenchyma­tous thallus.

    It is a fresh water filamentous rhodophycean alga, com­monly called frog spawn alga. The colour depends upon depth at which the alga occurs— blue-green to purple, violet and pink. The filament gives a branched beaded appearance. The beads occur in the region of nodes where whorls of short branches or glomerules occur.

    The alga multiplies asexually by mono-spores. Male sex organs are called spermatangia while female sex organs are called carpogonia. Meiosis occurs immediately after fertilization.

    A haploid carposporophyte or cystocarp is formed. It produces carpospores. A carpospore forms a highly branched filamentous chantransia stage. It is juvenile stage which can multiply by mono-spores. The adult alga grows over the chantransia stage.

    It is an agar yielding red alga (agarophyte) which grows in lagoons. The thallus is branched, cartilaginous, cylindrical or compressed cylindrical. Plants are unisexual.

    It is a small upright bushy marine alga with feathery multi-axial structure. The plants are fixed to the substratum by rhizoids, holdfast or prostrate system. The plant bears two types of branches, dwarf and long. Dwarf branches are trichoblasts. They develop sex organs, antheridia on male plants and carpogonia on female plants.

    Cells show pit connections. Fertilization produces diploid cystocarp or carposporophyte. The latter bears diploid carpospores. On germination each carpospore forms a tetra sporophyte which resembles the gametophytic plant body in morphology.

    Tetra sporophyte develops haploid tetraspores. A tetraspore germinates to produce gametophytic plant body. Life cycle is diplo-diplohaplontic and triphase with one gametophytic (n) and two sporophytic (2n) phases.

    Polysiphonia has been one of the sources of bromine.

    Economic Importance of Red Algae:

    A number of red algae are edible, e.g., Porphyra (Laver), Rhodymenia (Dulse), Chondrus (Irish Moss). Rhodymenia (also called sheep’s weed) is also used as fodder. Porphyra is cultivated in Japan for commercial exploitation.

    A number of phycocolloids are extracted for commercial use. They include agar, carrageenin and funori. Agar is used in solidifying laboratory culture media and is added as stabilizer or thickener in the preparation of jellies, puddings, creams, cheese, bakery, etc. Agar is obtained from cell wall of Gelidium and Gracilaria.

    Carrageenin is used as a clearing agent in liquors, leather finishing and as emulsifier in chocolates, ice-creams, and tooth pastes, paints, etc. It is extracted from Chondrus. Funori is glue used as adhesive and in sizing textiles, papers, etc. It is got from Gloiopeltis.

    Bromine is obtained from some of the red algae, e.g., Rhodomela Polysiphonia.

    Corallina is capable of curing worm infections. Polysiphonia has anti­bacterial properties. Agar is laxative. Carrageenin can coagulate blood.


    5.11E: Carotenoids and Phycobilins - Biology

    Seaweeds are Successful Marine Organisms

    Seaweeds are Important Autotrophs

      1. Provide food and cover for animals.
      2. Photosynthetic: use sunlight as an energy source to produce sugar
      3. General formula for photosynthesis:
      6CO 2+ 6H 2 O -----> C 6 H 12 O 6 + 6O 2
      1. Seaweeds differ from terrestrial plants
      2. Although multicellular, seaweeds lack roots, stems, leaves, flowers, fruits and seeds
      1. No wood
      2. Seaweeds get support from water via buoyancy
      3. Can reach large sizes without supporting tissues

    Lack Specialized Absorptive Tissues

      1. A simple body is called a thallus
      2. A filament, mass, branched structure or encrustation
      1. Holdfast: anchors
      2. Stipe: holds blades in light and acts as a shock absorber
      3. Blade (frond): exposes surface to light and nutrients in seawater
      4. Air bladders: provide buoyancy
      1. Seaweeds reproduce sexually by gamete formation
      2. Seaweeds reproduce asexually by spore formation
    1. 4,000 marine species
    2. Contain red and green photopigments
    3. Have simple structure
      Browns (Phylum Phaeophyta)
      1. 1,500 marine species
      2. Contain yellow, orange and green photopigments
      3. Have complex structure
      Greens (Phylum Chlorophyta)
    1. 700 marine species (6,300 freshwater)
    2. Contain green photopigments
    3. Have simple structure

    Adaptation to Intertidal Zone

      1. Heavy wave action
      2. Small, tough stipes and blades
      3. Strong holdfasts
      4. Hydrodynamic shapes
      5. Low surface to volume ratio
      6. Dessication
      7. Low surface to volume ratio
      8. Trap water

    Adaptation to Shallows (subtidal to 30 meters)

      1. Less wave Action
      2. Storm waves only
      3. Strong holdfasts, stipes & blades
      4. Decreased light intensity
      5. Higher surface-to-volume ratio
      6. Long stipes and large blades

    Adaptation to Depths (30 to 100 meters)

      1. No wave action
      2. Delicate forms survive
      3. Low light
      4. Very high surface-to-volume ratio
      5. Highly branching forms
      6. Broad blades
      1. Carotenoids and phycobilins
      2. Photopigments that capture light energy and pass it to chlorophyll
      3. Adaptation to low light
      4. Absorb blue and green light which penetrate deepest

    Plants are Primarily Terrestrial Organisms