Ett team av forskare har utvecklat en ny kemisk förening som hämmar fotosyntesen i växtblad: den hämmar aktiviteten hos ett proteinkomplex som utför en av processens nyckelreaktioner - nedbrytningen av vatten till syre. Detta ämne kan bli prototypen på ogräsmedel som bekämpar ogräs, samtidigt som det är ofarligt för människor och djur. Resultaten av studien, med stöd av ett anslag från Russian Science Foundation (RNF), publicerades i tidskriften Cells, rapporterar Gazeta.ru.
Fotosyntes är den process genom vilken växter syntetiserar organiska föreningar från koldioxid och vatten. Det utförs med hjälp av två stora proteinkomplex - fotosystem 1 och 2 (PS1 och PS2), som vart och ett består av ett reaktionscentrum, omgivande proteiner och pigment. Under inverkan av solljus blir klorofyllet i reaktionscentret exciterat och överför sina elektroner till andra molekyler i fotosystemet. Efterföljande elektronövergångar åtföljs av ackumulering av högenergimolekyler, såsom ATP, involverade i syntesen av organiska föreningar. Bristen på elektroner kvar från klorofyll kompenseras av nedbrytningen av vattenmolekyler - det är under denna process som syre frigörs som en biprodukt.
Forskare från Institute of Fundamental Biological Problems of the Russian Academy of Sciences (Pushchino) med kollegor från Gazi University (Turkiet) har syntetiserat en ny förening baserad på koppar och ett organiskt fragment som undertrycker fotosyntes i löv. För att bestämma effekten av ämnet, isolerade författarna PS2-berikade tylakoidmembran från löv - strukturer inuti kloroplaster - och tillsatte en lösning av den nya föreningen till den resulterande suspensionen. Den hämmande effekten bedömdes av hur mycket syrefrisättningen orsakad av belysning minskade - till exempel minskades dess hastighet med 69%. Dessutom studerades effekten av ämnet av ett antal andra reaktioner som kännetecknar aktiviteten av PS2: till exempel minskade tillsatsen av en inhibitor klorofyllets luminescens under fotosyntesen. Samtidigt förändrades inte läkemedlets effektivitet med tiden, utan berodde bara på dess koncentration.
En minskning av syrefrisättningen indikerade att fotosystemet fungerade mindre effektivt. Det antas att huvudmålet för den nya herbiciden är proteinkomplexets reaktionscentrum: ämnet binder till PS2-kärnan och ändrar dess struktur. Som ett resultat, enligt forskare, stördes processen för laddningsöverföring mellan komponenterna i elektrontransportkedjan.
Den utvecklade inhibitorn kan användas vid skapandet av en ny herbicid, som kommer att användas till exempel i kampen mot snabbväxande ogräs som dyker upp innan grödor gror. Eftersom vattennedbrytningsreaktionen endast utförs i växtcellen, är herbiciden sannolikt helt säker för människor och djur.
"Vi har utvecklat en förening som effektivt kommer att bli av med oönskade växtarter och därmed avsevärt öka skördarna. Dessa data kan bli en grundläggande bas för utvecklingen av ämnen som är effektiva vid lägsta möjliga koncentrationer, säger den första författaren till arbetet, Sergey Zharmukhamedov, kandidat för biologiska vetenskaper, ledande forskare vid Institutet för grundläggande biologiska problem i Ryssland. Vetenskapsakademin.
Även forskare från Institutet för molekylärbiologi och bioteknik vid National Academy of Sciences of Azerbajdzjan (Baku), Institutet för växtfysiologi uppkallad efter K.A. Timiryazev (Moskva), King Saud University (Saudiarabien) och Moscow State University uppkallade efter M.V. Lomonosov (Moskva).