O echipă de oameni de știință a dezvoltat un nou compus chimic care inhibă fotosinteza în frunzele plantelor: inhibă activitatea unui complex proteic care desfășoară una dintre reacțiile cheie ale procesului - descompunerea apei în oxigen. Această substanță poate deveni prototipul erbicidelor care luptă împotriva buruienilor, în timp ce este inofensivă pentru oameni și animale. Rezultatele studiului, susținut de un grant de la Fundația Rusă pentru Știință (RNF), au fost publicate în revista Cells, relatează Gazeta.ru.
Fotosinteza este procesul prin care plantele sintetizează compuși organici din dioxid de carbon și apă. Se realizează cu ajutorul a două complexe mari de proteine - fotosistemele 1 și 2 (PS1 și PS2), fiecare dintre ele constând dintr-un centru de reacție, proteine și pigmenți din jur. Sub acțiunea luminii solare, clorofila din centrul de reacție devine excitată și își transferă electronii către alte molecule din fotosistem. Tranzițiile ulterioare de electroni sunt însoțite de acumularea de molecule de înaltă energie, precum ATP, implicate în sinteza compușilor organici. Lipsa de electroni lăsați din clorofilă este compensată de descompunerea moleculelor de apă - în timpul acestui proces oxigenul este eliberat ca produs secundar.
Oamenii de știință de la Institutul de Probleme Biologice Fundamentale al Academiei Ruse de Științe (Pushchino) împreună cu colegii de la Universitatea Gazi (Turcia) au sintetizat un nou compus pe bază de cupru și un fragment organic care suprimă fotosinteza în frunze. Pentru a determina efectul substanței, autorii au izolat membranele tilacoide îmbogățite cu PS2 din frunze - structuri din interiorul cloroplastelor - și au adăugat o soluție a noului compus la suspensia rezultată. Efectul inhibitor a fost evaluat prin cât de mult a fost redusă eliberarea de oxigen cauzată de iluminare - de exemplu, rata sa a fost redusă cu 69%. În plus, efectul substanței a fost studiat de o serie de alte reacții care caracterizează activitatea PS2: de exemplu, adăugarea unui inhibitor a redus luminescența clorofilei în timpul fotosintezei. În același timp, eficacitatea medicamentului nu s-a schimbat în timp, ci depinde doar de concentrația sa.
O scădere a eliberării de oxigen a indicat că fotosistemul a funcționat mai puțin eficient. Se presupune că ținta principală a noului erbicid este centrul de reacție al complexului proteic: substanța se leagă de miezul PS2 și își schimbă structura. Drept urmare, conform oamenilor de știință, procesul de transfer de sarcină între componentele lanțului de transport de electroni a fost întrerupt.
Inhibitorul dezvoltat poate fi utilizat la crearea unui nou erbicid, care va fi folosit, de exemplu, în lupta împotriva buruienilor cu creștere rapidă care apar înainte de germinarea culturilor. Deoarece reacția de descompunere a apei se efectuează numai în celula plantei, erbicidul este probabil să fie complet sigur pentru oameni și animale.
„Am dezvoltat un compus care va scăpa eficient de speciile de plante nedorite, crescând astfel în mod semnificativ randamentul culturilor. Aceste date pot deveni o bază fundamentală pentru dezvoltarea substanțelor care sunt eficiente la cele mai scăzute concentrații posibile”, spune primul autor al lucrării, Sergey Zharmukhamedov, candidat la științe biologice, cercetător principal la Institutul de Probleme Biologice Fundamentale al Rusiei. Academia de Științe.
De asemenea, oamenii de știință de la Institutul de Biologie Moleculară și Biotehnologie al Academiei Naționale de Științe din Azerbaidjan (Baku), Institutul de Fiziologie a Plantelor, numit după K.A. Timiryazev (Moscova), Universitatea King Saud (Arabia Saudită) și Universitatea de Stat din Moscova numite după M.V. Lomonosov (Moscova).