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LBMS

Transduction d'énergie, transfert d'électrons et stress oxydant

Publié le 6 avril 2017
L'équipe s'intéresse à la structure et aux propriétés physico-chimiques des protéines membranaires et des pigments impliqués dans les premières étapes de la conversion de l'énergie lumineuse, dans la photosynthèse, et plus récemment dans la rétine humaine.
Responsable
Bruno Robert
bruno.robert@cea.fr

 

La lumière est un élément indispensable à la vie, néanmoins aussi bien sa qualité que sa quantité peut constituer une source de stress pour les cellules. Nos thèmes de recherche concernent la collecte et la perception de la lumière, ainsi que la photoprotection chez le vivant.


Assemblage et propriétés des collecteurs de lumière membranaires chez les bactéries pourpres

Les protéines collectrices de lumière des bactéries pourpres photosynthétiques sont constituées d’assemblages circulaires de petits polypeptides membranaires, liant chacun des bactériochlorophylles et des caroténoïdes. Nous nous intéressons aux paramètres qui régissent les propriétés électroniques (et donc fonctionnelles) de ces protéines. Nous avons par exemple montré, par spectroscopie Raman de résonance, que la formation de liaisons hydrogène entre les bactériochlorophylles et leur site d’ancrage protéique induisait une variation de 30 nm de leur position d’absorption.
Les interactions excitoniques entre bactériochlorophylles voisines influencent profondément les propriétés électroniques de ces protéines. La dissociation des polypeptides qui les composent peut donc être suivie par spectroscopie d’absorption et/ou de fluorescence. Nous utilisons cette propriété, unique chez les protéines membranaires, pour comprendre, au niveau moléculaire, les interactions qui permettent à ces protéines d’adopter leur structure finale. L’équipe a montré qu’une liaison hydrogène entre un tryptophane et une histidine, près de la surface membranaire, était essentielle pour guider la formation de ces complexes.
Nous souhaitons déterminer les interactions moléculaires qui guident ces protéines vers une structure annulaire donnée. En effet, des structures annulaires de protéines collectrices de lumière de bactéries pourpres possédant 16, 18 et 32 polypeptides ont été décrites. Cependant, la relation entre la taille de ces anneaux et la séquence des polypeptides est encore inconnue. Nous espérons mettre en évidence de nouvelles protéines collectrices de lumière, de taille intermédiaire, qui nous permettrons de faire le lien entre séquence primaire et structure quaternaire chez cette famille de protéines.


Structure et mécanismes de régulation des collecteurs de lumière chez les chloroplastes

Les plantes supérieures mettent en place, autour de chacun de leurs photosystèmes, un réseau complexe de protéines collectrices de lumière. Chez ces organismes, le système de collection de la lumière est optimisé pour des conditions de faible illumination, et une exposition à une lumière intense devrait entraîner la présence d’énergie excédentaire dans les membranes photosynthétiques. Pour éviter ce phénomène, à l’origine d’un stress oxydatif intense, capable d’induire la nécrose des feuilles et la mort de la plante, il existe un mécanisme de régulation en feed-back : quand l’activité photosynthétique est intense, le gradient de protons transmembranaire généré est important. Ce gradient de protons induit la présence de pièges à énergie dans la membrane photosynthétique, capables de transformer l’énergie excitonique en chaleur.
Nous avons montré que les protéines collectrices de lumière majoritaires de la membrane photosynthétique des plantes supérieures (LHCII) possédaient la capacité à piéger l’énergie excitonique. Ces protéines se comportent comme un interrupteur moléculaire : dans une conformation, elles collectent efficacement l’énergie lumineuse, quand elles changent de conformation, elles la piègent aussi efficacement. Nous espérons mettre en évidence ces différences de conformation sur des organismes entiers adaptés à la lumière et/ou à l’obscurité, et déterminer, dans les années qui viennent, les molécules impliquées dans le phénomène de piégeage et les mécanismes moléculaires associés.


Collection de lumière chez les cyanobactéries

Chez la majorité des cyanobactéries, la collecte de l’énergie lumineuse est réalisée par les phycobilisomes, véritables guides optiques qui dirigent la lumière vers les photosystèmes. Ces complexes supramoléculaires (≈ 10 méga daltons) sont composés de phycobiliprotéines et de polypeptides appelés linkers. Les bilines, liées aux phycobiliprotéines, constituent des sondes qui nous permettent d’examiner l’état des phycobilisomes aussi bien in vivo qu’in vitro.​

​Les publications de l'équipe