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In photosynthetic organisms, ferredoxin:NADP oxidoreductase (FNR) provides NADPH for CO2 assimilation, but it also utilizes NADPH to provide reduced ferredoxin (Fd). The cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC6803 contains two FNR isoforms, a small (FNRS, 34 kDa) and a large one (FNRL, 46 kDa) that is associated with the phycobilisome (PBS), a light-harvesting complex. We purified a PBS subcomplex comprising FNRL (FNRL-PC) and compared the enzymatic properties of FNRL-PC to FNRS. FNRL-PC exhibits an increased NADPH affinity, and a decreased Fd affinity in agreement with its predicted lower activity of Fd reduction. FNRL-PC shows also a decrease in the rate of single electron transfer (ET) from Fdred. Most of the obtained differences are attributed to steric hindrance by the phycocyanin moiety of FNRL-PC. Both isoforms seem to catalyze the NADP+ reduction under multiple turnover conditions to the same extent and we obtained evidence that, under our high ionic strength conditions, ET from Fdred is rate limiting. During in vivo studies, we presented evidence supporting an increase of NADPH oxidation by respiratory or cyclic ET in a mutant lacking FNRL and a similar behavior was observed for the wild type under low CO2. The measurements clearly showed that FNRS is implicated in this alternative ET and we propose that FNRS attaches to NDH-1 acting as the dehydrogenase module. FNR localization and/or substrate availability seem to be essential so that FNR isoforms perform their respective roles in vivo. Future studies should result in a more complete in vivo view and clarify the important issue of the NADPH-dependent ET into the PQ pool that seems to be enhanced in the absence of FNRL., Dans les organismes photosynthétiques, la ferrédoxine:NADP oxydoréductase (FNR) fournit le NADPH nécessaire à l'assimilation du CO2, mais elle réduit aussi la ferrédoxine (Fd) à partir du NADPH. La cyanobactérie Synechocystis sp. PCC6803 contient deux isoformes de FNR : une forme courte (FNRS, 34 kDa) et une forme longue (FNRL, 46 kDa) qui est liée au phycobilisome (PBS), un complexe collecteur de lumière. Nous avons purifié un sous-complexe du PBS qui contient la FNRL (FNRL-PC) et comparé les propriétés enzymatiques de FNRL-PC à FNRS. Par rapport à FNRS, FNRL-PC présente des affinités plus faible/forte pour le NADPH/la Fd, conformément aux prédictions des activités relatives des deux isoformes. La plupart des différences observées sont attribuées à l'encombrement stérique amené par la phycocyanine dans FNRL-PC. En conditions de turnover multiple, les deux isoformes catalysent de la même manière la réduction de NADP+ et de plus le transfert d'électrons (TE) depuis Fdred est limitant à force ionique élevée. Lors d'études in vivo, nous avons observé une augmentation de l'oxydation du NADPH par TE respiratoire ou cyclique chez un mutant ne contenant que la FNRS et chez le type sauvage à faible CO2. Les mesures ont montré clairement que FNRS est impliqué dans ce TE alternative et nous proposons que FNRS constitue le module déshydrogénase de NDH-1. La localisation de la FNR et/ou la présence de substrats semblent être essentiels dans les rôles respectifs des isoformes de FNR in vivo. Des études futures devraient nous donner une vue plus complète des processus de TE in vivo et clarifier le rôle du TE dépendant du NADPH et favorisé par FNRS dans la réduction du pool de PQ.

In photosynthetic organisms, ferredoxin:NADP oxidoreductase (FNR) provides NADPH for CO2 assimilation, but it also utilizes NADPH to provide reduced ferredoxin (Fd). The cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC6803 contains two FNR isoforms, a small (FNRS, 34 kDa) and a large one (FNRL, 46 kDa) that is associated with the phycobilisome (PBS), a light-harvesting complex. We purified a PBS subcomplex comprising FNRL (FNRL-PC) and compared the enzymatic properties of FNRL-PC to FNRS. FNRL-PC exhibits an increased NADPH affinity, and a decreased Fd affinity in agreement with its predicted lower activity of Fd reduction. FNRL-PC shows also a decrease in the rate of single electron transfer (ET) from Fdred. Most of the obtained differences are attributed to steric hindrance by the phycocyanin moiety of FNRL-PC. Both isoforms seem to catalyze the NADP+ reduction under multiple turnover conditions to the same extent and we obtained evidence that, under our high ionic strength conditions, ET from Fdred is rate limiting. During in vivo studies, we presented evidence supporting an increase of NADPH oxidation by respiratory or cyclic ET in a mutant lacking FNRL and a similar behavior was observed for the wild type under low CO2. The measurements clearly showed that FNRS is implicated in this alternative ET and we propose that FNRS attaches to NDH-1 acting as the dehydrogenase module. FNR localization and/or substrate availability seem to be essential so that FNR isoforms perform their respective roles in vivo. Future studies should result in a more complete in vivo view and clarify the important issue of the NADPH-dependent ET into the PQ pool that seems to be enhanced in the absence of FNRL.; Dans les organismes photosynthétiques, la ferrédoxine:NADP oxydoréductase (FNR) fournit le NADPH nécessaire à l'assimilation du CO2, mais elle réduit aussi la ferrédoxine (Fd) à partir du NADPH. La cyanobactérie Synechocystis sp. PCC6803 contient deux isoformes de FNR : une forme courte (FNRS, 34 kDa) et une forme longue (FNRL, 46 kDa) qui est liée au phycobilisome (PBS), un complexe collecteur de lumière. Nous avons purifié un sous-complexe du PBS qui contient la FNRL (FNRL-PC) et comparé les propriétés enzymatiques de FNRL-PC à FNRS. Par rapport à FNRS, FNRL-PC présente des affinités plus faible/forte pour le NADPH/la Fd, conformément aux prédictions des activités relatives des deux isoformes. La plupart des différences observées sont attribuées à l'encombrement stérique amené par la phycocyanine dans FNRL-PC. En conditions de turnover multiple, les deux isoformes catalysent de la même manière la réduction de NADP+ et de plus le transfert d'électrons (TE) depuis Fdred est limitant à force ionique élevée. Lors d'études in vivo, nous avons observé une augmentation de l'oxydation du NADPH par TE respiratoire ou cyclique chez un mutant ne contenant que la FNRS et chez le type sauvage à faible CO2. Les mesures ont montré clairement que FNRS est impliqué dans ce TE alternative et nous proposons que FNRS constitue le module déshydrogénase de NDH-1. La localisation de la FNR et/ou la présence de substrats semblent être essentiels dans les rôles respectifs des isoformes de FNR in vivo. Des études futures devraient nous donner une vue plus complète des processus de TE in vivo et clarifier le rôle du TE dépendant du NADPH et favorisé par FNRS dans la réduction du pool de PQ