Phytochélatine
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Les phytochélatines (PCs) sont (comme les métallothionéines (MT) et certains acides organiques) des agents de chélation naturels, c'est-à-dire capables de fixer les métaux et métalloïdes. Les phytochélatines sont responsables de la tolérance des plantes aux ions métalliques notamment au cadmium (Cd2+), ainsi que de certaines algues ou bactéries photosynthétiques présentes dans le plancton ou dans certains biofilms[1].
Elles participent à l'autoépuration des milieux (phytoépuration en particulier), à la séquestration géologique de métaux, mais aussi aux phénomènes de bioturbation et de bioconcentration de métaux et radionucléides dans le réseau trophique et la chaîne alimentaire.
Les phytochélatines ont été isolées pour la première fois en 1985 à partir de cellules des cultures en suspension.
Biochimiquement parlant, les phytochélatines sont des polypeptides. Leur poids moléculaire est compris entre 1,5 et 4 kDa et leur chaîne principale possède une répétition du dipeptide γ-Glu-Cys suivi par le terminal Gly donc, la structure de base des phytochélatines est (γ-Glu-Cys)n-Gly où n varie entre deux et onze.
Synthèse des phytochélatines
Elle est réalisée à partir d’une enzyme, la gamma-glutamylcystéine dipeptidyl transpeptidase, communément appelée la phytochélatine synthase (PCS, identifiée et caractérisée pour la première fois en 1999).
Cette enzyme utilise le glutathion (GSH), qui fournit des groupements γ-Glu-Cys-Gly, afin de synthétiser la phytochélatine.
En résumé, cette synthèse peut être décrite comme :
PCS
γ-Glu-Cys-Gly + (γ-Glu-Cys)n-Gly ─────▷ (γ-Glu-Cys)n+1-Gly + Gly
(GSH) (phytochélatine)
Une quantité importante d’ions métalliques change la conformation de la PCS en une conformation la rendant active.
L’expression de cette enzyme est régulée selon la toxicité métallique du milieu auquel l’organisme est exposé (ici, il s'agit de phytotoxicité).
Les métaux qui induisent la synthèse de phytochélatines sont des métaux lourds tels que Cd, Ag, Pb, As, Cu.
La reconnaissance d’ions métalliques se fait dans la partie C-terminale des phytochélatines alors que la partie N-terminale agit comme un domaine catalytique.
La chélation se fait à partir de liaisons formées entre les unités sulfure de la cystéine et l’ion métallique comme nous l'indique la figure 1.
La phytochélatine (PC) possède des domaines de reconnaissances qui sont reconnus par les vacuoles d’une cellule. Ainsi, le complexe PC-Ion métallique est capté et transporté dans la vacuole par le biais d’un transport actif utilisant un transporteur spécifique aux phytochélatines et l’ATP. Dans la vacuole, les phytochélatines sont dégradées en acides aminés et les ions métalliques sont alors fixés par liaison à des acides organiques.
Ainsi, en empêchant l’excès d’ions métalliques à circuler librement dans le cytoplasme par formation de complexes avec ces derniers et en s’engageant à leur séquestration vacuolaire, les phytochélatines participent à la tolérance aux ions métalliques, qui peut être élevée pour certaines plantes dites métallophytes (certaines fougères, Armeria maritima haleeri pour le plomb par ex).
Techniques analytiques
Plusieurs techniques analytiques permettent la détermination des phytochélatines (Cf. tableau ci-dessous). Le choix de la méthode varie selon la « matrice ».
La technique analytique la plus sensible pour détecter les phytochélatines dans les phytoplanctons des eaux naturelles est celle de HPLC couplée d'un détecteur de fluorescence dont la limite de détection est de l’ordre de pM.
