Etude des relations structure/fonction dans le complexe cytochrome b6f

Study of structure/function relationships in cytochrome b6f complex

• Auteur / Autrice : Agnès de Lacroix de Lavalette
• Direction : Francesca Zito
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génomes et protéines
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hème

Cytochromes b6

Photosynthèse

Chlorophylle

Mutagenèse dirigée

Chlamydomonas reinhardtii

Résumé

Les oxydoréductases de la famille des cytochromes bc1/b6f font partie des chaînes de transfert d'électrons. Dans la photosynthèse oxygénique, le cytochrome b6f (cyt b6f) catalyse le transfert d'électrons du plastoquinol à un transporteur soluble (plastoycanine ou cyt c6). Le cyt b6f est partiellement homologue au cytochrome bc1 impliqué dans la respiration et la photosynthèse anoxygénique. Malgré leur similarités, ces deux complexes présentent des différences au niveau des sous-unités et, le cyt b6f contient des cofacteurs additionnels : une chlorophylle a (Ch1), un β-carotène et un hème de type c', Thème ci. Leur rôle dans la fonction du complexe reste encore un mystère malgré l'existence de la structure cristallographique. Ce travail utilise les récentes données structurales pour établir, par mutagenèse dirigée, des relations structure/fonction au sein du cyt b6f. Des mutants des sites natifs de l'hème ci et de la Ch1 ont été construits. Les propriétés physico-chimiques de Thème ci des mutants ont commencé à être caractérisées, permettant d'émettre des hypothèses sur le rôle protecteur de cet hème contre la génération de ROS, ainsi que sa participation à un mécanisme de double réduction de la quinone pour éviter la formation d'une semiquinone dans le site Qi. Sur la base d'études de biochimie et d'analyse fonctionnelle, nous avons conclu qu'en plus d'un rôle structural, la chlorophylle et sa poche de liaison sont probablement impliquées dans le mécanisme de transition d'états, une fonction spécifique au cyt b6f. Les premières structures cristallographiques de deux mutants du site Qi ainsi que celle d'un mutant de la chlorophylle ont été obtenues.

Oxidoreductases of the cytochrome bc1/b6f family are ubiquitous in electron transfer chains. In oxygenic photosynthesis, as carried out by chloroplasts and cyanobacteria, cytochrome b6f catalyzes electron transfer from hydroplastoquinone (PQH2) to either plastocyanin or cytochrome c6. Cytochrome b6f shares a partial homology with cytochrome bc1, which is involved in respiration and anoxygenic photosynthesis. Despite the above similarities, the bc1 and b6f complexes feature some differencies in subunit composition and cytochrome b6f contains additional cofactors, including one molecule of chlorophyll a (Chka), one of β-carotene and a c-type heme, heme ci. Their role in the complex function is still a mystery despite the crystallographic structure. This thesis exploits recent structural data to establish structure/function relationships using site directed mutagenesis. Mutants in the native sites of chlorophyll and hem ci have been constructed. Some of the physico-chemical properties of mutant's ci heme are characterized in this work. A protective role against ROS generation and participation to a quinone double reduction mechanism to avoid the production of a semiquinone in the Qi site are put forward. We addressed then the question of the possible role of the chlorophyll. Based on a combined biochemical and functional analysis, we conclude that, besides playing a structural role in the complex, the chlorophyll and its binding pocket are likely implicated in the regulation of state transitions a function that is specific to cytochrome b6f complexes. The first crystallographic structures of two Qi site mutants and one chlorophyll mutant were obtained during this thesis.