Екип от учени е разработил ново химическо съединение, което инхибира фотосинтезата в листата на растенията: то инхибира активността на протеинов комплекс, който извършва една от ключовите реакции на процеса - разграждането на водата до кислород. Това вещество може да се превърне в прототип на хербициди, които се борят с плевелите, докато е безвредно за хората и животните. Резултатите от изследването, подкрепено с безвъзмездна помощ от Руската научна фондация (RNF), са публикувани в списанието Cells, съобщава Газета.ру.
Фотосинтезата е процесът, при който растенията синтезират органични съединения от въглероден диоксид и вода. Осъществява се с помощта на два големи протеинови комплекса - фотосистеми 1 и 2 (PS1 и PS2), всяка от които се състои от реакционен център, околни протеини и пигменти. Под действието на слънчевата светлина хлорофилът в реакционния център се възбужда и прехвърля своите електрони към други молекули във фотосистемата. Последващите електронни преходи са придружени от натрупване на високоенергийни молекули, като АТФ, участващи в синтеза на органични съединения. Липсата на електрони, останали от хлорофила, се компенсира от разграждането на водните молекули - по време на този процес кислородът се освобождава като страничен продукт.
Учени от Института по фундаментални биологични проблеми на Руската академия на науките (Пущино) с колеги от университета Гази (Турция) са синтезирали ново съединение на базата на мед и органичен фрагмент, което потиска фотосинтезата в листата. За да определят ефекта на веществото, авторите изолират обогатени с PS2 тилакоидни мембрани от листа - структури в хлоропластите - и добавят разтвор на новото съединение към получената суспензия. Инхибиторният ефект се оценява по това колко е намалено освобождаването на кислород, причинено от осветяване - например, скоростта му е намалена с 69%. В допълнение, ефектът на веществото е изследван чрез редица други реакции, характеризиращи активността на PS2: например добавянето на инхибитор намалява луминесценцията на хлорофила по време на фотосинтеза. В същото време ефективността на лекарството не се променя с времето, а зависи само от концентрацията му.
Намаляването на освобождаването на кислород показва, че фотосистемата работи по-малко ефективно. Предполага се, че основната цел на новия хербицид е реакционният център на протеиновия комплекс: веществото се свързва с ядрото на PS2 и променя структурата му. В резултат, според учените, процесът на пренос на заряда между компонентите на веригата за пренос на електрони е нарушен.
Разработеният инхибитор може да се използва при създаването на нов хербицид, който ще се използва например в борбата срещу бързорастящите плевели, които се появяват преди поникването на културите. Тъй като реакцията на разлагане на водата се извършва само в растителната клетка, хербицидът вероятно е напълно безопасен за хора и животни.
„Разработихме съединение, което ефективно ще се отърве от нежелани растителни видове, като по този начин значително ще увеличи добивите. Тези данни могат да станат фундаментална основа за разработването на вещества, които са ефективни при възможно най-ниски концентрации“, казва първият автор на работата Сергей Жармухамедов, кандидат на биологичните науки, водещ изследовател в Института по фундаментални биологични проблеми на Русия. академия на науките.
Също така учени от Института по молекулярна биология и биотехнология на Националната академия на науките на Азербайджан (Баку), Института по физиология на растенията на името на К.А. Тимирязев (Москва), Университета на крал Сауд (Саудитска Арабия) и Московския държавен университет на името на М.В. Ломоносов (Москва).