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Submitted on 1 Jan 1984

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RELATIONS ENTRE LES CONCENTRATIONS ENCALCIUM, MAGNÉSIUM ET PHOSPHORE DANS

LES MITOCHONDRIES, LES PROPLASTES ET LESCHLOROPLASTES DU LUPIN JAUNE ET DE LA

FÉVEROLE ET LE TAUX DE CALCIUM DU MILIEUDE CULTURE

S. Chevalier, N. Paris-Pireyre

To cite this version:S. Chevalier, N. Paris-Pireyre. RELATIONS ENTRE LES CONCENTRATIONS EN CALCIUM,MAGNÉSIUM ET PHOSPHORE DANS LES MITOCHONDRIES, LES PROPLASTES ET LESCHLOROPLASTES DU LUPIN JAUNE ET DE LA FÉVEROLE ET LE TAUX DE CALCIUMDU MILIEU DE CULTURE. Journal de Physique Colloques, 1984, 45 (C2), pp.C2-507-C2-510.<10.1051/jphyscol:19842115>. <jpa-00223783>

'JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C2, supplément au n02, T o m e 45, février 1984 page C2-507

RELATIONS ENTRE LES CONCENTRATIONS EN CALCIUM, MAGNÉSIUM ET PHOSPHORE

DANS LES MITOCHONDRIES, L E S PROPLASTES E T L E S CHLOROPLASTES DU L U P I N

JAUNE E T DE L A FÉVEROLE E T L E TAUX DE C A L C I U M DU M I L I E U DE CULTURE

S. C h e v a l i e r e t N. P a r i s - P i r e y r e

Laboratoire de PhysioZogie Végétale, Université des Sciences et Techniques du Languedoc, PZace E. BataiZZon, 34060 MontpeZZier Cedex, France

Résumé : Cultivée sur un milieu très riche en calcium, 1 'espèce calcifuge fixe d a ï E X Z organites davantage de calcium que 1 'espèce calcicole et cette accu- mulation, qui se fait en partie sous forme de phosphate, entraîne la désorganisa- tion des structures internes des mitochondries et des chloroplastes due sans doute au déséquilibre du rapport Ca-Mg.

Abstract : On a medium with a high calcium content, the yellow lupine con- centrates in its organels more calcium than the horse-bean and this accumulation leads to cristae and thylakoids disorganization that is probably due to disturban- ce Ca-Mg ratio.

Lors de l'absorption du calcium, considérée en général comme passive, une phase d'adsorption pariétale qui correspond à une accumulation importante (l), (2), précède sa pénétration à l'intérieur de la cellule ( 3 ) . Que devient ensuite cet ion au sein du cytoplasme ? Il s'y trouverait en majeure partie sous forme liée, fixé sur les membranes (2). Or les mitochondries participent au transport du cal- cium dans la cellule et, capables de l'accumuler, peuvent intervenir dans la régu- lation de son taux (41, (5) ; bien qu'il s'agisse d'un phénomène passif (61, les chloroplastes fixent aussi 1 e calcium sur leurs thylakoides ( 7 ) . L 'absorption du calcium et celle du phosphore sont souvent liées, l'une stimulant l'autre, et le magnésium est nécessaire au maintien de la perméabilité et de l'intégrité membra- naires, mais i l existe un antagonisme Ca-Mg. Des dosages ponctuels de ces trois éléments dans les organites cellulaires ont permis de comparer l'évolution de leurs teneurs en fonction de doses croissantes de calcium dans le milieu de culture.

Le lupin fixe le calcium dans ses organites en quantités plus importantes que la féverole (Tab. 1 et III). Dans ses racines, des mitochondries plus petites, à matrice sombre, à crêtes plus rares et désorganisées, l'accumulent davantage que les mitochondries normales (Fig. 1) et cette accumulation aboutit parfois comme dans les feuilles à la formation de granules opaques aux électrons (Fig. 2, 3a), inclusions très différentes des précipités cristallins de catalase des péroxysomes (36). La double enveloppe mitochondriale demeure d'ail leurs le plus souvent visible; ces mitochondries sombres ne peuvent non plus être confondues avec les proplastes, plus volumineux et qui ont déjà différencié quelques thylakoides (Fig. 11, les ra- cines étant cultivées dans ce but en milieu liquide éclairé. Dans la féverole par contre, certaines mitochondries, bien que présentant une matrice plus sombre (Fig. 41, ne diffèrent pas des autres du point de vue de la fixation du calcium.

Dans les chloroplastes de Lupin, le calcium se retrouve au niveau des gra- nums en plus grandes quantités que chez la Féverole ; pourtant, les fortes teneurs en calcium du milieu (64 mM), qui n'induisent chez la Féverole qu'une légère inhi- bition du développement des lamelles plastidales, engendrent dans les organites du Lupin une réduction accentuée du système thylakoîdal, laquelle entraîne par voie de conséquence une diminution du calcium fixé (F ig . 5 et 6 ) .

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19842115

JOURNAL DE PHYSIQUE

Ca Ext = teneur en Ca du milieu, Pr = proplastes, M. cl. = Mitochondries claires, M.s. = Mitochondries sombres, M. gr. = Mitochondries avec granules.

TABLEAU 1 : Teneurs en Ca, Mg et P des proplastes et des mitochondries de Lupin et de Féverole cultivés sur les milieux à 8 et 64 mM Ca2+.

i

TABLEAU II : Rapport des concentrations en Ca, Mg et P des organites de Lupin et de Féverole cultivés sur des milieux à concentrations croissantes en calcium.

I

Ca ext

8 mM

Pr. = proplaste, M.cl. = Mitochondries cTaires, Ms = Mitochondries sombres.

Cal ciuni 1

Lupin Féverole

19401160 2300~220 74Q 29 14101120 9 8 0 ~ 17 1550~340

Organites

Pr M. cl. M. S.

La stabilité relative des teneurs en magnésium ne permet pas d'expliquer par un échange Ca-Mg ces perturbations structurales graves qui conduisent dans certains cas à la disparition presque totale des crêtes dans les mitochondries, des lamelles dans les chloroplastes ; i l parait plus vraisemblable d'attribuer la désorganisation des membranes au déséquilibre du rapport de ces deux éléments. Dans les mitochon- dries comme dans les proplastes et les chloroplastes des deux espèces, le taux de phosphore des organites augmente en même temps que le calcium externe et le calcium des organites. Les rapports d'accumulation de ces deux éléments, qui sont toujours proches, évoluent de la même manière dans les organites de Féverole ; par contre, leur croissance inégale dans le Lupin signifie que l'accumulation s'y fait en gran- de partie mais non en totalité sous forme de phosphate (Tableau II).

1

Phosphore

Lupin Féverole

1,7 2 ,9 1,5 2,2 1 , O 1 ,8

*

Organites

Pr M. cl. M. S.

J

La dualité constatée dans le fonctionnement des organites du Lupin et de la Féverole s'inscrit dans le comportement général de l'une et de l'autre espèce vis- à-vis du calcium et leur différence de statut écologique relève de ce comportement.

Magnésium Lupin Féverole

52213 79k18 68h 8 99*19 72 t l1 107a14

Phosphore Lupin Féverole

3 9 0 ~ 4 5 300137 590*48 570131 830-1 40 5 4 0 ~ 4 0

Calcium

Lupin Féverole

2,4 1,5 5 ,7 2,1 5 ,7 1,7

Magnésium

Lupin Féverole

3,1 0,7 1 , 1 0 ,8 0 ,8 0 ,6

TABLEAU III : Teneurs en Ca, Mg e t P des ch lo rop las tes de Lup in e t de Févero le c u l t i v é s s u r des m i l i e u x à concen t ra t i ons c r o i s s a n t e s en ca l c i um

Ca e x t . Ca 1 c i um Magnési um Phosphore Lup in Févero le Lup in Févero le Lup in Févero le

Ca ex t . = teneur en Ca du m i l i e u , F7 = f e u i l l e jeune, F2 = f e u i l l e de l a base.

B i b l i o g r a p h i e :

1 - LAMANT A., 1977. - Thèse Doct. E t a t Sc i . nat., U n i v e r s i t é P a r i s V I I I , 181 p.

2 - GHORBAL M.H. e t SALSAC L., 1979. - Phys io l . Vég., 17, 183-195.

3 - SALSAC L., 1973. - Phys io l . Vég., iJ, 95-119.

4 - CHEN C.H. e t LEHNINGER A., 1973. - Arch. Biochem. Biophys., 157, 183-186.

5 - BYGRAVE F.L., 1978. - B i o l . Rev., 53, 43-79.

6 - GROUZIS J.P., 1979. - Thèse Doct. E ta t , U n i v e r s i t é des Sciences e t Techniques du Languedoc, M o n t p e l l i e r . 127 p.

7 - CHEVALIER S. e t PARIS N., 1981. - Phys io l . Vég., p, 23-31.

Légende des f i g u r e s :

Fig . 1 : Les deux so r tes de mi tochondr ies e t Tes p rop las tes dans l a r a c i n e du Lup in c u l t i v é su r un m i l i e u renfermant 64 mM ~ a 2 + ( m i l i e u l i q u i d e é c l a i r é ) .

F ig . 2 : Mi tochondr ies avec granu les dans l a r a c i n e de Lup in c u l t i v é en présence de 64 mM Ca2+.

F ig . 3a: Mi tochondr ies avec granu les de l a f e u i l l e de Lup in c u l t i v é en présence de 64 mM ~ a 2 + .

3b: Peroxysome.

F ig . 4 : Mi tochondr ies e t p rop las tes dans l a r a c i n e de Févero le c u l t i v é e en présen- ce de 64 mM ~ a 2 + en m i l i e u l i q u i d e é c l a i r é .

2+ Fig . 5 : Ch lo rop las te de Févero le s u r l e m i l i e u à 64 mM Ca . Fig . 6 : Ch lo rop las te de Lup in s u r l e m i l i e u à 64 mM ca2+.

g = g ranu le ; mn = m i tochond r i e normale ; ms = m i tochond r i e sombre ; n = noyau ; p r = p r o p l a s t e ; t h = thy lakoïde.

C2-510 JOURNAL DE PHYSIQUE

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