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Une nouvelle découverte concernant les propriétés des bactéries vertes sulfureuses pourrait se révéler utile dans le développement d'une nouvelle génération de cellules solaires. Les chlorosomes sont les antennes les plus grandes et les plus efficaces pour stocker la lumière et ils abritent jusqu'à un quart de million de molécules de chlorophylle dans ce type de bactéries. D'après son article publié dans les Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), l'équipe internationale de chercheurs déclare que la structure de ces molécules pourrait être exploitée en vue de développer de nouvelles manières de générer de l'énergie.
Les chlorosomes sont composés de centaines de milliers de bactériochlorophylles (BChl) auto-assemblés. La structure des chlorosomes fait l'objet de débats depuis des années; cependant, il semblerait que nous ne soyons toujours pas parvenus à libérer leur énorme potentiel à fournir des informations sur la production énergétique.
Les mécanismes des antennes captant la lumière dans certains organismes qui convertissent la lumière du soleil en énergie chimique (par exemple les plantes et les algues) sont relativement bien compris. Cependant, les connaissances concernant les chlorosomes semblent être plutôt restreintes. Leur composition moléculaire faisant preuve d'hétérogénéité, la cristallographie aux rayons X n'a pu être utilisée pour résoudre le mystère de leur structure. En outre, les informations collectées à l'aide de techniques biochimiques et microscopiques ont donné des résultats contradictoires.
«Ils [les chlorosomes] forment des organites très larges et hétérogènes dans leur composition, et représentent donc le seul système d'antennes photosynthétiques pour lesquelles aucune information structurelle n'est disponible», peut-on lire dans l'étude. «Dans notre approche, la structure d'un membre de la famille des chlorosomes a été déterminée et comparée au 'type sauvage' (WT, de l'anglais wild type) afin de comprendre la façon dont la fonction biologique de captage de la lumière du chlorosome est établie.»
Les chercheurs ont utilisé des techniques génétiques ainsi que deux techniques sophistiquées de bio-imagerie: la microscopie cryoélectronique et la RMN (résonance magnétique nucléaire) à l'état solide. Ils ont découvert que la structure d'un chlorosome se base sur une combinaison de nanotubes concentriques, lesquels produisent un cadre solide pour les antennes génératrices de lumière.
D'après l'étude, «la base d'un captage efficace et ultrarapide de la lumière repose sur la voie de délocalisation de l'exciton hélicoïdal.» En d'autres termes, la migration ultrarapide de l'énergie vers les protéines dans la membrane cellulaire a lieu via les hélices formées par les molécules de la chlorophylle, ce qui produit la conversion chimique.
D'après le professeur Huub de Groot, coordinateur de la recherche à l'université de Leiden (Pays-Bas), ces nouvelles découvertes pourraient permettre de développer des structures similaires pour les «feuilles artificielles», par exemple les cellules solaires qui transforment l'énergie du soleil en combustibles.
Lorsqu'il s'agit de dispositifs de conversion de l'énergie solaire, les chlorosomes constituent un modèle intéressant à suivre en raison de leur composition simple et de leur capacité à bien fonctionner dans des conditions de faible lumière (les bactéries vertes se développent dans des conditions de luminosité extrêmement faible). Ce processus naturel, comme l'ont montré les scientifiques, offre un nouveau moyen de pallier la difficulté de transformer les matériaux nanostructurés pour convertir la lumière du soleil en combustibles.
Les chlorosomes sont composés de centaines de milliers de bactériochlorophylles (BChl) auto-assemblés. La structure des chlorosomes fait l'objet de débats depuis des années; cependant, il semblerait que nous ne soyons toujours pas parvenus à libérer leur énorme potentiel à fournir des informations sur la production énergétique.
Les mécanismes des antennes captant la lumière dans certains organismes qui convertissent la lumière du soleil en énergie chimique (par exemple les plantes et les algues) sont relativement bien compris. Cependant, les connaissances concernant les chlorosomes semblent être plutôt restreintes. Leur composition moléculaire faisant preuve d'hétérogénéité, la cristallographie aux rayons X n'a pu être utilisée pour résoudre le mystère de leur structure. En outre, les informations collectées à l'aide de techniques biochimiques et microscopiques ont donné des résultats contradictoires.
«Ils [les chlorosomes] forment des organites très larges et hétérogènes dans leur composition, et représentent donc le seul système d'antennes photosynthétiques pour lesquelles aucune information structurelle n'est disponible», peut-on lire dans l'étude. «Dans notre approche, la structure d'un membre de la famille des chlorosomes a été déterminée et comparée au 'type sauvage' (WT, de l'anglais wild type) afin de comprendre la façon dont la fonction biologique de captage de la lumière du chlorosome est établie.»
Les chercheurs ont utilisé des techniques génétiques ainsi que deux techniques sophistiquées de bio-imagerie: la microscopie cryoélectronique et la RMN (résonance magnétique nucléaire) à l'état solide. Ils ont découvert que la structure d'un chlorosome se base sur une combinaison de nanotubes concentriques, lesquels produisent un cadre solide pour les antennes génératrices de lumière.
D'après l'étude, «la base d'un captage efficace et ultrarapide de la lumière repose sur la voie de délocalisation de l'exciton hélicoïdal.» En d'autres termes, la migration ultrarapide de l'énergie vers les protéines dans la membrane cellulaire a lieu via les hélices formées par les molécules de la chlorophylle, ce qui produit la conversion chimique.
D'après le professeur Huub de Groot, coordinateur de la recherche à l'université de Leiden (Pays-Bas), ces nouvelles découvertes pourraient permettre de développer des structures similaires pour les «feuilles artificielles», par exemple les cellules solaires qui transforment l'énergie du soleil en combustibles.
Lorsqu'il s'agit de dispositifs de conversion de l'énergie solaire, les chlorosomes constituent un modèle intéressant à suivre en raison de leur composition simple et de leur capacité à bien fonctionner dans des conditions de faible lumière (les bactéries vertes se développent dans des conditions de luminosité extrêmement faible). Ce processus naturel, comme l'ont montré les scientifiques, offre un nouveau moyen de pallier la difficulté de transformer les matériaux nanostructurés pour convertir la lumière du soleil en combustibles.
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