Tým vědců vyvinul novou chemickou sloučeninu, která inhibuje fotosyntézu v listech rostlin: inhibuje aktivitu proteinového komplexu, který provádí jednu z klíčových reakcí procesu – rozklad vody na kyslík. Tato látka se může stát prototypem herbicidů, které bojují s plevelem, přitom je neškodná pro lidi i zvířata. Výsledky studie podpořené grantem Ruské vědecké nadace (RNF) byly zveřejněny v časopise Cells, uvádí "Gazeta.ru".
Fotosyntéza je proces, při kterém rostliny syntetizují organické sloučeniny z oxidu uhličitého a vody. Provádí se pomocí dvou velkých proteinových komplexů - fotosystémů 1 a 2 (PS1 a PS2), z nichž každý se skládá z reakčního centra, okolních proteinů a pigmentů. Působením slunečního světla se chlorofyl v reakčním centru excituje a přenáší své elektrony na jiné molekuly ve fotosystému. Následné elektronové přechody jsou doprovázeny akumulací vysokoenergetických molekul, jako je ATP, které se podílejí na syntéze organických sloučenin. Nedostatek elektronů zbylých z chlorofylu je kompenzován rozkladem molekul vody – právě při tomto procesu se jako vedlejší produkt uvolňuje kyslík.
Vědci z Institutu základních biologických problémů Ruské akademie věd (Puščino) s kolegy z Gazi University (Turecko) syntetizovali novou sloučeninu na bázi mědi a organického fragmentu, který potlačuje fotosyntézu v listech. K určení účinku látky autoři izolovali z listů tylakoidní membrány obohacené PS2 – struktury uvnitř chloroplastů – a do výsledné suspenze přidali roztok nové sloučeniny. Inhibiční účinek byl hodnocen podle toho, jak moc se snížilo uvolňování kyslíku způsobené osvětlením – například jeho rychlost byla snížena o 69 %. Kromě toho byl účinek látky studován řadou dalších reakcí charakterizujících aktivitu PS2: například přidání inhibitoru snížilo luminiscenci chlorofylu během fotosyntézy. Účinnost léku se přitom s časem neměnila, ale závisela pouze na jeho koncentraci.
Snížení uvolňování kyslíku ukázalo, že fotosystém pracoval méně efektivně. Předpokládá se, že hlavním cílem nového herbicidu je reakční centrum proteinového komplexu: látka se váže na jádro PS2 a mění jeho strukturu. V důsledku toho byl podle vědců narušen proces přenosu náboje mezi složkami elektronového transportního řetězce.
Vyvinutý inhibitor lze využít při tvorbě nového herbicidu, který se uplatní například v boji proti rychle rostoucím plevelům, které se objevují před rašením plodin. Vzhledem k tomu, že reakce rozkladu vody probíhá pouze v rostlinné buňce, je herbicid pravděpodobně zcela bezpečný pro lidi a zvířata.
„Vyvinuli jsme směs, která se účinně zbaví nežádoucích druhů rostlin, a tím výrazně zvýší výnosy plodin. Tato data se mohou stát základním základem pro vývoj látek, které jsou účinné při nejnižších možných koncentracích,“ říká první autor práce Sergej Zharmukhamedov, kandidát biologických věd, vedoucí výzkumný pracovník Ústavu základních biologických problémů Ruska. Akademie věd.
Také vědci z Ústavu molekulární biologie a biotechnologie Národní akademie věd Ázerbájdžánu (Baku), Ústavu fyziologie rostlin pojmenovaného po K.A. Timiryazev (Moskva), Univerzita krále Sauda (Saúdská Arábie) a Moskevská státní univerzita pojmenovaná po M.V. Lomonosov (Moskva).