Etude de la photosynthèse par Spectromètrie Infra-Rouge à Transformée de Fourier.

Qu'est ce que la photosynthèse?

La photosynthèse est le processus durant lequel les plantes transforment le dioxyde de carbone (CO2) de l'air en substance carbonée complexe (des sucres) avec pour source d'énergie la lumière.

La lumière est absorbée par une "antenne"(LHC II) et induit à une réaction d'oxydoréduction (sur le complexe P680). La lumière est donc transformée en énergie chimique, mais cette énergie n'est pas directement exploitable. Les charges crées lors de la réaction chimique sont donc transmises par une suite de réactions d'oxydoréduction (1, 2 et 3), dont le principale effet est de conduire à une séparation de charge. Ainsi alors que les charges crées par la lumière lors de la première réaction d'oxydoréduction sont très proches, les réactions chimiques suivantes permettent aux charges de s'éloigner. Ainsi séparées , ces charges créent un gradien de H+ (3 à 6 d'une part, et A et B d'autre part) qui actionne les moteurs moléculaires qui régénèrent l'ATP (Adénosine TriPhosphate), la molécule de stockage de l'énergie pour le corps humain.Sous cette forme, l'énergie chimique est utilisable par l'organisme. Puis lors du cycle de Krebs, du CO2 est tranformée en substance organique complexe (fructose C6H6O2...) avec libération d'oxygène O2. Lors de ce procéssus, de l'énergie (l'ATP) est consommée.

La problématique du laboratoire.

Les étapes de la photosynthèse sont bien connues. Mais certains des mécanismes étonnent encore par leur efficacité. En effet les pertes énergétiques lors de ces étapes sont très faibles, ce qui est remarquable. L'objectif est donc de comprendre les interactions biologiques qui permettent une telle efficacité. Les personnelles de l'équipe s'interesse donc aux mécanisme de la séparation de charge.

La protéine qui englobe les molécules qui partissipent à la séparation de charge, est transformée: ses acides aminés (briques élémentaires de la protéine) sont remplacées par d'autres acides aminés aux propriétés physico-chimique différentes. (charges ...) L'étude consiste à regarder l'effet de ces mutations sur la séparation de charge lors de la photosynthèse, afin de déterminer quelles sont les interactions entre la protéine et la chaine d'oxydoréduction.

La méthode expérimentale employée.

La méthode d'étude est la spectromètrie Infra-Rouge à Transformée de Fourier (IRTF). Le principe est simple, dans un interféromètre de type Michelson, l' intensité du signal est donné par la formule:

Or si l'on retranche la valeur moyenne, on reconnaît la transformée de Fourier de :

Donc par des algorithmes de calcul rapide de transformée de Fourier, la quantité est isolée.

Les points forts de ce stage

Ce stage m'a permi de découvrir les nombreuses difficultés liées à la manipulation du vivant. En effet la préparation des échantillons, la réalisations des "mutants" (les photosystèmes dont les protéines sont mutés) sont autant d'opérations difficiles à réaliser.

Ce stage m'a aussi permi de me familiariser avec de nombreuses techniques expérimentales:

la Spectroscopie Infra-Rouge à Transformée de Fourier
la Résonance Magnétique Nucléaire
la Résonance Paramagnétique Electronique
la Cristallographie

En effet, il m'a fallu lors de ce stage apprendre les qualités et la précision de chaque technique afin d'exploiter au mieux les résultats obtenus.