Le fonctionnement d’une pompe à protons décrypté grâce à une approche de type slow-motion

La bactériorhodopsine est une pompe à protons, commune à plusieurs bactéries, possédant un chromophore, le rétinal. Ce dernier permet de capter la lumière et de la convertir en énergie chimique pour effectuer le transport de protons à travers la membrane plasmique. Comment ces protons peuvent-ils aller dans une seule direction, de l’intérieur vers l’extérieur de la cellule demeurait jusqu’alors une question sans réponse complète.

Mais des chercheurs du RIKEN SPring-8 Center, viennent d’apporter des détails qui permettent désormais de mieux comprendre le fonctionnement de cette machinerie moléculaire qui sert de modèle d’étude pour les autres pompes à protons, notamment celles présentes dans les cellules humaines.

C’est grâce au SACLA, un rayon laser qui produit des rayonnements 1 million de fois plus intenses que les synchrotrons conventionnels et une technique appelée time-resolved serial femtosecond crystallography, que l’équipe du Prof So Iwata a pu réaliser des milliers de clichés, à différents temps, de la fameuse pompe à protons. Une fois assemblée, les clichés ont permis de reconstruire le mécanisme par lequel la pompe fait sortir des protons vers l’extérieur de la cellule, chargé plus positivement. Le stimulus lumineux induit un changement de conformation au niveau du rétinal, entrainant un déplacement d’acides aminés au-dessus du rétinal vers le cytoplasme. Dans cet espace, une couche aqueuse se forme transitoirement pour permettre le début du transfert de protons. S’en suit alors une cascade de signalisation qui empêche le retour du proton vers le cytoplasme, avant qu’il soit finalement poussé vers l’extérieur de la cellule.

Une découverte importante selon So Iwata, leader du groupe de recherche. Ces nouveaux résultats vont permettre de comprendre plus précisément le fonctionnement de l’ensemble des machineries moléculaires de type pompes à protons, complexes protéiques majeurs pour de nombreuses fonctions cellulaires. L’une des mieux connues chez l’homme étant la pompe à protons de l’ATP Synthase mitochondriale qui participe à la phosphorylation oxydative, une des réactions métaboliques majeures permettant aux cellules de réutiliser l’énergie libérée par la chaine respiratoire sous forme d’ATP.

Source : Nango E, et al. A three-dimensional movie of structural changes in bacteriorhodopsin. Science, 2016 ; 354 (6319) : 1552.

Rédaction : Thibaut Dutruel, ch.mission.sdv chez ambafrance-jp.org