Les organismes photosynthétiques - plantes terrestres, algues et cyanobactéries - utilisent la lumière solaire pour fabriquer de la biomasse à partir de l’eau et du gaz carbonique (CO2). Ce processus nécessite un flux d’ATP (adénosine triphosphate), une petite molécule constituant un vecteur d’énergie chez tous les organismes vivants. Or le fonctionnement en série des photosystèmes1 ne peut fournir assez d’ATP pour répondre à la demande, d’autant que cette dernière peut s’accroître en fonction des conditions environnementales (température, éclairement, concentration de CO2…). Un flux cyclique d’électrons (CEF) autour du PSI apporte l’ATP manquant.
Etudiant les facteurs limitant la production de biomasse, des chercheurs du CEA-IBEB ont analysé le comportement d’une souche de Chlamydomonas reinhardtii (une microalgue) dépourvue d’une protéine essentielle au CEF. Cultivés sous différentes intensités d’éclairement et concentrations atmosphériques en CO2, ces mutants font montre de la même efficacité photosynthétique et produisent autant de biomasse que leurs homologues sauvages. Des systèmes autres que le CEF se sont donc déclenchés pour fournir de l’ATP en tant que de besoin. Les chercheurs ont en particulier démontré l’implication coordonnée de deux processus: la respiration2 mitochondriale et un mécanisme jusqu’ici peu caractérisé, la réduction de l’oxygène au niveau de PSI.
Tout va donc pour le mieux… tant que les conditions environnementales restent stables. En revanche, les mutants subissant de brusques augmentations de la luminosité ne "suivent" pas. La fourniture d’ATP ne croît pas aussi vite que la demande, ce qui peut entraîner l’apparition d’espèces réactives de l’oxygène. Le CEF, bien que non indispensable en conditions stables, pourrait donc avoir été sélectionné par l’évolution comme un système d’adaptation aux conditions environnementales fluctuantes.
- Les organismes à photosynthèse oxygénique possèdent deux complexes enzymatiques assurant chacun une partie du processus : PSII et PSI
- Processus produisant de l’ATP en oxydant des substrats carbonés en CO2 et eau : son bilan est l’inverse de celui de la photosynthèse