Exploration de l'antenne de récolte de lumière chez les cyanobactéries

Talia Ogliore écrit sur une nouvelle recherche de l'Université de Washington, à St. Louis, qui révèle la structure centrale de l'antenne de récolte de lumière des cyanobactéries, ou algues bleu-vert. Leurs découvertes incluent des caractéristiques clés qui collectent l'énergie et bloquent l'absorption excessive de lumière. L'étude publiée le 6 janvier dans Science Advances, fournit des informations pertinentes pour les futures applications énergétiques.

Les scientifiques ont construit un modèle du grand complexe protéique appelé phycobilisome qui collecte et transmet l'énergie lumineuse. Les phycobilisomes permettent aux cyanobactéries de profiter de différentes longueurs d'onde de la lumière que d'autres organismes photosynthétiques, tels que les plantes vertes sur la terre ferme.

Cette capacité augmente considérablement la productivité mondiale de la photosynthèse de tout le spectre de l'énergie solaire, mais elle est pleine de risques.

"Pour les cyanobactéries, l'absorption excessive de lumière est inévitable - et parfois mortelle", a déclaré Haijun Liu, chercheur en chimie en Arts & Sciences à l'Université de Washington. Le Dr Liu est le chercheur principal et auteur correspondant de la nouvelle étude, financée par le Département de l'énergie (DOE), Basic Energy Sciences.

"Nous avons trouvé des caractéristiques structurelles intéressantes dans l'interface où l'énergie est transférée et régulée", a-t-il déclaré. « L'un des processus de régulation appelé extinction non photochimique est exécuté par une protéine appelée protéine caroténoïde orange. Une structure à haute résolution du phycobilisome nous permettra de comprendre ces processus en détail.

Les chercheurs savaient déjà que la protéine caroténoïde orange aide à protéger les cyanobactéries dans des conditions de forte luminosité. Cependant, ils n'avaient pas une image claire de toutes les caractéristiques structurelles à l'œuvre.

Ils ne savaient pas non plus où et comment la protéine caroténoïde orange est séquestrée dans une cellule de cyanobactérie vivante.

« Nous avons été stupéfaits lorsque nous avons atteint le modèle actuel pour la première fois », a déclaré le Dr Liu. «Nous avons instantanément remarqué qu'une protéine caroténoïde orange inactive peut en fait accéder à - ou simplement s'adapter parfaitement à - la région de l'espace libre entre le phycobilisome et le PSII. PSII est le complexe protéique qui reçoit l'énergie du phycobilisome pour les réactions photochimiques. Ensuite, il est prêt à être recruté ou activé par des signaux environnementaux.

Cette structure a été assemblée par une équipe de biochimistes analytiques et de biologistes structurels de l'Université de Washington, y compris Himadri Pakrasi, le professeur George William et Irene Koechig Freiberg en arts et sciences.

L'équipe a utilisé la protéomique structurelle en combinaison avec la modélisation structurelle pour résoudre la structure. La méthode a été développée pour la première fois par le Dr Liu dans le laboratoire du Dr Pakrasi il y a quelques années, en collaboration avec les membres d'un groupe dirigé par Michael Gross. Le Dr Gross est professeur de chimie en arts et sciences et d'immunologie et de médecine interne à la Faculté de médecine. La plate-forme unique qu'ils ont créée leur a donné des avantages significatifs par rapport à d'autres laboratoires qui avaient tenté d'aborder des questions biologiques similaires avec le microscope électronique, le microscope cryoélectronique et d'autres techniques.

Les bases scientifiques de cette nouvelle recherche aident à expliquer comment les organismes vivants maximisent l'efficacité photosynthétique lors des premiers événements de la photosynthèse. Les nouveaux travaux aideront les efforts futurs pour concevoir des systèmes biohybrides ou synthétiques qui exploitent l'énergie de la lumière.