CO2_CMΨ

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La bio-conversion du CO2 par l’enzyme Ribulose 1,5 bisphosphate carboxylase/oxygénase (RuBisCO) atteint 1014 kilogrammes par an. L’activité de carboxylation du Ribulose 1,5 bisphosphate (RuBP) de la RuBisCO est en compétition avec l’activité d’oxygénation. Or, la diffusion du CO2 dans l’eau est bien moins efficace que celle de l’O2, et le carbone inorganique est en majorité sous la forme de bicarbonate dans les océans. Le succès écologique des microorganismes photosynthétiques aquatiques qui fixent près de 50% du CO2 entrant dans les écosystèmes de notre planète, est lié à l’existence de mécanismes de concentration du CO2 (CCM) qui permet la conversion efficace de CO2 par la RuBisCO. De tels CCM biophysiques sont apparus au cours de l’évolution de manière indépendante chez les algues vertes, les diatomées et les cyanobactéries. Malgré des différences dans la nature des acteurs moléculaires impliqués dans ces CCMs, ils impliquent chacun une organisation supramoléculaire et une localisation spécifique de la RuBisCO ainsi que des transporteurs membranaires de bicarbonate et des anhydrases carboniques. Alors que de nombreuses études ont comparé les propriétés enzymatiques de l’enzyme RuBisCO issue des différents organismes, son organisation supramoléculaire au sein d’organelles particulières n’a été abordé que récemment. Chez les cyanobactéries modèles Halothiobacillus neapolitanus et Synechococcus elongatus, la RuBisCO est localisée dans des carboxysomes α et β respectivement, qui sont des structures semicrystalines ; chez la diatomée Phaeodactylum tricornutum, la RuBisCO est localisée dans un pyrénoïde, un micro-compartiment du chloroplaste sans membrane lipidique et semi-rigide. Chez l’algue verte Chlamydomonas reinhardtii, la RuBisCO peut être localisée dans un pyrénoïde liquide. Ces trois micro-compartiments ont des compositions moléculaires différentes et des propriétés physico-chimiques apriori distinctes (comme la viscosité), mais assemblent des complexes enzymatiques aux mêmes fonctions. Outre la RuBisCO, on y retrouve des anhydrases carboniques et la RuBisCO activase. Les cyanobactéries, les diatomées et les algues vertes colonisent des espaces différents à la surface du globe.

Ainsi, comprendre comment ces organisations supramoléculaires permettant la concentration et la fixation efficace du CO2 ont évolué de manière convergente présente un intérêt majeur pour comprendre leur performance écologique. Ce projet a pour objectif d’étudier à différentes échelles les propriétés physico-chimiques de ces micro-compartiments en lien avec leur(s) contribution(s) dans l’acquisition et la fixation du CO2. A l’échelle moléculaire, des reconstitutions in-vitro de ces assemblages permettront de comparer leurs propriétés physicochimiques, et notamment comment les métabolites de la fixation du CO2 diffusent dans ces milieux. A l’échelle cellulaire, le suivi de la biogénèse et la dissociation de ces micro-compartiments, en lien avec l’efficacité de fixation du CO2 chez différents organismes photosynthétiques permettra de comparer leur dépendance au CCM. La spécificité du projet est de proposer des approches identiques pour trois espèces éco-physiologiquement et biotechnologiquement pertinentes, mais distantes d’un point de vue phylogénique : une cyanobactérie heterocystique Anabaena PCC 7120, une diatomée centrique P. tricornutum et une algue verte C. reinhardtii. Connaitre ces facteurs moléculaires permettra de valoriser la fixation du CO2 par les organismes unicellulaires aquatiques, et proposera des solutions pour la captation du CO2 bio-inspirée.

Voir aussi

Poster scientifique CO2 CMPhi

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