Lundi 12 Mai 2008
Etude du rôle des cofacteurs Ca2+ et Cl- dans le mécanisme d’oxydation de l’eau par le Photosytème II.
J Biol Chem (2008), 283, 13330-40.
L’échange biosynthétique des ions Ca2+ et Cl- par les ions Sr2+ et Br- a permis d’identifier les étapes du cycle catalytique de l’oxydation de l’eau par le Photosystème II dans lesquelles ces ions sont impliqués.
Sous l’action de la lumière, le site catalytique du Photosystème II (un complexe Mn4) parcours 5 états redox différents (de S0 à S4). Le bilan de la réaction est : S4 + 2 H20 → S0 + O2 + 4 H+. Une équipe du SB²SM a étudié le rôle du Ca2+ et du Cl- dans ce mécanisme. La cyanobactérie thermophile Thermosynechococcus elongatus a été cultivée en présence de Sr2+ à la place de Ca2+, et/ou de Br- à la place de Cl-, réalisant ainsi une substitution biosynthétique du Ca2+ par le Sr2+ et/ou du Cl- par le Br-. Une enzyme intacte mais cinétiquement limitée a pu être isolée de cellules cultivées dans ces conditions. Les étapes du transfert d’électron affectées par les substitutions ont été mises en évidences puis étudiées. Les effets des échanges Ca/Sr et Cl/Br sont additifs et l’amplitude des effets varie dans l’ordre suivant : Ca/Cl < Ca/Br< Sr/Cl < Sr/Br. La production d’O2 par l’enzyme avec à la fois Sr2+ et Br- est 6 à 7 fois plus lente que celle par l’enzyme native. Ces cinétiques ralenties accompagnent une baisse du niveau d’énergie libre de l’état S3. Les échanges Ca/Sr et Cl/Br affectent également des mouvements de protons. Ces observations montrent que l’ion Cl- est très probablement impliqué dans le mécanisme d’oxydation de l’eau et que son absence dans les structures 3D de l’enzyme actuellement disponibles peut être attribuée à une résolution insuffisante de ces structures.
Ishida N, Sugiura M, Rappaport F, Lai T-L, Rutherford A.W, Boussac A (2008) Biosynthetic Exchange of Bromide for Chloride and Strontium for Calcium in the Photosystem II Oxygen-evolving Enzyme. J Biol Chem. 283, 13330-13340.