PARTIE I : SYNTHÈSE
4 RÉSULTATS ET DISCUSSION
4.3 Tests de l’analogie entre l’Al et le Sc
4.3.3 Destins intra-cellulaires de l’Al et du Sc chez C reinhardtii exposée 72 h
10 à 40 % pour l’Al, selon l’efficacité du rinçage à l’EDTA (discutée dans la section suivante). Ainsi, nous avons estimé que l’Al était entre 3,4 et 5,1 fois plus internalisé que le Sc chez C.
reinhardtii dans nos conditions expérimentales. Cette différence d’internalisation pouvait être
due à un flux d’internalisation plus élevé et/ou à un efflux plus faible de l’Al par rapport au Sc. Nous avons montré que l’Al et le Sc empruntaient des transporteurs principaux différents chez
C. reinhardtii. Selon les connaissances actuelles sur l’internalisation des métaux, l’amplitude du
flux d’internalisation de l’Al et du Sc dépendrait alors d’un grand nombre de facteurs : leur spéciation en solution, leur affinité avec leur transporteur respectif, l’abondance de leurs transporteurs à la surface biologique, leur constante de vitesse d’internalisation et l’amplitude de la compétition générée par les autres cations en solution. Certains de ces facteurs ne dépendent pas directement des propriétés physico-chimiques des métaux. Il n’est donc probablement pas pertinent de considérer l’accumulation totale comme critère d’évaluation de l’analogie entre l’Al et le Sc.
4.3.3 Destins intra-cellulaires de l’Al et du Sc chez C. reinhardtii exposée 72 h
La répartition subcellulaire de l’Al et du Sc chez C. reinhardtii est présentée avec ou sans la fraction débris cellulaires dans les figures 18a et 18b respectivement. En ne considérant pas la fraction débris, la distribution relative de l’Al et du Sc dans le milieu intra-cellulaire était quasi- identique. Les pourcentages de ces deux métaux dans les différentes fractions décroissaient dans l’ordre organelles > granules > HSP et HDP. Ces proportions étaient identiques dans chaque fraction, sauf dans la fraction HSP qui contenait significativement plus d’Al que de Sc (test t, p < 0,05). En considérant la fraction débris dans laquelle l’Al se partitionnait beaucoup plus que le Sc, le pourcentage de Sc dans la fraction organelle devenait supérieur à celui de l’Al. La distinction de la distribution intra-cellulaire avec ou sans la fraction débris a été réalisée car il était incertain que le métal présent dans cette fraction soit du métal internalisé (associé au noyau) ou du métal n’ayant pas été désorbé par le rinçage à l’EDTA (associé aux membranes plasmiques et à la paroi cellulaire). En comparant la quantité de métal rincé à l’EDTA et celle associée à la fraction débris, nous avons pu affirmer que l’efficacité de désorption du Sc et de l’Al par l’EDTA était respectivement ≥ 95% et ≥ 30%. Il est justifié de suspecter que la désorption de l’Al par l’EDTA était moins efficace que celle du Sc. En effet, si les complexes inorganiques
d’Al et du Sc présentent généralement des constantes de formation similaires, ce n’est pas le cas des complexes avec l’EDTA : dans la base de donnée du NIST (46 version 8.0), la constante de stabilité du complexe ScEDTA- est ~ 106,7 fois plus élevée que celle du complexe AlEDTA- (à force ionique nulle, logK
ScEDTA = 25,66 à 20°C et logKAlEDTA = 18,96 à 25°C). A noter que dans l’article 2, nous avons par erreur rapporté la valeur de logKScEDTA à 0,1 M de force ionique (23,1) en la présentant comme la valeur à force ionique nulle. Comme mentionné dans la section 4.1, une discrimination efficace de l’Al intra- et extra-cellulaire par l’EDTA n’a jamais été rapportée dans la littérature. Il est donc très probable qu’une proportion non négligeable de l’Al retrouvé dans la fraction débris cellulaire corresponde à de l’Al extra-cellulaire, non désorbé par le rinçage à l’EDTA. Quelle que soit la nature du métal dans cette fraction, la distribution de l’Al et du Sc dans les autres fractions était maintenue dans l’ordre organelles > granules > HSP et HDP. Ainsi, nous pouvions conclure que ces deux métaux présentaient des distributions intra- cellulaires relativement semblables.
Debr is Granu les Orga nelles HSP HD P % de m étal 0.0 0.5 1.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 % Sc % Al a 4,2 58,7 18,9 8,9 76,2 32,2 0,36 0,56 0,24 0,04 * * * * Granul es Organel les HSP HDP % Sc % Al b 19,9 18,9 79,4 79,7 0,38 1,33 0,25 0,12 * *
Figure 18 : Distribution du Sc et de l’Al (en %) dans les fractions subcellulaires de C. reinhardtii après une exposition de 72 heures à chacun des deux métaux (4,5 μM) à pH 7, a) avec et b) sans la fraction des débris cellulaires. Moyennes ± écarts types (n = 5). Dans chaque fraction, la présence des symboles * indique une différence significative dans la distribution du Sc et de l’Al (test t, p < 0,05).
La distribution subcellulaire des métaux (et des cations en général) dépend de leurs affinités relatives avec les différents ligands présents dans le milieu intra-cellulaire et de l’abondance
relative de ces derniers. L’aluminium et le Sc sont tous deux des métaux de classe A. Dans le milieu intra-cellulaire, les plus forts complexes sont donc formés avec les atomes d’oxygène négativement chargés, comme ceux des groupements phosphates et carboxylates (Martin, 1992). Le positionnement de ces groupements dans les biomolécules est un facteur important à considérer. Par exemple, les groupements phosphates présents dans les molécules d’ADN ne présentent pas une affinité suffisamment élevée avec l’Al pour que cette interaction puisse être en compétition de manière significative avec l’hydrolyse de l’Al au pH physiologique (Martin, 1992). En revanche, les groupements phosphates terminaux de l’adénosine di- et tri-phosphates (ADP et ATP) peuvent former des complexes très stables avec l’Al (Kiss, 1995). En effet, Al3+ se lie à l’ATP environ 107 fois plus fortement que son contre-ion principal Mg2+ (Martin, 1986). Ainsi, nous avons suggéré que l’Al et le Sc présents en grande proportion dans la fraction organelles pouvaient être liés de façon importante à ces nucléotides (Pettersson et Bergman, 1989; Viola et al., 1980). Dans la fraction granules, deuxième par ordre d’importance dans notre étude (en ne considérant pas la fraction débris), nous avons supposé que les métaux étaient séquestrés dans des granules de polyphosphate (Komine et al., 2000; Pettersson et al., 1985; Roth et al., 1987). Les très faibles proportions en Al et en Sc retrouvées dans les fractions protéiques du cytosol (HSP et HDP) ont été quant à elles expliquées par la faible affinité de ces métaux de classe A pour les groupements amines et sulfhydryls composant les protéines. Dans la fraction débris, nous avons proposé qu’un pourcentage important des métaux pouvait être lié extra- cellulairement aux groupements phosphates de la membrane plasmique et aux groupements carboxylates de la paroi cellulaire (Horst et al., 2010; Kinraide, 1994; Rengel et Reid, 1997). Une partie des métaux de cette fraction pouvait aussi être associée à des nucléotides présents dans le noyau de la cellule (Martin, 1992).