Topic description
Ce projet de doctorat se situe à l'interface entre la biologie et la physique et vise à révéler la structure des états excités qui contrôlent le destin de l'énergie au cours des premières étapes de la photosynthèse. L'étudiant(e) utilisera le premier appareil au monde de Raman stimulé résolu en temps femtoseconde avec une résonance ajustable pour étudier la structure des états excités et leur dynamique dans les processus ultrarapides de la photosynthèse. Cette technique permettra d'observer de manière sélective les modes vibrationnels caractéristiques de chaque état excité afin de comprendre leur rôle dans le transfert d'énergie. Pour cela, l'étudiant(e) caractérisera la structure des états excités de pigments isolés, tels que les chlorophylles et les caroténoïdes, en solution. Une fois ces pigments isolés étudiés, il/elle examinera des complexes photosynthétiques bactériens, en particulier les protéines LH2 de Rhodobacter sphaeroides, utilisées comme modèle simplifié de protéines de récolte de lumière, pour comparer les paysages vibrationnels des chlorophylles liées à ceux des pigments isolés. Cela permettra de déterminer comment la structure des états excités optimise le transfert d'énergie d'excitation.
Ensuite, en étudiant des protéines photosynthétiques plus complexes capables de transférer ou de désactiver l'énergie d'excitation, nous décrirons comment la structure des états excités ajuste l'équilibre entre transfert d'énergie et photoprotection. Enfin, nous modéliserons le transfert d'énergie d'excitation à l'aide de calculs quantiques (DFT et TD-DFT) en intégrant les modes vibrationnels identifiés pour développer un premier modèle complet du transfert ultrarapide d'énergie dans la photosynthèse. L'étudiant(e) participera activement aux discussions et à l'élaboration de ce modèle, en collaboration avec le groupe du Prof. Valkunas (Université de Vilnius).
Ce projet a pour objectif final de produire une description structurale et mécanistique détaillée des premières étapes de la conversion énergétique dans la photosynthèse. Ces résultats seront d'une importance capitale pour orienter la prochaine génération de technologies solaires, en s'inspirant des stratégies optimisées par la nature pour une capture et une conversion efficaces de l'énergie solaire.
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This PhD project is at the interface between biology and physics and seeks to reveal the structure of excited states, which control the fate of energy during the early steps in photosynthesis. The student will employ the first in the world tunable femtosecond time-resolved Stimulated Resonance Raman apparatus to study the structure of excited states and their dynamics in the ultrafast events of photosynthesis, in order to selectively observe the vibrational modes describing each of excited states to understand their role in the energy transfer process. For this, the student will characterize the structure of the excited states in isolated pigments chlorophylls and carotenoids in solvents. Once the isolated pigments are characterized, the student will use bacterial photosynthetic complexes, the LH2 proteins from Rhodobacter sphaeroides as a relatively simple light-harvesting protein to compare to the vibrational landscape of the bound chlorophylls to those of isolated pigments. This will allow us to address how the structure of excited states optimize the excitation energy transfer. Then, by using more complex photosynthetic proteins, able to either transfer excitation energy of quench it, we will describe how the structure of the excited states tunes the balance between energy transfer and photoprotection. Finally, we will model the excitation energy transfer using quantum calculations (DFT and TD-DFT) by introducing the identified vibrational modes participating in the process and create a first comprehensive model of ultrafast energy transfer in photosynthesis. The student will participate in the discussions and creation of this model, although, this will be carried in collaboration with Prof. Valkunas group (Vilnius University).
Ultimately, this project aims to produce a detailed structural and mechanistic map of the early stages of energy conversion in photosynthesis. Those results will be of the upmost importance to drive the next-generation of solar technologies by revealing nature's optimized strategies for efficient solar energy capture and conversion.
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Début de la thèse : 01/10/
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Contrats ED : Programme blanc GS-Chimie
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