Protéine/enzyme la plus abondante dans la biosphère ?

[Geb]

Bonjour,

Une phrase extrêmement répandue dans la littérature scientifique affirme que la RuBisCO serait la protéine la plus abondante dans la biosphère, sachant que le terme plus restrictif d’enzyme la plus abondante est parfois employé.

En 1981, le chercheur suisse Jean-David Rochaix (né c. 1945) attribuait cette phrase au biologiste moléculaire chinois Shain-dow Kung (1931-2020) :

- Organization, function and expression of the chloroplast DNA of Chlamydomonas reinhardii (Rochaix, 1981)

The enzyme which catalyzes this step is the ribulose bisphosphate carboxylase, thought to be the most abundant enzyme on earth (Kung, 1976).

Et effectivement, après une courte recherche dans Google scholar, cette idée que la ribulose bisphophate carboxylase serait « la protéine la plus abondante dans la nature », semble bien dater de cet article dans Science du 6 février 1976 :

- Tobacco Fraction 1 Protein: A Unique Genetic Marker (Kung, 1976)

Fraction 1 protein, comprising more than 50 percent of the soluble leaf protein, is the most abundant protein in nature and can be easily identified in aqueous extracts of leaves by its sedimentation coefficient (2).

Malgré tout, je me demande s’il est encore cohérent d’écrire ça aujourd’hui, surtout depuis la découverte de la "biosphère profonde", qui constituerait une part significative de la biomasse terrestre.

Qu’en pensez-vous ?

Cordialement.
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[Geb]

Après y avoir consacré un peu plus de temps, j’ai trouvé plusieurs autres occurrences un peu plus anciennes que l’article de Science du 6 février 1976.

D’abord, un article de Nature co-écrit par le même Shain-dow Kung et publié dès le 29 janvier 1976 :

- Regulation of RuDP carboxylase/oxygenase activity and its relationship to plant photorespiration (Kung & Marsho, 1976)

Ribulose 1,5-diphosphate carboxylase/ oxygenase (fraction 1 protein), the most abundant protein in nature, is a key photosynthetic enzyme catalysing the addition of CO2 to ribulose 1,5-diphosphate (RuDP) to form two molecules of phosphoglyceric acid (PGA).

Mais aussi un article de R. John Ellis publié en 1975 :

- The Synthesis of Chloroplast Membranes in Pisum sativum (Ellis, 1975)

Fraction I protein can represent up to 50% of the total soluble protein in leaf extracts, which makes it the most abundant plant protein, and possibly the most abundant protein in nature.

Un article publié la même année par Wildman et collaborateurs :

- Evolution of ferredoxin and fraction I protein in the genus Nicotiana (Wildman et al., 1975)

Fraction I protein is the most abundant protein in the world. It is found in all organisms containing chlorophyll a, including the pro caryotic blue-green algae.

Un autre article publié en juin 1974 par Shiu Yuen Kwok et S. G. Wildman :

- Evolutionary divergence in the two kinds of subunits of ribulose diphosphate carboxylase isolated from different species of Nicotiana (Kwok & Wildman, 1974)

Ribulose diphosphate carboxylase (RuDPCase, EC 4, 1, t, 39) is the enzyme contained within chloroplasts which catalyzes the primary fixation of CO₂ during photosynthesis and is probably the most abundant protein in the world.

Du coup, l’auteur originel de cette assertion serait probablement Samuel Goodnow Wildman (1912-2004), dès juin 1974. Mais la question demeure : est-elle toujours valable aujourd’hui, dans l’état actuel de nos connaissances ?

Cordialement.

[MissJenny]

A priori ça ne paraît pas aberrant de supposer que la protéine la plus abondante est une protéine de plante, vu que les plantes représentent 80% de la biomasse totale. Un autre bon candidat à mon avis est le collagène. Il y en a dans tous les animaux et les champignons, et les animaux ont un contenu en protéines supérieur à celui des plantes, c'est bien connu.

[Geb]

Bonsoir,

Je te remercie d’avoir partagé ton point de vue.

A priori ça ne paraît pas aberrant de supposer que la protéine la plus abondante est une protéine de plante, vu que les plantes représentent 80% de la biomasse totale.

Surtout ne le prends pas mal, mais je trouve ça amusant que tu corrobores une affirmation péremptoire ("la RuBisCO est la protéine la plus abondante dans la biosphère") par une autre affirmation péremptoire (les plantes représentent 80% de la biomasse totale).

Par curiosité, as-tu une source, présentant un raisonnement argumenté, susceptible de corroborer ces 80% ? C'est juste pour savoir si les sources que tu as en tête prennent en compte les données sur la fameuse "biosphère profonde".

Cordialement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[MissJenny]

une affirmation n'est-elle pas toujours un peu péremptoire?

ici une page qui illustre la répartition de la biomasse mondiale : https://planet-vie.ens.fr/thematique...asse-sur-terre

et ici un article récent sur le rubisco : https://www.pnas.org/content/116/10/4738.abstract

[Geb]

Bonsoir,

La source mentionnée en référence n° 1 est la suivante :

- The biomass distribution on Earth (Bar-On et al., 2018)

On a effectivement une estimation de ~450 gigatonnes de carbone pour les plantes, avec une biomasse totale estimée pour la biosphère dans son ensemble de ~550 gigatonnes (soit ~82%).

Or, si on prend le temps de lire leur méthodologie, on comprend que leur source de base pour la végétation sur les continents (Erb et al., 2017), principalement représentée par les forêts, estime qu’elle stocke entre 380 et 536 gigatonnes de carbone. Il y a donc une incertitude significative, mais qui donne la même importance relative de 81,72 ± 2,55%.

Par contre, en ce qui concerne la biosphère profonde, cette publication semble confirmer une partie de mes doutes :

Beyond specific taxa, there are entire environments for which our knowledge is very limited, namely, the deep subsurface environments such as deep aquifers and the ocean’s crust, which might hold the world largest aquifer (38). Studies in these environments are scarce, meaning that our estimates have particularly high uncertainty ranges and unknown systematic biases. Main gaps in our knowledge of these environments pertain to the distribution of biomass between the aquifer fluids and the surrounding rocks and the distribution of biomass between different microbial taxa, such as bacteria, archaea, protists, and fungi.

Ce qui veut dire, comme je le craignais, que depuis les premières estimations quelque peu argumentées de l’importance de la biosphère profonde en terme de biomasse, a priori depuis la fin des années 1990, il convient d’être encore plus prudent avec ce genre d’estimations de la biomasse totale.

Cette incertitude sur la contribution de la biosphère profonde est très bien traduite dans le tableau 1 de Bar-On et al. (2018), qui récapitule les estimations de biomasse entre les différents groupes taxonomiques, où la biomasse des bactéries serait connue a un facteur 10 près et celles des archées à un facteur 13 près en terme d’incertitude.

En retournant à la méthodologie, il y a trois sources évidentes d’incertitude :

- le nombre totale de cellules vivantes dans la biosphère profonde, qui oscille entre 3×10²⁹ (Kallmeyer et al., 2012) et 3×10³⁰ cellules (Whitman et al., 1998), même si l’estimation de Whitman et collaborateurs est en réalité comprise entre 3,8 et 6×10³⁰ cellules,

- le volume moyen par cellule, qui oscille entre 0,0625 μm³ (Lipp et al. 2008, ; basée sur une cellule sphérique de 0,5 μm de diamètre appuyée par des données de Biddle et al., 2006) et 0,2 μm³ (Parkes et al., 1994, 2014),

- la densité moyenne de carbone par cellule, par deux méthodes différentes qui combiné au volume donnent des résultats oscillant entre 14 femtogrammes (Kallmeyer et al., 2012) et 86 femtogrammes (Whitman et al., 1998) de carbone par cellule.

Le choix de Bar-On et al. (2018) s’est arrêté sur 4×10²⁹ cellules et 24 femtogrammes de carbone par cellule.

les animaux ont un contenu en protéines supérieur à celui des plantes, c'est bien connu.

Effectivement, toujours dans la méthodologie de Bar-On et al. (2018), on estime que 30% de la biomasse végétale constitue des "tissus végétaux métaboliquement actifs" (par exemple des feuilles).

Cordialement.