Une collaboration internationale entre les chercheurs du BIAM (CEA, CNRS, AMU) et la Carnegie Institution for Science de Stanford (Etats-Unis) vient de révéler comment l’énergie solaire est transmise aux réactions métaboliques des cellules algales, permettant la séquestration efficace du CO₂ atmosphérique.
Cette découverte offre une compréhension approfondie des mécanismes fondamentaux qui sous-tendent une séquestration efficace du CO₂ par les microalgues.
Lors de la conversion de l’énergie solaire par photosynthèse, différentes voies de transfert sont empruntées par les électrons, créant ainsi une force motrice de protons (proton motive force) de part et d’autre des membranes biologiques. Cette force motrice est ensuite utilisée pour générer de l’ATP, une importante monnaie d’échange de l’énergie cellulaire. Jusqu’à présent la voie de transfert des électrons, connue sous le nom de « schéma en Z (Cf. Encadré), était considérée comme le moteur principal, et la contribution des autres voies (dites alternatives) était largement sous-estimée.
En utilisant l’algue verte Chlamydomonas comme organisme modèle, les scientifiques ont montré que ces voies alternatives de transfert d’électrons (Cf. Encadré) jouent un rôle crucial pour la fixation du CO2, et qu’elles peuvent largement se substituer les unes aux autres pour fournir de l’énergie nécessaire à la fixation du CO2. Une de ces voies, qui implique une coopération étroite entre les chloroplastes et les mitochondries, s’est avérée la plus efficace pour la séquestration du carbone.
En révélant que ces différentes voies peuvent se substituer les unes aux autres, cette découverte illustre les grandes capacités de flexibilité de la photosynthèse. Elle ouvre de nouvelles pistes d’amélioration de la fixation du carbone par les organismes photosynthétiques ainsi que de nouvelles perspectives dans la lutte contre le changement climatique.
Le schéma en « Z » de la photosynthèse et les voies alternatives de transfert d’électrons
Le schéma en « Z » est la voie principale du transfert d’électrons lors de la photosynthèse. Les électrons produits lors de la photolyse de l’eau au niveau du photosystème II sont transférés au photosystème I permettant la production de NADPH (pouvoir réducteur). Au cours du schéma en « Z » une force proton motrice est produite qui permet la synthèse d’ATP (pouvoir phosphorylant). Le NADPH et l’ATP sont utilisés pour fournir de l’énergie aux réaction métaboliques de fixation de CO2.
Les voies alternatives de transfert d’électrons sont d’autres voies qui permettent aux cellules de produire un surplus de pouvoir phosphorylant nécessaire à une fixation efficace du CO2. Différentes voies alternatives ont été décrites, comme le transfert cyclique des électrons autour du photosystème I ou le transfert, suivi de la conversion en ATP, du pouvoir réducteur produit dans le chloroplaste vers la mitochondrie.
*Collaboration :
1 Aix Marseille Univ, CEA, CNRS, Institut de Biosciences et Biotechnologies Aix-Marseille, CEA Cadarache, 13108 Saint Paul-lez-Durance, France
2 Department of Plant Biology, The Carnegie Institution for Science, Stanford, CA, 94305 USA
3 Department of Biology, Stanford University, Stanford, CA, 94305, USA
Auteurs :
Gilles Peltier1, Carolyne Stoffel2, Justin Findinier2, Sai Kiran Madireddi2, Ousmane Dao1, Virginie Epting1, Arthur Grossman2,3, Yonghua Li-Beisson1, Adrien Burlacot2,3*