Μια ομάδα επιστημόνων ανέπτυξε μια νέα χημική ένωση που αναστέλλει τη φωτοσύνθεση στα φύλλα των φυτών: αναστέλλει τη δραστηριότητα ενός συμπλέγματος πρωτεϊνών που εκτελεί μια από τις βασικές αντιδράσεις της διαδικασίας - την αποσύνθεση του νερού σε οξυγόνο. Αυτή η ουσία μπορεί να γίνει το πρωτότυπο των ζιζανιοκτόνων που καταπολεμούν τα ζιζάνια, ενώ είναι ακίνδυνη για τον άνθρωπο και τα ζώα. Τα αποτελέσματα της μελέτης, που υποστηρίζεται από επιχορήγηση από το Ρωσικό Ίδρυμα Επιστημών (RNF), δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Cells, αναφέρει Gazeta.ru.
Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία με την οποία τα φυτά συνθέτουν οργανικές ενώσεις από διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Πραγματοποιείται με τη βοήθεια δύο μεγάλων πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων - των φωτοσυστημάτων 1 και 2 (PS1 και PS2), καθένα από τα οποία αποτελείται από ένα κέντρο αντίδρασης, περιβάλλουσες πρωτεΐνες και χρωστικές ουσίες. Υπό τη δράση του ηλιακού φωτός, η χλωροφύλλη στο κέντρο αντίδρασης διεγείρεται και μεταφέρει τα ηλεκτρόνια της σε άλλα μόρια του φωτοσυστήματος. Οι επόμενες μεταπτώσεις ηλεκτρονίων συνοδεύονται από τη συσσώρευση μορίων υψηλής ενέργειας, όπως το ATP, που εμπλέκονται στη σύνθεση οργανικών ενώσεων. Η έλλειψη ηλεκτρονίων που απομένουν από τη χλωροφύλλη αντισταθμίζεται από την αποσύνθεση των μορίων του νερού - κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας απελευθερώνεται το οξυγόνο ως υποπροϊόν.
Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Θεμελιωδών Βιολογικών Προβλημάτων της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (Pushchino) με συναδέλφους από το Πανεπιστήμιο Gazi (Τουρκία) συνέθεσαν μια νέα ένωση με βάση τον χαλκό και ένα οργανικό θραύσμα που καταστέλλει τη φωτοσύνθεση στα φύλλα. Για να προσδιορίσουν την επίδραση της ουσίας, οι συγγραφείς απομόνωσαν θυλακοειδείς μεμβράνες εμπλουτισμένες με PS2 από φύλλα - δομές μέσα σε χλωροπλάστες - και πρόσθεσαν ένα διάλυμα της νέας ένωσης στο προκύπτον εναιώρημα. Το ανασταλτικό αποτέλεσμα εκτιμήθηκε από το πόσο μειώθηκε η απελευθέρωση οξυγόνου που προκαλείται από τον φωτισμό - για παράδειγμα, ο ρυθμός του μειώθηκε κατά 69%. Επιπλέον, η επίδραση της ουσίας μελετήθηκε από μια σειρά άλλων αντιδράσεων που χαρακτηρίζουν τη δραστηριότητα του PS2: για παράδειγμα, η προσθήκη ενός αναστολέα μείωσε τη φωταύγεια της χλωροφύλλης κατά τη φωτοσύνθεση. Ταυτόχρονα, η αποτελεσματικότητα του φαρμάκου δεν άλλαξε με την πάροδο του χρόνου, αλλά εξαρτιόταν μόνο από τη συγκέντρωσή του.
Μια μείωση στην απελευθέρωση οξυγόνου έδειξε ότι το φωτοσύστημα λειτουργούσε λιγότερο αποτελεσματικά. Υποτίθεται ότι ο κύριος στόχος του νέου ζιζανιοκτόνου είναι το κέντρο αντίδρασης του συμπλέγματος πρωτεΐνης: η ουσία συνδέεται με τον πυρήνα του PS2 και αλλάζει τη δομή του. Ως αποτέλεσμα, σύμφωνα με τους επιστήμονες, η διαδικασία μεταφοράς φορτίου μεταξύ των συστατικών της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων διαταράχθηκε.
Ο ανεπτυγμένος αναστολέας μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη δημιουργία ενός νέου ζιζανιοκτόνου, το οποίο θα χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, στην καταπολέμηση των ταχέως αναπτυσσόμενων ζιζανίων που εμφανίζονται πριν από τη βλάστηση των καλλιεργειών. Δεδομένου ότι η αντίδραση αποσύνθεσης του νερού πραγματοποιείται μόνο στο φυτικό κύτταρο, το ζιζανιοκτόνο είναι πιθανό να είναι απολύτως ασφαλές για ανθρώπους και ζώα.
«Έχουμε αναπτύξει μια ένωση που θα απαλλαγεί αποτελεσματικά από ανεπιθύμητα είδη φυτών, αυξάνοντας έτσι σημαντικά τις αποδόσεις των καλλιεργειών. Αυτά τα δεδομένα μπορούν να αποτελέσουν θεμελιώδη βάση για την ανάπτυξη ουσιών που είναι αποτελεσματικές στις χαμηλότερες δυνατές συγκεντρώσεις», λέει ο πρώτος συγγραφέας του έργου, Sergey Zharmukhamedov, Υποψήφιος Βιολογικών Επιστημών, Κορυφαίος Ερευνητής στο Ινστιτούτο Θεμελιωδών Βιολογικών Προβλημάτων της Ρωσίας. Ακαδημία Επιστημών.
Επίσης, επιστήμονες από το Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών του Αζερμπαϊτζάν (Μπακού), το Ινστιτούτο Φυσιολογίας Φυτών με το όνομα Κ.Α. Timiryazev (Μόσχα), το Πανεπιστήμιο King Saud (Σαουδική Αραβία) και το Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας με το όνομα M.V. Lomonosov (Μόσχα).