Et team af videnskabsmænd har udviklet en ny kemisk forbindelse, der hæmmer fotosyntesen i planteblade: den hæmmer aktiviteten af et proteinkompleks, der udfører en af processens nøglereaktioner - nedbrydningen af vand til ilt. Dette stof kan blive prototypen på herbicider, der bekæmper ukrudt, samtidig med at det er uskadeligt for mennesker og dyr. Resultaterne af undersøgelsen, støttet af et tilskud fra Russian Science Foundation (RNF), blev offentliggjort i tidsskriftet Cells, rapporter Gazeta.ru.
Fotosyntese er den proces, hvorved planter syntetiserer organiske forbindelser fra kuldioxid og vand. Det udføres ved hjælp af to store proteinkomplekser - fotosystem 1 og 2 (PS1 og PS2), som hver består af et reaktionscenter, omgivende proteiner og pigmenter. Under påvirkning af sollys bliver klorofylet i reaktionscentret ophidset og overfører dets elektroner til andre molekyler i fotosystemet. Efterfølgende elektronovergange ledsages af akkumulering af højenergimolekyler, såsom ATP, involveret i syntesen af organiske forbindelser. Manglen på elektroner tilbage fra klorofyl kompenseres ved nedbrydning af vandmolekyler - det er under denne proces, at ilt frigives som et biprodukt.
Forskere fra Institute of Fundamental Biological Problems of the Russian Academy of Sciences (Pushchino) har sammen med kolleger fra Gazi University (Tyrkiet) syntetiseret en ny forbindelse baseret på kobber og et organisk fragment, der undertrykker fotosyntese i blade. For at bestemme virkningen af stoffet isolerede forfatterne PS2-berigede thylakoidmembraner fra blade - strukturer inde i kloroplaster - og tilføjede en opløsning af den nye forbindelse til den resulterende suspension. Den hæmmende effekt blev vurderet ud fra, hvor meget iltfrigivelsen forårsaget af belysning blev reduceret - for eksempel blev dens hastighed reduceret med 69%. Desuden blev virkningen af stoffet undersøgt af en række andre reaktioner, der karakteriserer aktiviteten af PS2: For eksempel reducerede tilsætningen af en inhibitor klorofylets luminescens under fotosyntesen. Samtidig ændrede lægemidlets effektivitet sig ikke med tiden, men afhang kun af dets koncentration.
Et fald i iltfrigivelse indikerede, at fotosystemet fungerede mindre effektivt. Det antages, at hovedmålet for det nye herbicid er proteinkompleksets reaktionscenter: Stoffet binder sig til PS2-kernen og ændrer dets struktur. Som et resultat, ifølge videnskabsmænd, blev processen med ladningsoverførsel mellem komponenterne i elektrontransportkæden forstyrret.
Den udviklede hæmmer kan bruges i skabelsen af et nyt herbicid, som for eksempel skal bruges i kampen mod hurtigtvoksende ukrudt, der opstår før afgrødernes spiring. Da vandnedbrydningsreaktionen kun udføres i plantecellen, er herbicidet sandsynligvis helt sikkert for mennesker og dyr.
”Vi har udviklet en forbindelse, der effektivt vil slippe af med uønskede plantearter og dermed øge afgrødeudbyttet markant. Disse data kan blive et grundlæggende grundlag for udviklingen af stoffer, der er effektive ved de lavest mulige koncentrationer,” siger førsteforfatteren til værket, Sergey Zharmukhamedov, kandidat for biologiske videnskaber, ledende forsker ved Instituttet for Grundlæggende Biologiske Problemer i den russiske Videnskabernes Akademi.
Også forskere fra Institute of Molecular Biology and Biotechnology ved National Academy of Sciences of Azerbaijan (Baku), Institute of Plant Physiology opkaldt efter K.A. Timiryazev (Moskva), King Saud University (Saudi-Arabien) og Moscow State University opkaldt efter M.V. Lomonosov (Moskva).