Mécanisme de l’enzyme d’oxydation de l’eau

par Naoko Ishida-Blanc

Thèse de doctorat en Chimie - Physique

Sous la direction de Alain Boussac.


  • Résumé

    L’oxydation de l’eau et la production du dioxygène atmosphérique sont réalisées par le Photosystème II. Le centre catalytique du PSII est constitué d’un cluster de 4 ions manganèse et de 1 ion calcium. Sous l’action de la lumière, le complexe Mn4Ca passe par 5 états d’oxydation successifs (S0 à S4) avant l’émission d’oxygène au cours de la transition S4 à S0. Bien que l’ion Ca2+ soit détecté dans les structures cristallographiques, son rôle reste à préciser. Un deuxième cofacteur est mis en jeu : le chlorure, dont la position et le rôle ne sont pas clairement définis. Pour étudier ces deux cofacteurs, nous avons réalisé le remplacement biosynthétique du Ca2+ et du Cl- par du Sr2+ et/ou du Br- dans la cyanobactérie Thermosynechococcus elongatus. Le dégagement d’oxygène sous éclairement continu diminue après substitution des cofacteurs. Dans le chapitre III, nous mettons en évidence que cette baisse d’activité est due à un ralentissement de certaines étapes du transfert d’électron, et plus particulièrement de la transition S3 à S0. . Dans le chapitre IV, le chlorure est remplacé biochimiquement par de l’iodure. A nouveau, une baisse d’activité sous éclairement continu est expliquée par un ralentissement des cinétiques d’oxydation du cluster de Mn4Ca. Les propriétés thermodynamiques du PSII sont modifiées en résence d’I-. Dans le chapitre V, nous nous intéressons aux aspects structuraux des échantillons substitués. Nous mettons en évidence l’implication du Ca2+ dans la fixation des molécules d’eau substrat, ainsi que des phénomènes de protonation ayant lieu au cours du cycle. Nos résultats sont en faveur de l’existence de deux sites de fixation aux halogénures.

  • Titre traduit

    Mechanism of the water-splitting enzyme


  • Résumé

    Photosystem II uses solar energy to drive water oxidation and atmospheric O2 production. Its catalytic center comprises a cluster of four manganese and one calcium ions. The Mn4Ca cluster goes through five sequential oxidation states (S0 to S4) before O2 is evolved during the S4 to S0 transition. Although the Ca2+ ion is detected in the actual crystallographic structures, its role still needs to be clarified. A second cofactor is involved: the chloride, whose localization and role in the O2 evolution are unclear. To study both cofactors, we replaced biosynthetically the Ca2+ and the Cl- by Sr2+ and Br- in the cyanobacteria Thermosynechococcus elongatus. In the substituted PSII, the O2 evolution under continuous illumination is decreased. In chapter III, we explain this activity decrease by a kinetic limitation of some of the electron transfer steps, in particular the S3 to S0 transition during which a lag phase is put in evidence. The significant slow down of the kinetics goes with a decrease of the free energy level of the S3 state. In chapter IV, chloride is biochemically substituted with iodide. We observe a decrease of the catalytic activity due to the slowing down of the Mn4Ca cluster oxidation kinetics. The thermodynamic properties of PSII are also modified by the iodide. In chapter V, we focus on the structural aspects of the biosynthetically modified PSII samples. We highlight the direct implication of Ca2+ in the binding of the substrate water molecules, and protonation phenomena during the cycle. . We show that our results support the existence of two halide binding sites.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (X-204 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 187-203

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2009)307
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.