Des chercheurs en chimie de l’institut de technologie Technion en Israël ont découvert que la composition de la membrane cellulaire avait une incidence sur les processus de production d’énergie par la photosynthèse et la respiration cellulaire.
Nadav Amdursky
Le professeur assistant Nadav Amdursky de la faculté de chimie Schulich du Technion a mis au point une technologie permettant d’étudier les transitions membranaires des protons liées à la production d’énergie dans les processus de respiration cellulaire et de photosynthèse.
L’énergie est une ressource essentielle dans le monde animal, sans laquelle il ne peut y avoir de vie. Tous les animaux et toutes les plantes utilisent le même type d’énergie, la molécule d’adénosine triphosphate (ATP) – un nucléotide connu en biochimie comme la «monnaie moléculaire», capable de stocker et de transporter de l’énergie chimique dans les cellules. La synthèse de l’ATP a lieu pendant les processus de photosynthèse ou de respiration cellulaire, où l’énergie de la lumière du soleil ou l’énergie chimique des nutriments, respectivement, sont utilisées pour la production d’ATP. Le mécanisme moléculaire de la synthèse de l’ATP repose sur une protéine membranaire. L’activité de la protéine peut être liée à l’action d’un moteur nanométrique alimenté par des protons. Lorsque le moteur reçoit de l’essence – des protons – les parties protéiques bougent.
L’action générale de ce moteur protéique est de créer de l’ATP. Mais comment les protons atteignent-ils la protéine ? Cette question n’a pas encore été entièrement résolue, car l’étendue du processus de déplacement des protons dans le temps et dans l’espace est infime ; quelques nanomètres toutes les quelques nanosecondes.
La technologie mise au point par Nadav Amdursky pour étudier ce processus minuscule et rapide se déroule à la surface des membranes et repose sur une sonde moléculaire originale qui se fixe à la membrane et libère un proton chaque fois que la lumière (photons) la frappe.
Muriel Touaty
« En d’autres termes, il s’agit d’une technologie capable de produire le carburant nécessaire à la création d’une monnaie énergétique à la surface des membranes à l’aide de la lumière », explique Muriel Touaty, Directrice générale du Technion France.
La sonde moléculaire développée au Technion est basée sur une molécule chimique très intrigante appelée photo-acide. Lorsque cette molécule absorbe la lumière – et seulement alors – ses propriétés chimiques changent et devient un acide fort. La principale caractéristique de tout acide fort est la libération rapide d’un proton dans un environnement aqueux, et c’est ce qui se produit également ici.
«Nous avons découvert que le mouvement des protons à la surface de la membrane et l’interaction entre les protons de la membrane et les protons de la solution dépendaient étroitement du type de lipides constituant la membrane», a déclaré le Pr Amdursky. « Cette recherche est une étape clé dans la compréhension d’un des processus les plus importants de la nature ».
Une simulation informatique (dynamique moléculaire) montrant l’emplacement de la sonde moléculaire à la surface de différentes membranes avec différentes compositions lipidiques.
L’étude, menée avec des collaborateurs britanniques et finlandais, a été publiée sous le titre « Exploration des événements de transfert rapide de protons associés à la diffusion latérale des protons à la surface des membranes».
La recherche a été financée par la Chaya Career Advancing Chair, le Russell Berrie Nanotechnology Institute et le programme Grand Technion Energy.
Publication dans PNAS, 12 février 2019