L'efficacité de la photosynthèse repose en partie sur l'immense surface disponible pour capter la lumière. Cette démesure est rendue possible car les membranes photosynthétiques ont la forme de sac aplatis et empilés les uns sur les autres. Ces membranes biologiques sont composées d'une matrice de lipides dans laquelle s'insèrent des protéines, en particulier les protéines impliquées dans le processus de photosynthèse. Jusqu'à ce jour, les lipides étaient juste considérés pour leur rôle de remplissage, formant une matrice fluide permettant aux protéines de se déplacer latéralement. Les forces d'adhésion entre les sacs étaient censées être assurées uniquement par des protéines. Or, il existe des cas où l'empilement est assuré en absence de ces dernières. De façon intrigante, quatre lipides sont conservés dans toutes les membranes photosynthétiques, des cyanobactéries aux algues et aux plantes, en particulier le digalactosyldiacylglycérol (DGDG).

Des chercheurs du CEA-BIG et de l'Institut Laue Langevin (ILL) ont montré que le DGDG rend les membranes cohésives entre elles. Ils ont utilisé pour cela la réflectométrie neutronique, une technique de diffraction des neutrons permettant l'analyse d'échantillons très fins. La force cohésive due au DGDG s'avère remarquablement grande, puisqu'elle compense la répulsion électromagnétique exercée par des lipides chargés négativement, mélangés avec le DGDG. Ce sont les sucres portés par le DGDG qui créent la cohésion. Les scientifiques, en collaboration avec des équipes allemandes, ont compris comment, grâce à de la modélisation et des simulations moléculaires.

Ces travaux montrent ainsi comment un lipide contribue significativement à l'architecture des membranes photosynthétiques. Ils donnent une explication à sa conservation au cours de l'évolution et ouvrent des perspectives pour exploiter les sucres dans le but d'élaborer des membranes biomimétiques empilées.

Représentation des simulations de membranes de DGDG, à une grande distance (épaisseur d’eau : 2,3 nm). Avec des conditions de frontières périodiques dans les 3 dimensions, les simulations représentent un empilement périodique de membranes avec des niveaux ajustables d’hydratation. Les zones de simulation sont indiquées par un rectangle jaune. Pour simplifier l’illustration, les molécules d’eau ne sont représentées que dans la partie inférieure du rectangle. © Emmanuel Schneck