TITRE    TRANSFERT D’ELECTRONS ET DESEXCITATION DE L’ENERGIE CHEZ LES ORGANISMES    PHOTOSYNTHETIQUES
    TITLE    ELECTRON TRANSFER AND ENERGY DEACTIVATION IN PHOTOSYNTHETIC ORGANISMS
    AUTEUR    Jean ALRIC
    UNIVERSITE    Université de la Méditerranée
    DATE    17 Septembre 2004
    LABORATOIRE   Laboratoire de Génétique et Biophysique des Plantes, Université de la Méditerranée
    DIRECTION DE THESE    Rainer HIENERWADEL
    PARRAINAGE    André VERMEGLIO et Jérôme LAVERGNE, DEVM-CEA Cadarache
RESUME :
Les transferts d’électrons et la désexcitation d’énergie ont été étudiés sur l’appareil photosynthétique des bactéries pourpres grâce à la spectroscopie optique à haute sensibilité résolue dans le temps. Dans l’échelle temporelle comprise entre quelques nanosecondes et quelques microsecondes, l’absorption de l’énergie lumineuse provoque une séparation de charges dans le centre réactionnel. Dans la même échelle de temps, la lumière excessive donne lieu à la formation de triplet de caroténoïde. Ces deux aspects ont été étudiés à partir de complexes isolés jusqu’aux systèmes intégrés comme les membranes natives ou les cellules entières d’organismes photosynthétiques. Les propriétés rédox des cytochromes, comme la modulation du demi-potentiel d’oxydo-réduction des hèmes de type c, ont été discutées en termes d’exposition au solvant, de coordination axiale et d’interaction électrostatique entre cofacteurs. Les mécanismes de transferts d’électrons intra- et inter-moléculaires du côté donneur du centre réactionnel bactérien furent étudiés soit en présence soit en absence du cytochrome multihémique lié. En présence de lumière excessive, la transduction photosynthétique d’énergie sature au niveau du centre réactionnel, induisant une réduction complète des accepteurs d’électrons ou une oxydation totale des donneurs d’électrons. Dans ce cas, les caroténoïdes jouent un important rôle de photoprotection dans la désexcitation des triplets de chlorophylles et de l’oxygène singulet. Une telle formation de triplet de caroténoïdes a été mise en évidence in vivo, sur cellules intactes soumises à un éclairement continu fort, en fonction du potentiel redox de l’échantillon. La comparaison des expériences réalisées en conditions aérobie et anaérobie permet une identification structurale de la formation de triplets de caroténoïdes, soit dans le centre réactionnel (anaérobie) soit dans les antennes (aérobie).
ABSTRACT:
Electron transfer and energy deactivation were investigated in the photosynthetic apparatus of purple bacteria by means of high-sensitivity time-resolved optical spectroscopy. In the nanosecond to microsecond time range, absorption of light energy leads to charge separation within the reaction center. In the same time scale, excess light gives rise to carotenoid triplet formation. Both aspects were studied from isolated complexes, up to integrated systems such as native membranes and whole cells of photosynthetic organisms. Redox characteristics of cytochromes, such as the modulation of the midpoint redox potential of c-type hemes, were discussed in terms of solvent exposition, axial coordination and electrostatic interaction between cofactors. Mechanisms of intra- or inter-molecular electron transfer at the donor side of the bacterial reaction center were investigated either in the presence or absence of the multiheme bound cytochrome. In the presence of excess light, photosynthetic energy transduction saturates at the level of the reaction center, inducing an over-reduction of electron acceptors or an over-oxidation of electron donors. In that case, carotenoids play an important photoprotective role in quenching excited triplet chlorophylls and singlet oxygen. Such carotenoid triplet formation was evidenced in vivo, in intact cells subjected to a strong continuous light as a function of the redox poise of the sample. Comparison of experiments performed under aerobic or anaerobic conditions leads to structural assignment of carotenoid triplet formation either in the reaction center (anaerobic) or in the antenna (aerobic).