Les scientifiques découvrent accidentellement que la photosynthèse ne fonctionne pas exactement comme nous le pensions


La photosynthèse est l’un des processus chimiques les plus importants sur Terre.

L’un des processus chimiques les plus étudiés dans la nature, la photosynthèse, peut ne pas fonctionner tout à fait comme nous le pensions, ont découvert par hasard des scientifiques.

Photosynthèse est le processus par lequel les plantes, les algues et certaines bactéries convertissent le dioxyde de carbone et l’eau en oxygène et en sucres à utiliser comme énergie. Pour ce faire, les organismes utilisent la lumière du soleil pour oxyder ou prélever des électrons de l’eau; et réduire ou donner des électrons aux molécules de dioxyde de carbone. Ces réactions chimiques nécessitent des photosystèmes – des complexes protéiques contenant de la chlorophylle, un pigment qui absorbe la lumière et donne aux feuilles des plantes et aux algues leur couleur verte – pour transférer des électrons entre différentes molécules.

Dans la nouvelle étude, publiée le 22 mars dans la revue Nature (s’ouvre dans un nouvel onglet), les chercheurs ont utilisé une nouvelle technique, connue sous le nom de spectroscopie d’absorption transitoire ultrarapide, pour étudier pour la première fois le fonctionnement de la photosynthèse à une échelle de temps d’un quadrillionième de seconde (0,000000000000001 seconde). L’équipe essayait initialement de comprendre comment les quinones – des molécules en forme d’anneau qui peuvent voler des électrons au cours de processus chimiques – ont un impact sur la photosynthèse. Mais au lieu de cela, les chercheurs ont découvert que les électrons pouvaient être libérés des photosystèmes beaucoup plus tôt au cours de la photosynthèse que les scientifiques ne le pensaient auparavant.

« Nous pensions que nous utilisions simplement une nouvelle technique pour confirmer ce que nous savions déjà », co-auteur de l’étude Jenny Zhang (s’ouvre dans un nouvel onglet)un biochimiste spécialisé dans la photosynthèse à l’Université de Cambridge en Angleterre, a déclaré dans un déclaration (s’ouvre dans un nouvel onglet). « Au lieu de cela, nous avons trouvé une toute nouvelle voie et ouvert un peu plus loin la boîte noire de la photosynthèse. »

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Algues photosynthétiques vues au microscope. Leur couleur verte est le résultat du pigment chlorophylle présent à l’intérieur des photosystèmes.

Deux photosystèmes sont utilisés lors de la photosynthèse : le photosystème I (PSI) et le photosystème II (PSII). Le PSII fournit principalement des électrons au PSI en les prenant à partir de molécules d’eau : le PSI excite ensuite davantage les électrons avant de les libérer pour éventuellement les donner au dioxyde de carbone pour créer des sucres, via une série d’étapes complexes.

Des recherches antérieures avaient suggéré que l’échafaudage protéique dans le PSI et le PSII était très épais, ce qui aidait à contenir les électrons en leur sein avant d’être transmis là où ils étaient nécessaires. Mais la nouvelle technique de spectroscopie ultrarapide a révélé que l’échafaudage protéique était plus « fuyant » que prévu et que certains électrons pouvaient s’échapper des photosystèmes presque immédiatement après que la lumière ait été absorbée par la chlorophylle dans les photosystèmes. Ces électrons pourraient donc atteindre leurs destinations plus rapidement que prévu.

« La nouvelle voie de transfert d’électrons que nous avons trouvée ici est complètement surprenante », a déclaré Zhang. « Nous n’en savions pas autant sur la photosynthèse que nous le pensions. »

La fuite d’électrons a été observée à la fois dans les photosystèmes isolés et dans les photosystèmes « vivants » à l’intérieur des cyanobactéries.

En plus de réécrire ce que nous savons sur la photosynthèse, cette découverte ouvre de nouvelles voies pour de futures recherches et applications biotechnologiques. L’équipe pense qu’en « piratant » la photosynthèse pour libérer davantage de ces électrons à des stades précoces, le processus pourrait devenir beaucoup plus efficace, ce qui pourrait aider à produire des plantes plus résistantes à la lumière du soleil ou être reproduit artificiellement pour créer des sources d’énergie renouvelables pour aider à combattre changement climatique, selon le communiqué. Cependant, beaucoup plus de recherches sont nécessaires avant que cela puisse se produire.

« De nombreux scientifiques ont essayé d’extraire des électrons d’un point antérieur de la photosynthèse, mais ont déclaré que ce n’était pas possible car l’énergie est tellement enfouie dans l’échafaudage protéique », a déclaré Zhang. « Le fait que nous puissions [potentially] les voler lors d’un processus antérieur est époustouflant. »

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