Tous les organismes vivants ont besoin d'énergie pour leur survie, et cette énergie vient indirectement du soleil. Certains organismes, comme les plantes, cyanobactéries, et les algues, sont capables de convertir directement cette énergie lumineuse en énergie chimique via un processus appelé « photosynthèse ». Ces organismes photosynthétiques contiennent des structures spéciales pour médier la photosynthèse, appelés "photosystèmes".

Il existe deux photosystèmes qui effectuent des réactions de conversion lumière-énergie, dont chacun est composé d'un certain nombre de protéines et de pigments. Parmi les pigments photosynthétiques, la chlorophylle est la plus cruciale, qui non seulement capte l'énergie lumineuse du soleil mais participe également à la "chaîne de transfert d'électrons, " une voie moléculaire par laquelle les photons (de la lumière du soleil) sont convertis en électrons (qui sont utilisés comme source d'énergie). Il existe différents types de molécules de chlorophylle, chacun ayant une fonction spécifique allant de l'absorption de la lumière à sa conversion en énergie. De plus, chaque molécule de chlorophylle absorbe la lumière dans différentes régions. Récemment, un nouveau type de chlorophylle appelé Chl F a été découvert, mais des détails tels que son emplacement exact et son fonctionnement sont restés un mystère jusqu'à présent.

Dans une nouvelle étude publiée dans Communication Nature , une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Tatsuya Tomo à l'Université des sciences de Tokyo, Japon, et y compris des chercheurs collaborateurs de l'Université d'Okayama, Université de Tsukuba, Université de Kobé, et RIKEN, a révélé de nouveaux détails sur l'emplacement et les fonctions de Chl F . Ils voulaient mieux comprendre le processus complexe de la photosynthèse, car une compréhension approfondie de ce processus pourrait avoir diverses applications futures, comme le développement des cellules solaires. En parlant de l'étude, Le professeur Tomo dit, "Le cours initial de la photosynthèse commence lorsque le pigment photosynthétique lié à ce complexe photochimique absorbe la lumière. Nous avons analysé la structure d'un complexe photochimique nouvellement découvert, photosystème I avec Chl F qui a un maximum d'absorption sur le côté énergétique inférieur de la lumière (lumière rouge lointaine). De plus, nous avons analysé la fonction de Chl F ."

Ce que les scientifiques savaient jusqu'à présent, c'est que Chl F est "décalé vers le rouge lointain, " ce qui signifie que cette molécule absorbe la lumière rouge lointaine de l'extrémité inférieure du spectre lumineux. Le professeur Tomo et son équipe ont voulu creuser plus profondément, et pour cela, ils ont étudié l'algue dans laquelle Chl F a été découvert pour la première fois. En utilisant des techniques telles que la cryomicroscopie électronique, ils ont analysé en détail la structure à haute résolution du photosystème de cette algue et ont découvert que Chl F est situé à la périphérie du photosystème I (un des deux types de photosystèmes) mais n'est pas présent dans la chaîne de transfert d'électrons. Ils ont également découvert que la lumière rouge lointaine provoque des changements structurels dans le photosystème, qui s'accompagnent de la synthèse de Chl F dans les algues, les conduisant à conclure que Chl F provoque ces changements structurels dans le photosystème I. C'était passionnant, car cette découverte est la première à expliquer comment exactement Chl F travaux.

Le professeur Tomo dit, "Nos résultats ont révélé que l'apparition de Chl F est bien corrélée avec l'expression des gènes du photosystème I induite en lumière rouge lointaine. Cela indique que Chl F fonctions pour récolter la lumière rouge lointaine et améliorer le transfert d'énergie en montée. Nous avons également constaté que la séquence d'acides aminés du photosystème I a été modifiée de manière à s'adapter à la structure de Chl F ."

Comprendre les subtilités de la photosynthèse a plusieurs applications importantes. Par exemple, imiter le processus de photosynthèse dans un système artificiel est une méthode élégante pour capter l'énergie solaire et la convertir en électricité. Le professeur Tomo élabore, "Environ la moitié de l'énergie solaire qui tombe sur la terre est de la lumière visible, et l'autre moitié est la lumière infrarouge. Notre recherche met en avant un mécanisme qui peut utiliser la lumière sur le spectre d'énergie inférieur, qui n'a jamais été vu auparavant. Nos résultats montrent comment améliorer l'efficacité du transfert d'énergie dans la photosynthèse et, par extension, fournissent également des informations importantes sur la photosynthèse artificielle. »