Africa-Press – Côte d’Ivoire. C’est l’un des grands mystères de la photosynthèse qui vient d’être levé. Dans une étude parue dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, une équipe de l’Indian Institute of Science (IISc) et du California Institute of Technology (Caltech) a élucidé pourquoi, depuis des milliards d’années, le transfert d’électrons au sein du Photosystème II – le complexe moléculaire qui initie la conversion de la lumière en énergie – ne s’effectue que dans une seule direction. En effet, alors que ses deux branches principales, appelées D1 et D2, sont presque parfaitement symétriques, seule la première est fonctionnelle.
Une symétrie trompeuse
Le Photosystème II (PSII) est le point de départ de la photosynthèse. Présent dans les plantes, les algues et certaines bactéries, ce complexe de protéines et de pigments capte la lumière et décompose l’eau en libérant de l’oxygène, des protons et des électrons. Ces derniers circulent ensuite le long d’une chaîne de molécules qui emmagasinent l’énergie nécessaire à la fabrication des sucres. Le cœur du PSII comprend deux voies symétriques (D1 et D2) composées de molécules de chlorophylle et de pigments proches appelés phéophytines. Théoriquement, les électrons devraient circuler sur les deux branches de manière équivalente. Pourtant, toutes les expériences montrent que seule la voie D1 est utilisée.
Pour comprendre cette asymétrie, l’équipe dirigée par Prabal K. Maiti a combiné plusieurs approches: des simulations de dynamique moléculaire, des calculs de chimie quantique et la théorie de Marcus, qui décrit la probabilité de transfert d’un électron selon les conditions énergétiques du milieu. « Nous avons évalué l’efficacité du transfert d’électrons étape par étape dans chacune des deux branches », explique dans un communiqué Shubham Basera, doctorant en physique à l’IISc.
Les résultats révèlent que la voie D2 présente une barrière énergétique beaucoup plus élevée que la D1. Le passage de l’électron de la phéophytine vers la plastoquinone y demande environ deux fois plus d’énergie d’activation, un obstacle suffisant pour bloquer le transfert. Les chercheurs ont également simulé le comportement électrique du PSII et montré que la résistance au mouvement des électrons est 100 fois plus forte dans la branche D2 que dans la D1.
Un déséquilibre clé pour la vie
Cette asymétrie, loin d’être un défaut, semble au contraire essentielle au bon fonctionnement du processus. Les auteurs suggèrent qu’elle découle de légères différences dans l’environnement moléculaire des pigments, notamment dans la manière dont la chlorophylle et la phéophytine sont enchâssées dans la protéine. La chlorophylle du canal D1 possède un état excité légèrement plus bas que celui de D2, ce qui facilite le transfert initial d’électrons.
Cette découverte ne résout pas tous les mystères de la photosynthèse, mais elle fournit une explication physique solide à un phénomène connu depuis longtemps sans être compris. « Notre travail représente une étape importante pour percer les secrets de la photosynthèse naturelle », souligne Prabal K. Maiti. Selon lui, ces résultats pourraient inspirer la conception de systèmes artificiels imitant la nature, capables de transformer la lumière du Soleil en carburants chimiques. Voire même de développer des techniques qui permettraient de booster les plantes vivrières pour qu’elles deviennent plus productives.
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