Les scientifiques notent cette étape manquante insaisissable dans l’étape finale de la photosynthèse

Des chercheurs du SLAC National Accelerator Laboratory et du Lawrence Berkeley National Laboratory (avec des collaborateurs en Suède, en Allemagne et au Royaume-Uni) jeter une nouvelle lumière Dans la dernière étape de la photosynthèse. Ils ont observé dans les détails atomiques comment le photosystème II, un complexe protéique présent dans les plantes, subit une transformation qui entraîne la perte d’un atome d’oxygène supplémentaire. Les scientifiques pensent que les découvertes aideront à fournir une feuille de route pour améliorer les sources d’énergie propres. « Cela va vraiment changer notre façon de penser le système deux », a déclaré Uwe Bergmann, scientifique et professeur à l’Université du Wisconsin-Madison, co-auteur de l’article.

Les chercheurs ont pris des « images ultra-haute résolution » des différentes étapes du processus (à température ambiante), leur donnant un nouvel aperçu de la manière et de l’endroit exacts où l’oxygène est produit. Le baseball peut offrir une métaphore simple (si quelque peu forcée) pour illustrer le processus. « Le centre passe par quatre états d’oxydation stables, définis de S0 à S3, lorsqu’il est exposé à la lumière du soleil », explique le SLAC. « Sur un terrain de baseball, S0 sera le démarreur du jeu lorsque le joueur à la maison est prêt à frapper. S1-S3 seront les joueurs en premier, deuxième et troisième. » Sur la base de cette métaphore, le frappeur en contact avec les coureurs avant indique que le frappeur absorbe un photon de la lumière du soleil. « Lorsque la quatrième balle est frappée, le joueur glisse vers la maison, marquant un point ou, dans le cas du deuxième système d’image, libérant une molécule d’oxygène respirable. » C’est cette dernière étape (S4, entre la troisième base et la maison coulissante dans notre métaphore) qu’ils ont d’abord décrite, où deux atomes d’oxygène se lient pour libérer une molécule d’oxygène, révélant des étapes supplémentaires que nous n’avons jamais vues auparavant.

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

« La plupart des processus qui produisent de l’oxygène respirable se produisent dans cette dernière étape », a déclaré Vital Yachandra, scientifique du Berkeley Lab et co-auteur de l’article. Publié dans nature. « Mais il se passe beaucoup de choses dans différentes parties du deuxième système d’image et elles doivent toutes se réunir pour que la réaction soit réussie. Tout comme au baseball, des facteurs tels que la position du ballon et la position du joueur de base et les joueurs de champ influencent les mouvements que le joueur prend pour atteindre sa base, l’environnement de la protéine autour du centre catalytique affecte la façon dont cette interaction se produit. »

Les chercheurs prévoient de mettre à niveau les rayons X plus tard cette année pour faire la lumière sur le processus. Il utilisera un taux de répétition de 1 million de battements par seconde, contre 120 battements par seconde utilisés dans cette expérience. « Grâce à ces mises à niveau, nous serons en mesure de collecter plusieurs jours de données en quelques heures seulement », a déclaré Bergman. « Nous pourrons également utiliser les rayons X mous pour mieux comprendre les changements chimiques qui se produisent dans le système. Ces nouvelles capacités continueront de faire avancer cette recherche et apporteront un nouvel éclairage sur le processus de photosynthèse. »

L’équipe pense que les résultats les aideront à « développer des systèmes photosynthétiques artificiels qui imitent la photosynthèse pour récolter la lumière naturelle du soleil afin de convertir le dioxyde de carbone en hydrogène et en carburants à base de carbone ». Jean Kern, co-auteur et autre scientifique du Berkley Lab, a déclaré : « Plus nous en savons sur la façon dont la nature procède, plus nous nous rapprochons de l’utilisation de ces principes dans les processus créés par l’homme, y compris les idées de la photosynthèse artificielle comme énergie propre et durable. source. »

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