Etude des impacts organisationnel et fonctionnel du changement de composition protéique dans les ICM de Rhodobacter sphaeroides

Study of organizational and functional impacts of the protein composition change in the ICM of Rhodobacter sphaeroides

• Auteur / Autrice : Marcel Giansily
• Direction : James N. Sturgis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie structurale
• Date : Soutenance le 21/04/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Macromoléculaires (Marseille) - Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille
• Jury : Président / Présidente : Rainer Hienerwadel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Breyton
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Manuela Zoonens, Pierre-Emmanuel Milhiet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhodobacter sphaeroides

Quinones

Spectrophotométrie

Transport biologique

Mots clés libres

Biologie membranaire

Rhodobacter sphaeroides

Membrane intracytoplasmique

Afm

Spectrophotométrie

Membrane biology

Rhodobacter sphaeroides

Intracytoplasmic membrane

Afm

Spectrophotometry

Résumé

L’étude des règles qui gouvernent l’assemblage des membranes biologiques menant à une organisation fonctionnelle constitue un domaine de grand intérêt et peut fournir des avancées conceptuelles importantes. Comme modèle d’étude, les membranes intracytoplasmiques (ICM) de la bactérie pourpre photosynthétique Rhodobacter Sphaeroides conviennent particulièrement, puisque ce système intégré est simple, et la structure est bien étudiée. L’organisation des protéines photosynthétiques dans ces membranes est fondamentale pour leurs fonctions comme les transferts d’énergie, d’électrons et de quinones, menant à une photosynthèse fonctionnelle. Dans ce contexte, j’ai étudié la robustesse des différents aspects d’organisation et fonctionnels à la modification de la composition en protéines photosynthétiques de ces membranes, en utilisant une approche de perturbation. Tout d’abord, mon projet a consisté à développer une approche pour faire varier la composition protéique des membranes. J’ai créé des outils génétiques qui couplés avec différents paramètres de cultures ont permis la production de membranes aux compositions extrêmes que les bactéries n’atteignent pas naturellement. Ensuite, j’ai pu mesuré l’impact de ces modifications sur l’organisation protéique grâce à la microscopie à force atomique.Enfin, l’impact fonctionnel sur les transferts d’énergie et électronique a été mesuré avec des techniques de spectrophotométrie. J’ai pu analyser la distribution d’énergie pour chaque échantillon en fonction de leur composition, obtenir des informations sur la connectivité des centres réactionnels, et sur les cinétiques d’oxydation et de réduction des paires P et des cytochromes C.

The study of the rules that govern biological membranes assembly leading to a functional organization represent a domain of great interest and may provide important conceptual advances. As a model system, the intracytoplasmic membranes of photosynthetic purple bacteria Rhodobacter sphaeroides are particularly suitable, as this integrated system is simple, and the structure is well studied. The organization of photosynthetic proteins in these membranes is fundamental for their functions such as transfer of energy, electrons, and quinones, leading to a functional photosynthesis. In this context, I have studied the robustness of different organizational and functional aspects to the modification of photosynthetic proteins composition of these membranes, by using a perturbation approach. First, my project consisted in developing an approach to modify the protein composition of membranes. I have created genetics tools coupled to different cultures parameters that allowed the production of membranes with extremes compositions, that bacteria do not naturally attain. Subsequently, I was able to measure the impact of these modifications on the organization thanks to atomic force microscopy. Finally, the functional impact on energy and electrons transfers was measured with spectrophotometry. I was able to analyze the energy distribution of each sample as a function of their compositions, to obtain informations on RC’s connectivity, and on oxidation and reduction kinetics of P pairs and cytochromes C.