Étude des mécanismes d'inhibition du transport des électrons photosynthétiques induite par les xénobiotiques affectant les réactions photochimiques du photosystème II

Le projet de recherche de cette thèse consiste à investiguer les mécanismes d'inhibition du transport d'électrons photosynthétiques induite par les xénobiotiques qui affectent les réactions photochimiques du photosystème II (PSII). Des méthodes fluorimétriques et biochimiques ont été utilisées pour étudier les effets de xénobiotiques sur les réactions photochimiques et le transport des électrons photosynthétiques. Le changement des différents paramètres de fluorescence chlorophyllienne, indiquant la dissipation de l'énergie via le transport d'électrons ou via les voies non photochimiques, a été utilisé comme indicateur de toxicité de xénobiotiques. L'induction du stress oxydatif a été analysée par l'investigation de la teneur en espèces réactives de l'oxygène. Nous avons utilisé les plantes Lemna gibba et Lactuca sativa ainsi que l'algue Chlamydomonas reinhhardtii comme matériel pour les expériences. \nDans la partie concernant l'étude des mécanismes de toxicité du dichromate chez L. gibba, nous avons démontré que ce xénobiotique inhibe le transport d'électrons du PSII et induit la dissipation d'énergie sous forme non photochimique. Sous ces conditions, une inhibition de l'activité photochimique du PSII et une diminution de la proportion des centres réactionnels en état fonctionnel ont été obtenues. Le changement du rendement et de la cinétique rapide de fluorescence montre que le dichromate induit une inhibition du complexe de la photolyse de l'eau et de la réduction de l'accepteur primaire d'électrons (QA). Ces effets ont été associés à l'altération de la protéine Dl du centre réactionnel du PSII, ainsi que la protéine 33 kDa constituant le complexe de photolyse de l'eau. L'induction d'un stress oxydatif a été démontrée par l'augmentation de la teneur en espèces réactives de l'oxygène chez les plantes exposées au dichromate. La diminution de la proportion des PSII en état fonctionnel et la formation des espèces réactives de l'oxygène induites par le dichromate ont été corrélées avec le changement des polypeptides Dl. On a pu établir que l'altération fonctionnelle de l'activité du PSII par le dichromate est étroitement associée au changement structurel se produisant dans le complexe PSII. Nous avons également investigué les effets toxiques du dichromate sur l'activité du PSII chez des algues ayant une faible capacité de dissipation de l'énergie sous forme non photochimique. On a utilisé deux algues mutantes de C. reinhardtii qui ont une altération de la biosynthèse de pigments xanthophylles: le premier mutant, npq1, est déficient en zéaxanthine et le deuxième, npq2, est déficient en violaxanthine et accumule la zéaxanthine. On a étudié l'effet du dichromate sur l'activité du PSII sous des conditions lumineuses favorisant la photoinhibition. Après exposition au dichromate, ces algues ont été illuminées par différentes intensités lumineuses pour mesurer le changement du rendement photochimique opérationnel du PSII et la dissipation de l'énergie sous forme non photochimique. L'exposition aux dichromate des mutants npq1 et npq2 a induit une inhibition de transport d'électrons de PSII à faible intensité lumineuse, indiquant une accélération de la photoinhibition par le dichromate. Lorsque ces mutants d'algues ont été exposés aux dichromate et à une intensité lumineuse élevée, la dissipation d'énergie sous forme non photochimique, impliquant des processus non régulateurs, est devenue majoritaire, atteignant la valeur de 80 %. Par conséquent, les mutants d'algues npq1 et npq2 ayant le cycle de xanthophylles non fonctionnel étaient plus sensibles aux effets toxiques du dichromate. Ces résultats ont permis l'élaboration d'un modèle des effets du dichromate sur l'activité du PSII chez les algues ayant un cycle de xanthophylles non fonctionnel. Dans la troisième partie, on a analysé les effets toxiques du trinitrotoluène sur le changement des paramètres de fluorescence utilisés comme indicateurs de toxicité sur la photosynthèse et l'état physiologique de Lactuca sativa. L'activité photosynthétique a été mesurée en utilisant la cinétique rapide de la fluorescence chlorophyllienne et la fluorimétrie modulée. Nos résultats ont montré une diminution de la fluorescence variable provoquée par la désactivation des centres réactionnels PSII. En plus de cet effet, les paramètres de fluorescence indiquant l'état de réduction du PSII et la dissipation d'énergie sous forme non photochimique ont été les indicateurs les plus sensibles de la toxicité du trinitrotoluène. Ces paramètres ont montré une dépendance entre l'inhibition de l'activité du PSII et la concentration du trinitrotoluène. Le changement des paramètres photosynthétiques de fluorescence était une indication fiable de l'état physiologique des plantes exposées à ce polluant. Nous avons proposé que l'état de réduction du PSII et la dissipation non photochimique de l'énergie représentent des indicateurs utiles dans les bioessais. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Xénobiotiques, Bioessais, Fluorescence chlorophyllienne, Réactions photochimiques, Photosystème II, Chrome hexavalent, Trinitrotoluène, Fluorométrie PAM et PEA.

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