Et au début était la lumière…

Tous les organismes vivants ont besoin d’un apport d’énergie extérieur. Pour de nombreux êtres vivants cet apport vient de la consommation de molécules organiques synthétisées par d’autres, on les appelle alors hétérotrophes. Bien évidement cela ne fonctionne que parce que d’autres organismes, les autotrophes, sont capables quant à eux de synthétiser ces mêmes molécules organiques grâce à un apport extérieur d’énergie. Les hétérotrophes utilisent l’énergie des autotrophes, qui constituent un des premiers éléments de la chaîne alimentaire, mais sont bien moins importants en terme de biomasse.

Quelles sont les sources non biologiques d’énergie? Cet apport extérieur peut être chimique, comme on le voit dans les sources hydrothermales, où des molécules organiques sont produites de manière abiotique, c’est-à-dire sans intervention d’un organisme vivant. Cette option est intéressante car elle pourrait avoir contribué à l’apparition de la vie sur terre, mais elle est aujourd’hui ultra minoritaire dans le vivant. De nos jours les organismes photosynthétiques, qui tirent leur énergie de la lumière, représentent la majorité des autotrophes.

Comment fonctionne la photosynthèse?

C’est un processus en plusieurs étapes, qui se déroule au niveau d’une membrane cellulaire:

  • Utilisation de la lumière : L’énergie de la lumière est absorbée par une protéine ancrée dans une membrane cellulaire. Plus précisément au niveau d’une petite molécule, ou cofacteur, portée par cette protéine et qu’on qualifiera de pigment (comme par exemple la chlorophylle, qui donne leur belle couleur verte aux végétaux). La petite quantité d’énergie ainsi récupérée va mettre en mouvement un électron, qui pourra alors se déplacer en sautant d’un cofacteur à l’autre.
  • Gradient de protons : Le déplacement des électrons permet de créer un déséquilibre dans la répartition des protons, parce que les protons sont attirés par les électrons et vont donc les suivre dans leurs déplacement. In fine, on se retrouve donc avec plus de protons d’un côté de la membrane que de l’autre.
  • F-ATPase : Le déséquilibre de concentration des protons est utilisé par la F-ATPase (ou ATP synthase) une enzyme qui ressemble un peu à une gros moulin à poivre que l’on aurait planté dans la membrane cellulaire. Le passage des protons d’un côté de la membrane à l’autre fait tourner un des domaines de la F-ATPase et cette rotation est couplée à la synthèse d’ATP, qui est souvent considérée comme étant l’unité de stockage d’énergie de la cellule.
ATPsynthase
Dans la F-ATPase, le premier domaine moteur (en bleu), ancré dans la membrane cellulaire (en gris), est activé par un flux de protons. Ce mouvement va entraîner la rotation du second domaine moteur (en rose), qui va convertir les molécules d’ADP en ATP. Ce processus est inversé dans des protéines voisines, les ATPases, où cette fois c’est la conversion d’ATP en ADP qui met en mouvement le second domaine moteur. Ce qui entraîne la rotation du premier domaine moteur et le passage d’un flux de protons dans la membrane cellulaire. (Figure de David Goodsell pour la PDB, Molecule of the Month décembre 2005)

Si la photosynthèse est un processus caractéristique du monde végétal, certains animaux ont trouvé un moyen original de se nourrir en le détournant. Ainsi, quelques espèces de limaces marines, comme Elysia chlorotica, mangent des algues et récupèrent leurs plastides, qui sont les éléments des cellules végétales où se produit la photosynthèse. Cela va leur permettre d’utiliser l’énergie solaire à leur profit, et ce parfois pendant plusieurs semaines.

Elle pourront donc se nourrir en faisant la sieste au soleil, le rêve !

limace
Pour certaines limaces, le concept de bronzette prend un sens bien particulier… (image par Anne-Marine Mauviel)