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Posté par Adrien le Dimanche 05/08/2018 à 00:00
Photo-production d'hydrogène: un concurrent plutôt inattendu
Au cours de la photosynthèse, certaines microalgues produisent de l'hydrogène, via une enzyme, l'hydrogénase, qui utilise l'énergie photosynthétique. Toutefois, l'hydrogénase est inhibée par l'oxygène produit par la photosynthèse, ce qui limite fortement les potentielles applications biotechnologiques. Des enzymes utilisant l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) photosynthétique pour capter l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) semblaient pouvoir protéger l'hydrogénase d'une telle inhibition. Les chercheurs ont mis en évidence que ces enzymes sont en fait un frein (Un frein est un système permettant de ralentir, voire d'immobiliser, les pièces en mouvement d'une machine ou un véhicule en cours de déplacement.) à la production d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.). Ces résultats ont été publiés dans Plant Physiology.


Figure: Production d'hydrogène lors de l'illumination de différentes souches de microalgues en anaérobiose. Lorsque des cellules acclimatées en anaérobiose à l'obscurité sont éclairées, elles produisent transitoirement de l'hydrogène. Une souche de microalgues mutante dépourvue d'un mécanisme de consommation l'oxygène (noir) produit plus d'hydrogène qu'une souche de type sauvage (rouge).
© Adrien Burlacot & Gilles Peltier

La production d'hydrogène chez les microalgues est liée à une 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 millions de fois les réactions...) nommée hydrogénase qui utilise l'énergie de la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus bioénergétique qui permet aux plantes et...). Cette enzyme est inhibée irréversiblement par l'oxygène produit par la photosynthèse en présence de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée à la...). A l'aube, la lumière solaire active la photosynthèse: hydrogène et oxygène sont produits simultanément pendant plusieurs minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain...) jusqu'à ce que l'oxygène inhibe l'hydrogénase. Cette inhibition par l'oxygène constitue l'une des limitations majeure de la bio-production d'hydrogène. Des flavoprotéines à fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie...), enzymes récemment identifiées chez les microalgues comme ayant la capacité d'utiliser l'énergie de la photosynthèse pour réduire de l'oxygène, semblaient pouvoir protéger l'hydrogénase de l'oxygène en l'éliminant lors de la production d'hydrogène. Ces mécanismes d'utilisation de l'oxygène étaient ainsi vus comme des alliés permettant de favoriser la photo-production d'hydrogène.

Afin de tester cette hypothèse, les chercheurs ont mis au point (Graphie) une méthode d'étude de la production et du recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un produit, des matériaux qui le composent. L'un des exemples...) de l'oxygène basée sur des mesures simultanées des échanges gazeux photosynthétiques et de la fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser un...) de la chlorophylle. Cela leur a permis de démontrer l'existence d'une consommation d'oxygène utilisant l'énergie de la photosynthèse lors de la photo-production d'hydrogène. En quête du mécanisme de protection de l'hydrogènase, ils ont utilisé cette méthode sur un mutant dépourvu de la flavoprotéine à fer. L'absence de cette enzyme entrainait bien une forte baisse de la consommation d'oxygène mais également une augmentation de la production d'hydrogène de près de 30 %. Les chercheurs ont ainsi démontré que l'hydrogénase n'était pas protégée par la flavoprotéine à fer, mais que cette enzyme, ainsi que l'hydrogénase, qui utilisent toutes deux la même source d'énergie (la photosynthèse), entrent en compétition. Au vu de ces travaux, c'est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) un paradigme qui est modifié: les mécanismes de consommation d'oxygène qui étaient vus comme des alliés de la production d'hydrogène s'avèrent avoir un rôle plus ambigu.

La compréhension des mécanismes régissant l'équilibre entre consommation de l'oxygène et production d'hydrogène est la pierre angulaire du développement de la photo-production d'hydrogène de demain. Les recherches collaboratives qui se poursuivent au laboratoire visent à développer des stratégies de protection de l'hydrogénase contre l'oxygène en utilisant des concepts 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...) synthétique.

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Source: CNRS-INSB
 
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