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Posté par Isabelle le Samedi 23/06/2018 à 12:00
Le rôle crucial du couple tyrosine/histidine dans la photosynthèse
Enzyme clé de la photosynthèse, le photosystème II libère des électrons et protons nécessaires à la fixation du CO2 par les plantes. Alors que ce processus pourrait être mimé afin de valoriser le CO2, les chemins de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la...) de ces protons restent énigmatiques. Des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et des universités Paris-Sud, Aix-Marseille et d'Héraklion en Grèce ont montré, grâce à un modèle bioinspiré, que la paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) d'acides aminés tyrosine/histidine joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) un rôle majeur dans l'évacuation des protons. Ces travaux, publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition, fournissent de précieux éléments pour développer une photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus...) artificielle.

Le photosystème II provoque la photooxydation de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) en dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de pression et de...) au cours de la photosynthèse, une opération qui implique le transport d'électrons et de protons. La paire d'acides aminés tyrosine/histidine présente dans l'enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et d'accélérer jusqu'à des...) photosystème II est déjà connue pour son rôle de relais électronique entre le pigment chlorophyllien et le centre catalytique du dégagement d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.), mais est soupçonnée d'en faire davantage. Une meilleure compréhension du phénomène permettrait d'envisager le développement d'une photosynthèse artificielle. Des chercheurs de laboratoires français et grecs ont utilisé un modèle pour mimer et étudier les réactions au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle...) du photosystème II. Des groupements imidazole et phénol y remplacent respectivement l'histidine et la tyrosine.

En absence de trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la...) d'eau, aucun transfert d'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.) n'a lieu dans ce modèle. Mais si on en ajoute, on observe un transfert d'électron couplé au départ de deux protons au sein des mimes de la paire tyrosine/histidine. Le couple d'acides aminés participe donc bien au transport des protons. Cette confirmation ouvre des pistes pour la photoactivation de complexes catalytiques pour l'oxydation de l'eau, processus qui pourrait être couplé à la transformation du CO2.

Ce travail a mobilisé des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) moléculaire et des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) d'Orsay (CNRS/Université Paris-Sud), de l'Institut de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres vivants (ou...) intégrative de la cellule (CNRS/Université Paris-Sud/CEA), de l'Institut des sciences moléculaires de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université/Centrale Marseille), du synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) SOLEIL (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...) (CNRS/CEA) ainsi que l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) d'Héraklion en Crète (En géomorphologie, une crête est une ligne de points hauts d'un relief séparant deux versants opposés.).

Référence publication:
Georgios Chararalambidis, Syamal Das, Adelais Trapali, Annamaria Quaranta, Maylis Orio, Zakaria Halime, Pierre Fertey, Régis Guillot, Athanassios Coutsolelos, Winfried Leibl, Ally Aukauloo, Marie Sircoglou
Water Molecules Gating a Photoinduced One Electron Two Protons Transfer in a Tyr/His model of Photosystem II
Angewandte Chemie International Edition ? Mai 2018
DOI: 10.1002/anie.201804498

Contacts chercheurs:
- Marie Sircoglou, ICMMO UMR8182, Université Paris-Sud
- Ally Aukauloo, ICMMO UMR8182, Université Paris-Sud

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Source: CNRS INC
 
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