La photosynthèse, le processus par lequel certains organismes transforment la lumière du soleil en énergie chimique, est bien connue. Mais c'est un phénomène complexe, qui implique une myriade de protéines. La molécule Chl f, un nouveau type de chlorophylle, est connue pour jouer un rôle dans la photosynthèse, mais en raison de sa découverte récente, sa localisation et ses fonctions ne sont pas comprises. Des scientifiques japonais ont maintenant analysé en détail le complexe protéique impliqué dans la photosynthèse et découvert plusieurs nouveaux aspects sur Chl f.
Tous les organismes vivants ont besoin d'énergie pour leur survie, et cette énergie provient indirectement du soleil. Certains organismes, tels que les plantes, les cyanobactéries et les algues, sont capables de convertir directement cette énergie lumineuse en énergie chimique via un processus appelé «photosynthèse». Ces organismes photosynthétiques contiennent des structures spéciales pour la médiation de la photosynthèse, appelées «photosystèmes». Il existe deux photosystèmes qui effectuent des réactions de conversion lumière-énergie, dont chacun est composé d'un certain nombre de protéines et de pigments. Parmi les pigments photosynthétiques, la chlorophylle est le plus crucial, qui non seulement capte l'énergie lumineuse du soleil, mais participe également à la «chaîne de transfert d'électrons», une voie moléculaire par laquelle les photons (de la lumière du soleil) sont convertis en électrons (qui sont utilisés comme source d'énergie). Il existe différents types de molécules de chlorophylle, chacune ayant une fonction spécifique allant de l'absorption de la lumière à sa conversion en énergie. De plus, chaque molécule de chlorophylle absorbe la lumière dans différentes régions. Récemment, un nouveau type de chlorophylle appelé Chl f a été découvert, mais des détails comme exactement où il se trouve et comment il fonctionne sont restés un mystère jusqu'à présent.
Dans une nouvelle étude publiée dans Communications Nature, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Tatsuya Tomo de l'Université des sciences de Tokyo, au Japon, et comprenant des chercheurs collaborateurs de l'Université d'Okayama, de l'Université de Tsukuba, de l'Université de Kobe et de RIKEN, a révélé de nouveaux détails sur l'emplacement et les fonctions de Chl f. Ils voulaient avoir un aperçu du processus complexe de la photosynthèse, car une compréhension approfondie de ce processus pourrait avoir diverses applications futures, telles que le développement de cellules solaires. À propos de l'étude, le professeur Tomo déclare: «Le cours initial de la photosynthèse commence lorsque le pigment photosynthétique lié à ce complexe photochimique absorbe la lumière. Nous avons analysé la structure d'un complexe photochimique récemment découvert, le photosystème I avec Chl f qui a un maximum d'absorption sur le côté d'énergie inférieure de la lumière (lumière rouge lointaine). De plus, nous avons analysé la fonction de Chl f. »
Ce que les scientifiques savaient jusqu'à présent, c'est que Chl f est «décalé vers le rouge lointain», ce qui signifie que cette molécule absorbe la lumière rouge lointaine de l'extrémité inférieure du spectre lumineux. Le professeur Tomo et son équipe voulaient creuser plus profondément, et pour cela, ils ont étudié l'algue dans laquelle Chl f a été découvert pour la première fois. En utilisant des techniques telles que la cryo-microscopie électronique, ils ont analysé en détail la structure à haute résolution du photosystème de cette algue et ont constaté que Chl f est situé à la périphérie du photosystème I (l'un des deux types de photosystèmes) mais n'est pas présent in la chaîne de transfert d'électrons. Ils ont également constaté que la lumière rouge lointaine provoque des changements structurels dans le photosystème, qui sont accompagnés de la synthèse de Chl f dans les algues, les amenant à conclure que Chl f provoque ces changements structurels dans le photosystème I. C'était passionnant, car cette découverte est la première à expliquer comment exactement Chl f travaux. Le professeur Tomo déclare: «Nos résultats ont révélé que l'apparition de Chl f est bien corrélée à l'expression des gènes du photosystème I induite sous une lumière rouge lointaine. Cela indique que Chl f fonctions pour récolter la lumière rouge lointaine et améliorer le transfert d'énergie en montée. Nous avons également constaté que la séquence d'acides aminés du photosystème I a été modifiée de manière à s'adapter à la structure de Chl f. »
Comprendre les subtilités de la photosynthèse a plusieurs applications importantes. Par exemple, imiter le processus de photosynthèse dans un système artificiel est une méthode élégante pour capturer l'énergie solaire et la convertir en électricité. Le professeur Tomo précise: «Environ la moitié de l'énergie solaire qui tombe sur la terre est de la lumière visible et l'autre moitié est de la lumière infrarouge. Notre recherche met en avant un mécanisme qui peut utiliser la lumière sur le spectre d'énergie inférieur, ce qui n'a jamais été vu auparavant. Nos résultats montrent comment améliorer l'efficacité du transfert d'énergie dans la photosynthèse et, par extension, fournissent également des informations importantes sur la photosynthèse artificielle.
Division des communications du Département des affaires générales de l'Université de Kobe
À propos de l'Université des sciences de Tokyo
L'Université des sciences de Tokyo (TUS) est une université bien connue et respectée, et la plus grande université de recherche privée spécialisée en sciences au Japon, avec quatre campus dans le centre de Tokyo et sa banlieue et à Hokkaido. Créée en 1881, l'université a continuellement contribué au développement scientifique du Japon en inculquant l'amour de la science aux chercheurs, techniciens et éducateurs.
Avec une mission de «Créer la science et la technologie pour le développement harmonieux de la nature, des êtres humains et de la société», TUS a entrepris un large éventail de recherches allant de la science fondamentale à la science appliquée. TUS a adopté une approche multidisciplinaire de la recherche et entrepris des études intensives dans certains des domaines les plus vitaux d'aujourd'hui. TUS est une méritocratie où le meilleur de la science est reconnu et nourri. C'est la seule université privée au Japon à avoir produit un lauréat du prix Nobel et la seule université privée d'Asie à produire des lauréats du prix Nobel dans le domaine des sciences naturelles.
Site Web : https://www.tus.ac.jp/en/mediarelations/
QUE RETENIR DE CET ARTICLE :
- By using techniques such as cryo-electron microscopy, they analyzed the high-resolution structure of the photosystem in this alga in detail and found that Chl f is located at the periphery of photosystem I (one of the two types of photosystems) but is not present in the electron transfer chain.
- They also found that far-red light causes structural changes in the photosystem, which are accompanied by the synthesis of Chl f in the algae, leading them to conclude that Chl f causes these structural changes in photosystem I.
- Among photosynthetic pigments, chlorophyll is the most crucial one, which not only captures light energy from the sun but also participates in the “electron transfer chain”, a molecular pathway through which photons (from the sunlight) are converted into electrons (which are used as an energy source).
