Les caroténoïdes, pigments essentiels à la photosynthèse
Les caroténoïdes sont les pigments qui donnent notamment leurs couleurs jaunes et orangées aux végétaux. Ils jouent aussi un rôle essentiel dans la photosynthèse. Ils participent en effet à la capture et au transfert de l'énergie lumineuse, tout en protégeant les cellules lorsque la lumière est trop intense. Pour comprendre comment ces pigments utilisent et distribuent l'énergie de la lumière, les scientifiques se sont intéressés aux réactions induites lorsqu'un caroténoïde absorbe un photon. Cette absorption place brièvement la molécule dans un état dit « excité », avant que l'énergie ne soit transférée ou dissipée.
Des états électroniques longtemps restés dans l'ombre
Les scientifiques se sont longtemps appuyés sur un modèle simplifié trois principaux états électroniques (S₀, S₁ et S₂) afin d'étudier le rôle des caroténoïdes dans la photosynthèse. Mais ce cadre traditionnel ne parvenait pas à expliquer pas l'ensemble des signaux transitoires complexes, ultra-rapides observés, qui suggéraient l'existence de niveaux électroniques supplémentaires, dits sombres, car invisibles en absorption, et dont le nombre et la nature faisaient l'objets de vives discussions.
La spectroscopie Raman pour révéler les états « sombres »
En développant un appareil capable de mesurer, en une centaine de femtosecondes, les vibrations des molécules grâce à la spectroscopie Raman stimulée résonante femtoseconde, les chercheurs de l'I2BC (Institut de biologie intégrative de la cellule) ont pu observer séparément les signatures d'au moins quatre états électroniques « sombres » des caroténoïdes. En ajustant les conditions expérimentales, ils ont ainsi pu identifier ces différents états et mieux comprendre leur nature.
Ce faisant, ils proposent un cadre plus précis que le modèle original à trois niveaux qui permet déjà de mieux comprendre les transferts d'énergie impliquant les caroténoïdes au cours des étapes primaires de la photosynthèse. Ce modèle pourra égalementr expliquer le rôle de ces molécules dans la photoprotection.
Ces résultats apportent, avec une précision sans
précédent, une réponse à des années de controverse dans la recherche sur le
rôle des caroténoïdes au cours de la photosynthèse, ainsi qu'un nouvel
éclairage sur la photophysique de ces molécules essentielles, tout en
établissant un cadre spectroscopique pertinent pour caractériser leurs
multiples rôles.
*La
plateforme de spectroscopie Raman de résonance stimulée à la femtoseconde, qui
suit les espèces transitoires avec une spécificité structurale et une
résolution temporelle femtoseconde, permet d'accéder à des informations
structurales (modes vibrationnels) des états excités transitoires générés par
l'absorption d'un photon.
Grace à l'utilisation de la résonance, ce dispositif permet de sélectionner le
signal d'un état transitoire déterminé et de suivre sa dynamique avec une
résolution temporelle sub-picosecondes, ce qui en fait un banc de mesure à ce
jour unique au monde.
En savoir plus © I2BC