La photosynthèse en lumière
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Des chercheurs de l’EPFL ont eu recours à des techniques d’imagerie élaborées dans le cadre d’une étude consacrée à la photosynthèse.
Tous les végétaux utilisent une forme de photosynthèse pour produire de l’énergie, même si certains ne s’appuient pas exclusivement sur elle. Pour ce faire, les plantes supérieures captent la lumière dans des compartiments spéciaux appelés thylakoïdes. Ceux-ci se trouvent dans des organites cellulaires appelés chronoplastes, qui fonctionnent comme une centrale nucléaire végétale. Même si la photosynthèse est bien définie sur le plan biochimique, elle reste un mystère au niveau cellulaire. Des scientifiques de l’EPFL participant à une étude publiée dans Plant Cell ont utilisé force techniques de microscopie et de visualisation pour comprendre comment les thylakoïdes capturent la lumière.
La photosynthèse transforme la lumière en énergie chimique au profit d’une plante. Lorsqu’une feuille est éclairée, ses cellules capturent la lumière dans des organites nommés chloroplastes. Ceux-ci renferment de la chlorophylle, le pigment photo-absorbant des végétaux qui leur confère leur belle couleur verte. Les chronoplastes contiennent des thylakoïdes, soit des ensembles de membranes lipidiques qui intègrent des complexes fonctionnels de protéines-pigments. Le plus grand de ces systèmes d’antennes collectrices, le LHCII (light-harvesting complex II), constitue environ la moitié des ressources en chlorophylle de la biosphère. L’organisation spatiale des thylakoïdes a éveillé l’intérêt des chercheurs, car elle est étroitement liée aux processus régulateurs de la photosynthèse.
Andrzej Kulik du groupe Giovanni Dietler de l’EPFL a collaboré avec Wiesław Gruszecki de l’Université Maria Curie-Sklodowska et avec des chercheurs de l’Université de Varsovie pour isoler des complexes membranaires LHCII de feuilles d’épinard et les comparer, avec comme seule variable la quantité de lumière reçue par chacun. Le premier groupe provenait de feuilles plongées dans le noir, le second avait été préalablement exposé à de fortes intensités lumineuses. Grâce à la diffraction par rayons X, à la microscopie infrarouge, la microscopie laser confocale à balayage et la microscopie électronique à transmission, les scientifiques ont pu démontrer que les complexes LHCII habitués à l’obscurité s’assemblaient en empilements bicouches à connexions rivetées (comme des membranes usuelles de chloroplastes), tandis que les pré-éclairés produisaient des structures 3D beaucoup moins élaborées.
Les auteurs en ont logiquement conclu que la formation d’arrangements bicouches rivetés est cruciale si l’on souhaite déterminer comment les membranes thylacoïdales se structurent lorsqu’elles sont soumises à la lumière. En fonction de l’exposition reçue, celles-ci peuvent s’empiler les unes sur les autres ou se séparer pour collecter l’énergie avec une efficacité accrue.
