L’état final de la photosynthèse livre de nouveaux secrets

L'état final de la photosynthèse livre de nouveaux secrets. Cela pourrait permettre de mettre en place des systèmes photosynthétiques artificiels.

Des chercheurs du SLAC National Accelerator Laboratory et du Lawrence Berkeley National Laboratory, avec la collaboration de collègues en Suède, en Allemagne et au Royaume-Uni, donnent aujourd’hui un nouveau regard très important sur l’état final de la photosynthèse. Les scientifiques ont observé au niveau atomique comment le Photosystème II, un complexe enzymatique que l’on trouve dans les plantes, réalise une transformation permettant de faire perdre un atome d’oxygène supplémentaire. Selon eux, ceci pourrait faire progresser l’optimisation de nos sources d’énergie propre. « Cela va vraiment changer la manière dont nous comprenons le Photosystème II », expliquait Uwe Bergmann, professeur à l’Université de Wisconsin-Madison et co-auteur de l’étude.

L’état final de la photosynthèse livre de nouveaux secrets

Les chercheurs ont pris des « images dans une résolution extrêmement élevée » à différents moments du processus, à température ambiante, leur donnant de nouvelles informations quant à la manière dont l’oxygène est produit. Le baseball peut fournir une métaphore simple pour illustrer cela. « Le centre évolue selon quatre états d’oxydation stables, de S0 à S3, lorsque exposé à la lumière du Soleil », explique le SLAC. « Sur un terrain de baseball, S0 serait le début de la partie, lorsqu’un joueur sur sa base de départ est prêt à frapper. S1 à S3 seraient les joueurs sur les première, deuxième et troisième bases. » Un batteur qui frappe pour faire avancer les autres correspond au complexe qui absorbe un photon. « Lorsque la quatrième balle est frappée, le joueur revient sur sa base de départ, marquant un point ou, dans le cas du Photosystème II, relâchant une molécule d’oxygène que l’on respire. » C’est ce dernier état, S4 (entre la troisième base et l’arrivée sur le marbre dans notre métaphore) qui a été observé pour la toute première fois, lorsque deux atomes d’oxygène se lient pour relâcher une molécule d’oxygène, révélant des étapes supplémentaires jusqu’alors inconnues.

La vidéo ci-dessous illustre le processus et les découvertes de l’équipe.

« La plupart du processus qui produit l’oxygène que l’on respire survient dans cette dernière étape », explique Vittal Yachandra, scientifique au Berkeley Lab et co-auteur du papier publié dans Nature. « Mais il y a plusieurs choses qui surviennent dans des zones différentes du Photosystème II et toutes se regroupent à la fin pour que la réaction aboutisse. C’est comme quand, au baseball, des facteurs comme les positions de la balle et des joueurs affectent les déplacements qu’un joueur doit faire pour revenir sur sa base de départ, l’environnement de protéines autour du centre catalytique influence cette réaction. »

Cela pourrait permettre de mettre en place des systèmes photosynthétiques artificiels

Les chercheurs attendent désormais une mise à jour aux rayons-X, dans quelques mois, pour aller plus loin encore dans leurs observations. Avec jusqu’à un million de pulsations par seconde, contre seulement 120 par seconde dans cette expérience, « nous pourrons collecter l’équivalent de plusieurs jours de données en quelques heures », précisait Uwe Bergmann. « Nous pourrons aussi utiliser les rayons-X mous pour mieux comprendre les changements chimiques qui surviennent dans le système. Ces nouvelles capacités continueront d’orienter ces recherches et de mieux comprendre la photosynthèse. »

L’équipe est aussi convaincue que ces résultats les aideront à « développer des systèmes photosynthétiques artificiels qui reproduisent la photosynthèse pour collecter la lumière du soleil naturelle et convertir le dioxyde de carbone en carburants basés sur l’hydrogène et le carbone. » Jan Kern, coauteur et scientifique au Berkeley Lab, explique : « plus nous en savons sur la manière dont la nature procède, plus nous nous rapprochons de l’application de ces principes dans des processus artificiels, y compris pour une photosynthèse artificielle comme source d’énergie propre et durable. »