Des lipides sucrés particulièrement collants à la surface des membranes photosynthétiques

La vie dépend de la photosynthèse, utilisant l’énergie solaire pour convertir le CO2 en matière organique. Les capteurs solaires sont les membranes photosynthétiques formant des sacs aplatis et empilés en si grand nombre que leur surface globale est de l’ordre de 1 à 3 fois la surface d’un stade de rugby pour 1 mètre carré de feuilles. Le mystère de la construction de ces membranes et leur empilement est en passe d’être résolu. Le rôle des protéines était déjà connu, celui des lipides vient d’être éclairci.

. © Inra
Mis à jour le 09/05/2017
Publié le 09/05/2017

La construction des membranes photosynthétiques sous forme de sacs aplatis et empilés dépend de l’interaction entre membranes adjacentes. Ces membranes biologiques sont composées d’une matrice de lipides polaires dans laquelle s’insèrent des protéines, en particulier les protéines impliquées dans le processus de photosynthèse (Fig 1A). Jusqu'à ce jour, les lipides étaient juste considérés pour leur rôle de remplissage, formant une matrice fluide permettant aux protéines de se déplacer latéralement. L’hypothèse la plus fréquente pour expliquer l’aplatissement et l’empilement des membranes était que des vésicules sphériques se forment initialement, grandissent sous forme de sacs aplatis sans que l’on comprenne comment cet aplatissement s’opère, puis s’empilent grâce à des forces d’adhésions assurées uniquement par des protéines. Or il existe des cas où les membranes photosynthétiques sont empilées en absence de ces protéines. De façon intrigante, quatre lipides sont conservés dans toutes les membranes photosynthétiques, des cyanobactéries aux algues et aux plantes, en particulier le digalactosyldiacylglycérol (DGDG) (Fig 1B).

Des travaux de biophysique menés en collaboration entre deux laboratoires de Grenoble, le Laboratoire de Physiologie Cellulaire Végétale (CNRS, CEA, INRA, Université Grenoble Alpes) et l’Institut Laue Langevin, exploitant la réflectométrie neutronique, avaient montré que le DGDG rendait les membranes biologiques cohésives entre elles. La force cohésive due au DGDG s’est avérée remarquablement grande, puisqu’elle compensait par exemple la répulsion électromagnétique exercée par des lipides chargés négativement, mélangés avec le DGDG. En bref, le DGDG est un lipide sucré particulièrement collant ! La compréhension de l’adhésion entre les sucres portés par le DGDG (Fig1C) est venue récemment de modélisations et de simulations à l’échelle moléculaire, menées en collaboration avec le Centre Helmholtz de Berlin pour la Matière et l’Energie, l’Université Libre de Berlin, l’Université de Groningen et l’Institut Max Planck sur les Colloïdes et Interfaces, Potsdam, Allemagne. Ces travaux publiés dans la revue Nature Communications montrent ainsi comment un lipide contribue significativement à l’architecture des membranes photosynthétiques, donnant une explication à sa conservation au cours de l’évolution, et ouvre des perspectives pour exploiter les sucres pour l’élaboration de membranes biomimétiques empilées.

 

Contact : Juliette Jouhet, Laboratoire de Physiologie Cellulaire & Végétale (UMR LPCV)

 

Comment un lipide sucré (le DGDG) agit comme un adhésif permettant de « coller » ensemble les membranes photosynthétiques, les empiler, et démultiplier ainsi la surface totale de ces « panneaux solaires » subcellulaires.. © Inra, UMR LPCV
Comment un lipide sucré (le DGDG) agit comme un adhésif permettant de « coller » ensemble les membranes photosynthétiques, les empiler, et démultiplier ainsi la surface totale de ces « panneaux solaires » subcellulaires. © Inra, UMR LPCV