LA CONTROVERSE AUTOUR DES ÉTATS EXCITÉS DES CAROTÉNOÏDES…
Les caroténoïdes, pigments responsables des couleurs orangées et jaunes des végétaux, jouent un rôle critique dans la récolte des photons au cours de la photosynthèse et assurent également une photoprotection efficace de l'appareil photosynthétique. Malgré des recherches intensives menées depuis plusieurs décennies, la compréhension de la photophysique des caroténoïdes, et par conséquent des processus induits par la lumière dans les systèmes contenant des caroténoïdes, reste largement incomplète. Les scientifiques se sont longtemps appuyés sur un modèle simplifié à trois niveaux électroniques (S₀, S₁, S₂) pour comprendre 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.
…RÉSOLUE GRÂCE A LA SPECTROSCOPIE RAMAN
En mettant au point un appareil original, capable de mesurer un signal de spectroscopie Raman stimulée en une centaine de femtosecondes dans des conditions de résonance, les auteurs de l'étude ont pu observer sélectivement, en jouant sur ces conditions de résonance, les empreintes vibrationnelles de trois niveaux électroniques distincts sombres dans le manifold des niveaux électroniques des caroténoïdes, et préciser 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, et pourra en particulier 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.
Résumé adapté de l'actualité de l'I2BC
Visuel : Représentation artistique des états excités dans les
caroténoïdes. © MJ Llansola-Portoles/CEA-CNRS-Université
Paris-Saclay
Contact : Manuel Llansola-Portoles manuel.llansola@i2bc.paris-saclay.fr
- Les caroténoïdes sont des pigments non chlorophylliens stockés dans les chromoplastes (organites des cellules végétales) de fruits et de fleurs, leur donnant leurs teintes jaunes, oranges ou rouges.
- Le modèle simplifié à trois états des caroténoïdes décrit les niveaux d'énergie électroniques clés impliqués dans l'absorption de la lumière et la relaxation ultra-rapide : l'état fondamental S₀, l'état sombre S₁ et l'état lumineux S₂. Ce modèle ne parvenait pas à cartographier le réseau d'états excités optiquement sombres.
- Les états excités sombres des caroténoïdes sont des niveaux électroniques non actifs en absorption et non radiatifs, essentiels pour comprendre la photophysique des caroténoïdes. Leurs principaux représentants sont l'état S₁, prédit théoriquement en 1987, et un état intermédiaire S*, proposé vingt ans plus tard.
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.
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