Electronic properties of carotenoids in natural and artificial photosynthesis

Les caroténoïdes jouent un rôle essentiel dans les premiers événements photosynthétiques. Ils absorbent la lumière et transfèrent l'énergie résultante en excitation aux molécules voisines, assurant le respect de la succession des étapes photosynthétiques. En plus de l'absorption de la lumière, les caroténoïdes protègent l'appareil photosynthétique du stress photo-oxydatif survenant en condition de lumière intense, évitant les éventuels dommages. Les propriétés électroniques des caroténoïdes sont à la base de leurs mécanismes d'action et dans ce travail de recherche une combinaison de techniques biochimiques et spectroscopiques est utilisée pour examiner plus loin ces mécanismes avec un accent mis sur le rôle photoprotecteur joué par des caroténoïdes. Les d'échantillons analysés représentent différent niveaux d'organisation des protéines collectrices de lumière contenants ces pigments. Dans cette thèse quatre études principaux ont étés réalisés pour comprendre comment: les propriétés d'absorption des caroténoïdes lutéine et -carotène près les plantes peuvent être réglées in vivo par le site de liaison à leur protéines, le majeur complexe de capture de la lumière (LHCII) et le photosystème II (PSII) respectivement; l'altération des gènes de la voie biosynthétique des caroténoïdes peut indirectement provoquer une altération du transport d'électrons dans l'organisme photosynthétique; des molécules artificielles sont capable d'imiter le mécanisme photoprotecteur de transfert d'énergie entre les états de triplet des chromophores en mimant les protéines de l'apparat photosynthétique; la flexibilité structurelle de l'LHCII peut être explorée en modifiant son environnement.Carotenoids play an essential role in the first steps of photosynthesis. They absorb light and they transfer the resulting excitation energy to the neighboring molecules, guaranteeing the correct order of the photosynthetic events. Additionally, carotenoids are able to protect the photosynthetic apparatus from the oxidative stress occurring in high light condition. Biological functions of carotenoids involving interaction with light, such as photosynthesis, are determined by the electronic properties of the conjugated polyene chain that is characteristic of carotenoid molecules. Understanding how these properties are tuned, is essential for understanding the mechanisms underlying carotenoid functions. Here we show that, by using a combination of different spectroscopic and biochemical approaches, these characteristics can be assessed in different kind of samples having the carotenoid molecules as common denominator. In this thesis four major studied have been performed in order to study how: the absorption properties of the two -carotenes molecules in PSII-RC and those of the two luteins in LHCII are tuned in vivo by their protein binding site, the alteration of the genes involved in the biosynthetic pathway of carotenoids has a pleiotropic effect on the photosynthetic organisms, artificial constructs are able to reproduce the photoprotective mechanism of triplet-triplet energy transfer between chromophores by mimicking the naturally occurring photosynthetic proteins, the structural flexibility of the major light harvesting complex can be probed by modifying its surrounding environment