Production of reactive oxygen species in plasma membranes, mitochondria and chloroplasts

• Auteur / Autrice : Eiri Heyno
• Direction : Anja Krieger-Liszkay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Sciences du végétal
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Membrane cellulaire

Mitochondries

Oxygène dans l'organisme

Résumé

Les formes réactives de l’oxygène (FRO) ont été analysées dans différents compartiments cellulaires en utilisant des méthodes spectroscopiques (UV/VIS, fluorescence, infrarouge, résonance paramagnétique électronique). L’identité et les mécanismes catalytiques des enzymes qui produisent les FRO dans les membranes plasmiques (MP) et les mitochondries ont été étudiés, ainsi que le rôle protectif de l’oxydase terminale plastidiale (PTOX) des chloroplastes. Cd2+ s’est révélé être un inhibiteur de la NADPH oxydase des MP. In vivo Cd2+ inhibait la production extracellulaire de O2. - mais stimulait l’accumulation de H2O2. Dans des mitochondries isolées, Cd2+ a augmenté la production de FRO. Antimycin A a entrainé une élévation du H2O2 extracellulaire, confirmant que la mitochondrie est le site principal de production de l’H2O2 extracellulaire induite par Cd2+ in vivo. Une quinone réductase (QR) génératrice de FRO a été isolée des MP. La déprotonation PH dépendante du quinole a produit des formes intermédiaires instables qui génèrent des FRO par réaction avec O2. Des espèces quinoniques ont été détectées dans la MP et pourraient servir de substrat aux QR in vivo. La protection de la chaine photosynthétique de transfert d’électron par la plastoquinol ; O2 oxydoréductase a été étudiée chez des plantes PTOX+ surexprimant PTOX. En raison de leur réponse altérée en conditions de faible et de forte intensité lumineuse, il a été proposé que pour fonctionner comme enzyme protectrice, PTOX est couplée à une SOD. Chez les lignées PTOX+, le niveau de SOD chloroplastique n’était pas plus élevé, limitant probablement leur capacité à détoxifier les taux élevés de O2. - généré.

Production of reactive oxygen species (ROS) was studied in different subcellular compartments using spectroscopic methods (UV/VIS, fluorescence, infrared and electron paramagnetic resonance). The identities and catalytic mechanisms of ROS-producing enzymes in the plasma membrane (PM) were studied as well as mitochondrial ROS accumulation in response to cadmium (Cd2+) and the protectrice role of the plastid terminal oxidase (PTOX). Cd2+ was shown to be an inhibitor of the PM superoxide (O2. -) –producing NADPH oxidase in vitro. In vivo Cd2+ inhibited the extracellular production of O2. - but stimulated the accumulation of hydrogen peroxide (H2O2 ). Cd2+ induced ROS production in isolated mitochondria. Mitochondrial ROS- inducing inhibitors increased extracellular H2O2 production confirming these organelles the main source of Cd2+ induced extracellular H2O2 generation in vivo. A ROS-producing quinone reductase(QR) was isolated from PMs. ROS production occurred via the pH –dependent deprotonation of the end product menadiol leading to its intermediate forms that react with O2 forming O2. - and H2O2. A potential naphthoquinose species in PMs was identified that could serve as a QR substrate in vivo. The protection of the photosynthetic electron transfer chain by the PTOX, a plastoquinol : O2 oxidoreductase, was studied in PTOX-overexpressing plants (PTOX+ ). Based on the altered response to low and high light conditions in PTOX+ it was proposed that PTOX is coupled to an SOD in order to function as a protective enzyme. The absence of additional chloroplastic SOD in PTOX+ lines might have limited the plant’s ability to detoxify O2. - produced by elevated levels of PTOX+