Résumé
La nourriture que nous mangeons provient finalement des plantes, soit directement ou indirectement. L’importance des plantes en tant que cuisine mondiale ne peut jamais être sous-estimée. Les plantes «mangent» la lumière du soleil et le dioxyde de carbone pour produire leur propre nourriture et nourriture pour les millions d’autres organismes qui en dépendent. Une molécule, la chlorophylle (Chl), est cruciale pour ce processus, car elle absorbe la lumière du soleil. Cependant, la façon dont les plantes terrestres produire leur nourriture est très différente de la façon dont les plantes des océans produisent leur nourriture. Comme il est difficile pour la lumière d’atteindre sous l’eau des océans, la production alimentaire, scientifiquement appelée photosynthèse, devient très lente. Les phycobiliprotéines sont des protéines qui font ce travail plus facile, en absorbant la lumière disponible et en la transmettant à Chl. Ces phycobiliprotéines se trouvent dans de minuscules organismes invisibles appelés cyanobactéries. Leurs réactions de «production alimentaire» sont essentielles pour la survie de nombreux organismes vivants comme les poissons, les oiseaux et la vie. Il est donc très important que chacun comprenne comment les cyanobactéries fabriquent leur nourriture et quels rôles importants les phycobiliprotéines jouent dans ce processus.
Comment les êtres vivants obtiennent-ils leur nourriture?
Quand vous pensez à la nourriture, trouvez-vous généralement des images de votre nourriture préférée? C’est un processus naturel, car la nourriture est importante pour tout être vivant. Pour satisfaire ce besoin fondamental, tous les êtres vivants fabriquent leur propre nourriture ou l’obtiennent d’une autre source. Les humains peuvent manger des plantes et des animaux. Certains animaux consomment d’autres animaux, tandis que certains animaux mangent des plantes comme nourriture. En fin de compte, nous voyons que tout le monde sur cette planète dépend des plantes pour sa nourriture. Mais alors, que mangent les plantes? En fait, les plantes «mangent» la lumière du soleil et un gaz appelé dioxyde de carbone, qui sont tous deux facilement disponibles ici sur terre. Le processus par lequel les plantes terrestres produisent leur propre nourriture en utilisant la lumière du soleil et le dioxyde de carbone est connu sous le nom de photosynthèse (figure 1). le dioxyde de carbone est absorbé par les feuilles, la lumière du soleil est captée par une molécule chimique dans la plante, appelée chlorophylle (Chl). Tous les organismes photosynthétiques contiennent Chl.
- Figure 1 – Une vue simplifiée de la façon dont les plantes produisent de la nourriture pour nous.
- Les feuilles de les plantes vertes contiennent de la chlorophylle, qui absorbe la lumière du soleil pour produire de la nourriture. Cette nourriture est ensuite utilisée par la plante elle-même ainsi que par d’autres animaux, y compris les humains.
Cependant, la manière dont les plantes terrestres effectuent la photosynthèse n’aide pas les organismes vivant dans les océans, qui couvrent près de 70% de notre terre. Les plantes des océans sont confrontées à des problèmes d’esprit h disponibilité de la lumière. Les parties bleues et vertes de la lumière pénètrent dans l’eau plus que les parties jaune et rouge de la lumière (Figure 2). Heureusement, les plantes océaniques reçoivent de l’aide pour produire de la nourriture à partir d’une lumière et d’un dioxyde de carbone aussi limités, à partir de minuscules microbes microscopiques appelés cyanobactéries (également connues sous le nom d’algues bleu-vert). Ces microbes se sont adaptés aux conditions de faible luminosité et réalisent la photosynthèse à la fois pour eux-mêmes et pour le bénéfice d’autres êtres vivants. Les cyanobactéries sont des microbes anciens qui vivent sur notre terre depuis des milliards d’années. On dit que les cyanobactéries sont responsables de la création de l’atmosphère remplie d’oxygène dans laquelle nous vivons. Pour effectuer la photosynthèse dans des conditions de faible luminosité, les cyanobactéries ont l’aide de protéines appelées phycobiliprotéines, qui se trouvent enfouies dans les membranes cellulaires (l’enveloppe extérieure) des cyanobactéries.
- Figure 2 – Pénétration de la lumière du soleil dans les océans.
- La lumière du soleil est composée de différents couleurs: V, violet; B, bleu; G, vert; Y, jaune; O, orange; et R, rouge. Les couleurs bleues et vertes atteignent jusqu’à 200 m à l’intérieur de l’eau, tandis que toutes les autres couleurs, y compris le violet, ne peuvent atteindre que les 100 premiers m à l’intérieur des océans. Les flèches représentent la profondeur à laquelle différentes couleurs de lumière atteignent les océans.
Que sont les phycobiliprotéines?
Les phycobiliprotéines jouent le rôle d’assistants de Chl dans les milieux aquatiques (aquatiques). Puisque la lumière a du mal à pénétrer dans les océans, les phycobiliprotéines facilitent ce travail en absorbant la lumière disponible; ils absorbent la partie verte de la lumière et la transforment en lumière rouge, qui est la couleur de lumière requise par Chl. Cependant, changer la couleur de la lumière n’est pas aussi facile qu’il y paraît. La lumière verte doit traverser différentes molécules de phycobiliprotéines, qui absorbent la lumière d’une couleur et émettent une lumière d’une autre couleur. La couleur qui est donnée est alors reprise par une deuxième phycobiliprotéine, qui la transforme en une troisième couleur.Ce processus se poursuit jusqu’à ce que la lumière émise soit rouge, qui peut finalement être absorbée par Chl. Pour que tout ce processus ait lieu, nous avons trois types différents de molécules de phycobiliprotéines disposées comme une sorte de chapeau sur la molécule Chl, comme vous pouvez le voir sur la figure 3. Ces trois types de phycobiliprotéines sont:
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(a) C-phycoérythrine (CPE), de couleur rouge rosé et responsable de l’absorption de la partie verte de la lumière du soleil.
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(b) C-phycocyanine (CPC), de couleur bleu foncé et responsable de l’absorption de la partie orange-rouge de la lumière du soleil.
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(c) Allophycocyanine (APC ), de couleur bleu clair et responsable de l’absorption de la partie rouge de la lumière du soleil.
- Figure 3 – Disposition en forme de chapeau des phycobiliprotéines et de la chlorophylle (Chl) dans les cyanobactéries.
- La lumière verte est d’abord absorbée par C -phycoérythrine qui la transmet à la C-phycocyanine (CPC). CPC transmet en outre l’énergie lumineuse à l’allophycocyanine (APC) qui la transfère à Chl pour la photosynthèse, en utilisant la lumière rouge.
Les phycobiliprotéines absorbent la lumière de différentes couleurs parce qu’elles contiennent à l’intérieur des molécules chimiques appelées bilines, qui leur donnent leurs couleurs vives. Ces bilines sont responsables de l’absorption de la lumière d’une couleur et de l’émission de la lumière d’une autre couleur, provoquant ainsi un changement de couleur de la lumière. Des instruments avancés nous ont permis d’analyser la disposition de ces molécules et protéines dans les cyanobactéries. Nous savons que les phycobiliprotéines ont la forme de disques et que les disques sont empilés les uns sur les autres pour former la structure en forme de chapeau. Une extrémité de la pile est en CPE, tandis que l’autre extrémité est en CPC. Cet assemblage rejoint le noyau, en APC. Toute cette structure est liée à Chl, qui accepte la lumière rouge émise par APC. La disposition de la structure en forme de chapeau a été illustrée à la figure 3.
Comment se déroule le transfert d’énergie lumineuse dans les phycobiliprotéines?
Le changement de couleur de la lumière du vert au rouge prend place par un processus connu sous le nom de fluorescence. Voyons ce qu’est la fluorescence. Imaginez un récipient transparent rempli d’un liquide de couleur rose qui, lorsqu’il est éclairé avec une lampe de poche, brille d’un orange vif! C’est exactement ce que fait CPE (Figure 4). Toutes les phycobiliprotéines possèdent cette propriété excitante de dégager une lumière visible d’une couleur différente de la couleur de la lumière qui les éclaire. Après que le CPE change la lumière verte en jaune-orange, la CPC prend la lumière jaune-orange et la change en rouge clair. APC prend cette lumière rouge clair et la change en une lumière rouge foncé pour Chl. Donc, maintenant nous avons la lumière verte changée en rouge, qui est la couleur de la lumière que la nature voulait absorber par Chl. L’ensemble du processus est une sorte de course de relais, où chaque participant reprend là où le précédent s’était arrêté (Figure 5). Ces phycobiliprotéines sont une partie importante des minuscules organismes microscopiques appelés cyanobactéries, qui effectuent la photosynthèse de la même manière que les plantes terrestres. La seule différence est qu’elles utilisent un ensemble différent de molécules chimiques: les cyanobactéries utilisent des phycobiliprotéines tandis que les plantes terrestres utilisent Chl.
- Figure 4 – Propriété de fluorescence de la C-phycoérythrine (CPE).
- La couleur blanche de la lumière produite par la lampe de poche est changée en lumière jaune-orange par CPE, à absorber par la C-phycocyanine.
- Figure 5 – Les phycobiliprotéines changent la couleur de la lumière du vert au rouge, afin qu’elle puisse être utilisée pour la photosynthèse.
- La lumière de couleur verte est absorbée par la C-phycoérythrine (CPE), qui change la couleur de la lumière en orange jaunâtre. La lumière orange est absorbée par la C-phycocyanine (CPC), qui la change encore en rouge clair. La couleur rouge clair est absorbée par l’allophycocyanine (APC), qui la change en couleur rouge. La couleur rouge est finalement absorbée par la chlorophylle, pour produire de la nourriture par photosynthèse.
Qu’avons-nous appris?
Ainsi, nous savons maintenant que la photosynthèse est le processus par lequel les plantes produisent leur nourriture, en utilisant Chl. Nous savons également que la quantité réduite de lumière disponible dans les océans diminue ce processus photosynthétique. La nature a développé des molécules chimiques d’aide appelées phycobiliprotéines, qui sont capables d’absorber les couleurs de la lumière disponibles dans les océans et de transformer cette lumière en une couleur que les molécules Chl peuvent utiliser. Ces phycobiliprotéines se trouvent dans de minuscules cyanobactéries invisibles à l’œil nu, dont la photosynthèse est responsable de l’alimentation des organismes vivants dans les océans et aussi de la fabrication de l’oxygène de notre atmosphère que nous respirons chaque seconde.N’est-il pas excitant que ces minuscules organismes puissent faire une telle différence dans la vie marine? À l’avenir, nous espérons mieux comprendre les fonctions des phycobiliprotéines et les rôles qu’elles peuvent jouer au profit de l’humanité.
Glossaire
Photosynthèse: un processus par lequel les plantes produire de la nourriture pour eux-mêmes et pour d’autres organismes en utilisant la lumière du soleil et le gaz carbonique.
Chlorophylle: une molécule chimique présente dans les plantes qui absorbe la lumière du soleil pour la photosynthèse.
Phycobiliprotéines: pigments colorés trouvés dans les cyanobactéries et certains autres organismes, qui aident à la photosynthèse en absorbant certaines couleurs de lumière que la chlorophylle ne peut pas absorber.
Fluorescence: La propriété de certains composés d’absorber une couleur de lumière et d’en dégager une autre. Les phycobiliprotéines utilisent cette propriété pour changer la couleur de la lumière qu’elles absorbent afin que la lumière puisse être utilisée pour la photosynthèse.
Déclaration de conflit d’intérêts
Les auteurs déclarent que la recherche a été menée dans le absence de toute relation commerciale ou financière pouvant être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.
Remerciements
Ce manuscrit a reçu le numéro d’enregistrement CSIR-CSMCRI – 114/2016. TG remercie AcSIR pour son doctorat. inscription et CSIR (CSC 0105) pour un soutien financier.
