Potentiel de la science: Historique et prospective de la recherche en photosynthèse

Résumé : Jusqu’au XVIIIème siècle, il est admis à la suite d’Aristote que les plantes se nour-
rissent essentiellement des aliments tirés du sol, eau et humus. A la fin du XVIII ème siècle, les
pionniers de la chimie, Ingen-Housz, Priestley, Sénebier, de Saussure, fondent les bases de la
photosynthèse montrant que c’est le carbone de l’anhydride carbonique, CO2 atmosphérique,
qui est assimilé par la plante et que cette assimilation s’accompagne d’un gain de masse pour
la plante et d’un dégagement d’oxygène dont le volume est égal à celui du CO2 absorbé. Au
cours du siècle suivant sont découverts les pigments photosynthétiques, la chlorophylle no-
tamment, isolée par Pelletier et Caventou en 1817, les chloroplastes identifiés par von Molh
et Schimper, et la production d’amidon par ces derniers. À partir de 1864, R. von Mayer éta-
blit une première équation de la photosynthèse montrant que la lumière est convertie en
énergie chimique et matière organique ; cette réaction globale apparaît comme l’inverse des
réactions moléculaires de la respiration. En 1880, Engelmann observe que les radiations bleues
et rouges sont les plus efficaces en photosynthèse.
Au début du XX ème siècle, Willstätter détermine la structure de la chlorophylle. En 1929, Van
Niel introduit la notion d’oxydoréduction pour expliquer les processus de photosynthèse des
végétaux et des bactéries. Il établit dans le cas de la photosynthèse oxygénique que l’eau est
oxydée par la lumière en donnant des électrons récupérés par un substrat A qui est réduit en
substrat H2 A capable de fournir le pouvoir réducteur NADPH nécessaire à la réduction du car-
bone photosynthétique en composés organiques, l’oxygène étant le sous-produit de l’activité
photosynthétique résultant de l’oxydation de l’eau. Dans le cas de la photosynthèse
anoxygénique le schéma est le même, mais c’est un produit réducteur soufré qui est oxydé et
le sous-produit est le soufre S 2 . En 1937-1939, Hill confirme l’hypothèse de Van Niel et démon-
tre l’indépendance entre la phase énergétique et la phase métabolique de la photosynthèse.
Les études structurales de la machinerie photosynthétique débouchent quelques années plus
tard sur la mise en évidence de deux systèmes responsables de la capture des photons, les
photosystèmes, et sur l'élucidation des mécanismes par lesquels l'énergie des radiations élec-
tromagnétiques lumineuses est transformée en énergie chimique, molécules énergétiques
(ATP) et en pouvoir réducteur (molécules de NADPH ). En 1960-1963, suite aux travaux d’Emer-
son, Chalmers, Rabinowitch, Govindjee et Duysens, il est montré expérimentalement la néces-
sité de la présence de deux photosystèmes fonctionnant en série pour assurer le déroulement
de la photosynthèse oxygénique. Ce mécanisme est illustré par le fameux « schéma en Z » de
transfert d'électrons de l’eau au NADP+ impliquant deux photosystèmes bien définis, P650 et
P700, chez les organismes à photosynthèse oxygénique, qui est proposé par Hill et Bendall en
1960. Les photosystèmes seront obtenus cristallisés à la fin du vingtième siècle.