Cette illustration présente une “carte” cryo-EM du complexe du photosystème II. Il s’agit d’une reconstruction 3D, basée sur des images cryo-EM bidimensionnelles, avec différentes sous-unités protéiques du complexe colorées individuellement. Crédit : Université de Yale
Une équipe de chimistes dirigée par Yale a dévoilé les plans d’une enzyme clé qui pourrait contenir les principes de conception d’une nouvelle génération de catalyseurs synthétiques de carburant solaire.
Les recherches, dirigées par Gary Brudvig et Christopher Gisriel de Yale, utilisent la microscopie cryo-électronique sur un micro-organisme appelé “l’enzyme”. Synechocystis pour obtenir une image extrêmement rapprochée du photosystème II, l’enzyme de la photosynthèse qui utilise l’eau comme combustible solaire, ce qui permet aux chercheurs d’observer le fonctionnement de l’enzyme.
L’étude, qui paraît dans le journal Proceedings of the National Academy of Sciencesa été co-écrite par des chercheurs de l’Université de Californie-Riverside, du Boston College et de la City University of New York.
La photosynthèse est le mécanisme par lequel les plantes et certains micro-organismes, tels que les insectes et les champignons, peuvent se développer. Synechocystisutilisent la lumière du soleil pour synthétiser de la nourriture à partir de dioxyde de carbone et d’eau, et remplissent l’atmosphère d’oxygène comme sous-produit. Au cœur de la photosynthèse se trouve le photosystème II, une enzyme qui oxyde les molécules d’eau en leur enlevant leurs électrons pour les utiliser comme combustible.
Les scientifiques ont longtemps cherché des moyens d’imiter ce processus pour créer des catalyseurs de combustible solaire plus efficaces, en étudiant le photosystème II à partir de la photosynthèse. Synechocystis. Mais sans une image claire de la structure moléculaire du photosystème II de Synechocystis. Synechocystis il a été difficile pour les scientifiques de comprendre les résultats de leurs expériences.
Des travaux antérieurs menés par Yale ont créé un instantané du Photosytem II de la Synechocystis . Synechocystis à un stade “immature”, avant que l’enzyme ne soit capable d’oxyder l’eau. Ce travail a permis aux chercheurs de mieux comprendre comment l’enzyme est construite.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont été en mesure de voir l’enzyme à un stade “immature”. Synechocystisdans sa forme mature et active, avec toutes les sous-unités protéiques et l’activité présente pendant l’oxydation de l’eau. L’observation, rendue possible par la technologie de la microscopie cryo-électronique au West Campus de Yale, offre l’un des regards les plus proches et les plus détaillés jamais réalisés sur le Photosystème II de Synechocystis. Synechocystis .
“A cette résolution, nous pouvons voir acides aminés, les cofacteurs à petites molécules et les molécules d’eau qui sont utilisées dans le mécanisme d’oxydation de l’eau”, a déclaré Brudvig, professeur de chimie Benjamin Silliman à la faculté des arts et des sciences et directeur de l’Energy Sciences Institute sur le campus ouest de Yale. Brudvig est l’auteur correspondant de l’étude.
“Dans certains cas, nous pouvons même voir la contribution de protons individuels”, a ajouté Brudvig.
Avec cette nouvelle vue rapprochée du Photosystem II deSynechocystisles chercheurs affirment qu’ils seront en mesure d’introduire de minuscules changements dans l’enzyme – comme la mutation d’acides aminés individuels – pour voir comment ces changements affectent la fonction de l’enzyme.
“L’objectif principal est de comprendre la chimie de l’oxydation de l’eau”, a déclaré Gisriel, associé postdoctoral en chimie et premier auteur de l’étude. “Ce que nous avons fait ici fournit une plateforme à partir de laquelle nous pouvons déconstruire le système, en fournissant les principes de conception pour les catalyseurs synthétiques de carburant solaire.”
Référence : “Structure de microscopie cryo-électronique à haute résolution du photosystème II de la cyanobactérie mésophile”,Synechocystissp. PCC 6803″ par Christopher J. Gisriel, Jimin Wang, Jinchan Liu, David A. Flesher, Krystle M. Reiss, Hao-Li Huang, Ke R. Yang, William H. Armstrong, M. R. Gunner, Victor S. Batista, Richard J. Debus et Gary W. Brudvig, 22 décembre 2021,Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2116765118
Les co-auteurs de l’étude de Yale sont Jimin Wang, Jinchan Liu, David Flesher, Krystle Reiss, Hao-Li Huang, Ke Yang et Victor Batista. Les autres co-auteurs sont William Armstrong du Boston College, M.R. Gunner du City College de New York et Richard Debus de l’Université de Californie-Riverside.
L’Office of Basic Energy Sciences du ministère américain de l’énergie et les National Institutes of Health ont financé cette recherche.
