Et team av forskere har utviklet en ny kjemisk forbindelse som hemmer fotosyntesen i planteblader: den hemmer aktiviteten til et proteinkompleks som utfører en av nøkkelreaksjonene i prosessen - nedbrytningen av vann til oksygen. Dette stoffet kan bli prototypen på ugressmidler som bekjemper ugress, samtidig som det er ufarlig for mennesker og dyr. Resultatene av studien, støttet av et stipend fra Russian Science Foundation (RNF), ble publisert i tidsskriftet Cells, rapporterer Gazeta.ru.
Fotosyntese er prosessen der planter syntetiserer organiske forbindelser fra karbondioksid og vann. Det utføres ved hjelp av to store proteinkomplekser - fotosystemer 1 og 2 (PS1 og PS2), som hver består av et reaksjonssenter, omgivende proteiner og pigmenter. Under påvirkning av sollys blir klorofyllet i reaksjonssenteret opphisset og overfører elektronene sine til andre molekyler i fotosystemet. Påfølgende elektronoverganger er ledsaget av akkumulering av høyenergimolekyler, slik som ATP, involvert i syntesen av organiske forbindelser. Mangelen på elektroner igjen fra klorofyll kompenseres ved nedbrytning av vannmolekyler - det er under denne prosessen oksygen frigjøres som et biprodukt.
Forskere fra Institute of Fundamental Biological Problems of the Russian Academy of Sciences (Pushchino) med kolleger fra Gazi University (Tyrkia) har syntetisert en ny forbindelse basert på kobber og et organisk fragment som undertrykker fotosyntese i blader. For å bestemme effekten av stoffet, isolerte forfatterne PS2-anrikede thylakoidmembraner fra blader – strukturer inne i kloroplaster – og tilsatte en løsning av den nye forbindelsen til den resulterende suspensjonen. Den hemmende effekten ble vurdert ut fra hvor mye oksygenfrigjøringen forårsaket av belysning ble redusert - for eksempel ble hastigheten redusert med 69 %. I tillegg ble effekten av stoffet studert av en rekke andre reaksjoner som karakteriserer aktiviteten til PS2: for eksempel reduserte tilsetningen av en inhibitor luminescensen av klorofyll under fotosyntesen. Samtidig endret ikke stoffets effektivitet seg med tiden, men var bare avhengig av konsentrasjonen.
En reduksjon i oksygenfrigjøring indikerte at fotosystemet fungerte mindre effektivt. Det antas at hovedmålet for det nye ugressmiddelet er reaksjonssenteret til proteinkomplekset: stoffet binder seg til PS2-kjernen og endrer strukturen. Som et resultat, ifølge forskere, ble prosessen med ladningsoverføring mellom komponentene i elektrontransportkjeden forstyrret.
Den utviklede hemmeren kan brukes til å lage et nytt ugressmiddel, som for eksempel skal brukes i kampen mot hurtigvoksende ugress som dukker opp før spiring av avlinger. Siden vannnedbrytningsreaksjonen kun utføres i plantecellen, er ugressmiddelet sannsynligvis helt trygt for mennesker og dyr.
"Vi har utviklet en blanding som effektivt vil kvitte seg med uønskede plantearter, og dermed øke avlingene betydelig. Disse dataene kan bli et grunnleggende grunnlag for utvikling av stoffer som er effektive ved lavest mulige konsentrasjoner, sier førsteforfatteren av arbeidet, Sergey Zharmukhamedov, kandidat for biologiske vitenskaper, ledende forsker ved Institutt for grunnleggende biologiske problemer i Russland. Vitenskapsakademiet.
Også forskere fra Institute of Molecular Biology and Biotechnology ved National Academy of Sciences of Azerbaijan (Baku), Institute of Plant Physiology oppkalt etter K.A. Timiryazev (Moskva), King Saud University (Saudi-Arabia) og Moscow State University oppkalt etter M.V. Lomonosov (Moskva).