Rosja - Naukowcy opracowali nowy związek chemiczny, który hamuje fotosyntezę w liściach roślin: hamuje aktywność kompleksu białkowego, który przeprowadza jedną z kluczowych reakcji procesu - rozkład wody na tlen. Nowa substancja może stać się prototypem herbicydów zwalczających chwasty, a jednocześnieszkodliwa dla ludzi i zwierząt. Wyniki badania, wspieranego przez grant Rosyjskiej Fundacji Nauki (RSF), zostały opublikowane w czasopiśmie Cells.

Schemat zsyntetyzowanego związku i przeniesienia elektronu w PS2. Źródło: Sergey Zharmukhamedov

Fotosynteza to proces, w którym rośliny syntetyzują związki organiczne z dwutlenku węgla i wody. Przeprowadza się ją za pomocą dwóch dużych kompleksów białkowych - fotosystemów 1 i 2 (PS1 i PS2), z których każdy składa się z centrum reakcji, otaczających białek i pigmentów. Pod wpływem światła słonecznego chlorofil w centrum reakcji zostaje wzbudzony i przenosi swoje elektrony na inne cząsteczki w fotosystemie. Kolejnym przejściom elektronowym towarzyszy akumulacja wysokoenergetycznych cząsteczek, takich jak ATP, biorących udział w syntezie związków organicznych. Brak elektronów pozostawionych po chlorofilu jest kompensowany przez rozkład cząsteczek wody - to właśnie w trakcie tego procesu uwalniany jest tlen jako produkt uboczny.

Naukowcy z Instytutu Podstawowych Problemów Biologicznych Rosyjskiej Akademii Nauk (Pushchino) wraz z kolegami z Uniwersytetu Gazi (Turcja) zsyntetyzowali nowy związek na bazie miedzi i fragmentu organicznego, który hamuje fotosyntezę w liściach. Aby określić działanie substancji, autorzy wyizolowali wzbogacone w PS2 błony tylakoidowe z liści — struktur wewnątrz chloroplastów — i do powstałej zawiesiny dodali roztwór nowego związku. Działanie hamujące oceniano na podstawie tego, jak bardzo zmniejszyło się uwalnianie tlenu spowodowane oświetleniem – na przykład jego szybkość zmniejszyła się o 69%. Ponadto wpływ substancji badano za pomocą szeregu innych reakcji charakteryzujących aktywność PS2: na przykład dodanie inhibitora zmniejszyło luminescencję chlorofilu podczas fotosyntezy. Jednocześnie skuteczność leku nie zmieniała się w czasie, a zależała jedynie od jego stężenia.

Spadek uwalniania tlenu wskazywał, że fotosystem działał mniej wydajnie. Zakłada się, że głównym celem nowego herbicydu jest centrum reakcji kompleksu białkowego: substancja wiąże się z rdzeniem PS2 i zmienia jego strukturę. W rezultacie, zdaniem naukowców, zakłócony został proces przenoszenia ładunku między elementami łańcucha transportu elektronów.

Opracowany inhibitor może posłużyć do stworzenia nowego herbicydu, który posłuży np. do walki z szybko rosnącymi chwastami, które pojawiają się przed kiełkowaniem upraw. Jednocześnie zahamowanie reakcji rozkładu wody, która zachodzi tylko w komórce roślinnej, sugeruje, że herbicyd będzie bezpieczny dla ludzi i zwierząt.

„Opracowaliśmy związek, który skutecznie pozbędzie się niechcianych gatunków roślin, a tym samym znacznie zwiększy plony. Dane te mogą stać się fundamentalną podstawą do opracowania substancji, które są skuteczne w najniższych możliwych stężeniach” – mówi pierwszy autor pracy, Sergey Zharmukhamedov, kandydat nauk biologicznych, wiodący badacz w Instytucie Podstawowych Problemów Biologicznych Rosji Akademia Nauk.

Również naukowcy z Instytutu Biologii Molekularnej i Biotechnologii Narodowej Akademii Nauk Azerbejdżanu (Baku), Instytutu Fizjologii Roślin im. K.A. Timiryazev (Moskwa), King Saud University (Arabia Saudyjska) i Moskiewski Uniwersytet Państwowy im. M.V. Łomonosow (Moskwa).

bbabo.Net