Photosynthetic electron derivation on living organism using quinones : the case of Chlamydomonas reinhardtii

Abstract

L'énergie est un enjeu crucial pour les sociétés actuelles et le recours à des énergies alternatives est de jour. Or la photosynthèse apparaît comme une piste intéressante et les unités photosynthétiques comme des convertisseurs potentiels sélectionnés par l'Evolution. Lors de la photosynthèse électron poursuit son cheminement le long de la chaîne photosynthétique pour permettre la mise en marche des différents complexes enzymatiques nécessaires au maintien en vie de l'organisme photosynthétique. L'étape cinétiquement limitante de ce transfert électronique se situe en amont du cytochrome b6f. C'est cette limitation qui serait responsable des dommages encourus par les algues sous forte lumière connus sous le nom de photoinhibition. Ainsi pour ne pas compromettre la vie de l'algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii, la stratégie mise en place durant ces travaux de thèse a été de dériver les électrons d'une manière sélective en amont de l'étape cinétiquement limitante. Pour cela des quinones exogènes ont été utilisées comme accepteurs d'électrons capables d'atteindre la chaîne photosynthétique, de récupérer les électrons et de venir s'oxyder à l'électrode polarisée. Une demi-pile a été mise en place et la stabilité du courant dans le temps étudiée. Une toxicité des quinones a en particulier été mise en évidence et serait responsable de la dégradation des performances du système au cours du temps. Les spectroscopies de fluorescence et d'absorption ont pu fournir des éléments de réponse. Des critères de choix de quinones ont été identifiés et partant de là, de la synthèse organique a été effectuée pour essayer de trouver un compromis entre dérivation et toxicité.Photosynthetic electron derivation on living organism using quinones : the case of Chlamydomonas reinhardtii Nowadays, energy is a major concern to societies and research is focusing on finding new sources of clean and sustainable energy. In this context, photosynthesis may be an appropriate way to meet this objective. Indeed solar light provides the chemical energy required by photosynthetic organisms to maintain their cellular activity. Taking advantage of photosynthesis to produce a photocurrent requires intercepting electrons exchanged in the oxidation/reduction processes occurring along the photosynthetic chain. This is why we consider here an electrochemical device involving a gold electrode able to derivate photosynthetic electrons from a population of Chlamydomonas reinhardtii algae. However photosynthsesis is a multi-speed process and a rate controlling step was identified just before the b6f complex. This is why the strategy of this work aimed at deriving electrons before the b6f cytochrom. This allows to relieve algae from stress under high light conditions. Known as efficient PSII acceptors, quinones were used as exogenous mediators to transfer the electrons from the photosynthetic chain to the electrode surface. Therefore, the resulting photocurrents under illumination, were commented and discussed in order to understand and define the best appropriate experimental conditions for this bio-solar generator. Quinones were shown to induce toxicity on algae. Focus was directed on finding the best chemical structure which would combine good derivation properties and little toxicity