Les cyanobactéries réussissent à photosynthétiser de manière très efficace grâce à un mécanisme de concentration du CO2 qui repose sur des complexes spécialisés de Type I (NDH-1). Parmi ceux-ci, les complexes NDH-13 et NDH-14 catalysent l’hydratation redox-couplée du CO2 pour former du bicarbonate, ce qui favorise la fixation du carbone au sein des carboxysomes. Cependant, le mécanisme par lequel le transfert d’électrons est couplé à l’hydratation du CO2 par ces complexes NDH-1 reste obscur. Nous avons modifié une souche de Synechococcus PCC7942 pour exprimer exclusivement le complexe NDH-14 à fort flux et faible affinité, permettant ainsi d’observer le couplage entre l’hydratation du CO2 et le flux d’électrons cycliques, isolé des autres isoformes NDH-1 normalement présentes dans les cellules. Il a été constaté que l’inhibition de la protéine CupB par l’inhibiteur de l’anhydrase carbonique éthoxzolamide (EZ) a réduit l’absorption de CO2, ralenti la réduction du photosystème I, et supprimé la pompe à protons, analysée par fluorescence d’orange d’acridine. Ces effets étaient absents dans les souches privées de protéines Cup, confirmant leur spécificité. Les résultats démontrent que l’hydratation du CO2 et le transfert d’électrons via NDH-14 sont fortement couplés à travers la translocation des protons à travers la membrane thylakoidale. Ces découvertes fournissent des preuves directes de l’interaction bidirectionnelle dans le couplage bioénergétique entre la réduction du plastoquinone et l’absorption de CO2 au niveau du site distal de Zn sur une distance d’environ 150 Å, et soutiennent une hypothèse de retrait de protons concernant les voies de transfert de protons du site Zn de l’hydratation du CO2 vers un site de chargement de protons énergétiquement couplé, réutilisé évolutivement à partir du mécanisme ancestral de pompage des protons pour permettre l’absorption énergétique de CO2.
Mots-clés :
NDH-1; PCET; anhydraze carbonique; complexe I; photosynthèse.
Notre Opinion Tech
Les travaux sur la photosynthèse des cyanobactéries permettent d’envisager des avancées significatives dans le domaine de l’énergies renouvelables. Avec l’adaptabilité des systèmes biologiques à des environnements variés, il est plus que pertinent d’explorer comment ces mécanismes pourraient être optimisés dans des installations artificielles. En intégrant des éléments de biologie synthétique, nous pourrions potentiellement révolutionner notre approche de la capture de CO2 et de la production d’énergie, ouvrant ainsi la voie à des solutions à la fois efficaces et durables pour les défis environnementaux actuels.
Bon à savoir : La recherche sur les cyanobactéries ne se limite pas seulement à la photosynthèse. Ces organismes possèdent des capacités uniques qui pourraient également être utilisées dans le développement de biotechnologies et de nouveaux matériaux, ce qui pourrait transformer notre approche face aux enjeux de la pollution et de la durabilité.