Relation structure/fonction de l'appareil photosynthétique

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La capture de l'énergie lumineuse et sa transformation en énergie chimique nécessaire à la croissance des plantes s'effectue au niveau des membranes thylacoïdiennes du chloroplaste. Au cours du présent programme de recherche, nous désirons nous concentrer sur les mécanismes de la photoinhibition. La photoinhibition est un phénomène qui limite la croissance des plantes lorsque l’apport en énergie lumineuse est supérieur à la capacité de l’utiliser. Le mécanisme de la photoinhibition est un sujet controversé qui nécessite une étude approfondie. Alors que la photoinhibition du photosystème II était auparavant associée à des dommages dits du côté accepteur (site QB) et du côté donneur (oxydation de l’eau) du photosystème, des études plus récentes indiquent que les dommages initiaux ne seraient localisés qu’au niveau du site d’oxydation de l’eau. Il a été récemment proposé à partir du spectre d’action de la photoinhibition que la photoinhibition soit initiée par la déstabilisation du complexe Mn4Ca responsable des états S suivi de la dégradation de la protéine D1 responsable du site QB. Cependant, la détérioration progressive du site Mn4Ca n’a pas été démontrée et le mécanisme de photoinhibition nécessite une réévaluation. Des travaux portant sur la photoinhibition seront effectués à l'aide des feuilles d’Arabidopsis thaliana ou des extraits de membranes thylakoïdiennes de ces feuilles ou d’épinard. Nous proposons d’étudier ce phénomène en détail surtout au niveau du complexe Mn4Ca, à l’aide d’une panoplie de techniques de pointe dont nous disposons au laboratoire. Le déclin de fluorescence après un éclair à turn-over simple, la mesure de fluorescence et de dégagement d’oxygène sous un train d’éclairs, l’induction de fluorescence, la spectroscopie photoacoustique et la thermoluminescence seront utilisés pour des plants et extraits de thylakoïdes photoinhibés pour différentes périodes de temps et dans différentes conditions. La combinaison de ces techniques permettra d’obtenir toutes les informations importantes concernant l’ensemble des réactions principales du transport d’électrons du PSII et la cinétique d’avancement des états S du complexe de dégagement d’oxygène. Nous désirons déterminer l’état de détérioration du complexe Mn4Ca en fonction de différentes conditions de photoinhibition. De plus, nous avons découvert que certains métaux lourds affectent spécifiquement le complexe de dégagement d’oxygène. À faible concentration, la déstabilisation partielle du complexe Mn4Ca produit un effet transmembranaire qui ralentit le transport d’électrons du côté accepteur. La présence d’un effet transmembranaire affectant le côté accepteur lors de la photoinhibition sera vérifiée en comparant la photoinhibition avec l’effet déstabilisant de certains métaux lourds sur le complexe de dégagement d’oxygène. Certaines polyamines naturelles déstabilisent aussi de complexe Mn4Ca, mais protègent le photosystème I de la photoinhibition. In vivo, la concentration de polyamines augmente lors de conditions de stress qui causent la photoinhibition du photosystème II. Cependant, le photosystème I est beaucoup plus résistant à la forte lumière in vivo que dans les thylakoïdes extraits; le mode de protection in vivo n’est pas connu. Nous voulons vérifier si l’inhibition du photosystème II par les polyamines pourrait avoir un rôle de protection du photosystème I ou si la protection qu’ils exercent sur le photosystème I est plus directe (effet ionique ou effet antioxydant). L’activité du photosystème I sera mesurée par photoacoustique, cinétique de photooxidation du P700 (centre photochimique) et consommation d’oxygène.