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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 de ces protons restent énigmatiques. Des chercheurs du CNRS et des universités Paris-Sud, Aix-Marseille et d'Héraklion en Grèce ont montré, grâce à un modèle bioinspiré, que la paire d'acides aminés tyrosine/histidine joue 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 artificielle.
Le photosystème II provoque la photooxydation de l'eau en dioxygène 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 photosystème II est déjà connue pour son rôle de relais électronique entre le pigment chlorophyllien et le centre catalytique du dégagement d'oxygène, 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 du photosystème II. Des groupements imidazole et phénol y remplacent respectivement l'histidine et la tyrosine.
En absence de trace d'eau, aucun transfert d'électron 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 de chimie moléculaire et des matériaux d'Orsay (CNRS/Université Paris-Sud), de l'Institut de biologie 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 SOLEIL (CNRS/CEA) ainsi que l'Université d'Héraklion en Crète.
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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