Колектив учених розробив нову хімічну сполуку, яка інгібує фотосинтез у листі рослин: вона пригнічує активність білкового комплексу, який здійснює одну з ключових реакцій процесу — розкладання води до кисню. Ця речовина може стати прототипом гербіцидів, що борються з бур'янами, при цьому вона нешкідлива для людини та тварин. Результати дослідження, підтриманого грантом Російського наукового фонду (РНФ), опубліковано в журналі Cells. "Газета.ру".
Фотосинтез - процес, завдяки якому рослини на світлі синтезують органічні сполуки з вуглекислого газу та води. Він здійснюється за допомогою двох великих білкових комплексів - фотосистем 1 і 2 (ФС1 і ФС2), кожна з яких складається з реакційного центру, білків і пігментів, що його оточують. Під впливом сонячного світла хлорофіл у реакційному центрі перетворюється на збуджений стан і передає свої електрони іншим молекулам у складі фотосистеми. Наступні переходи електронів супроводжуються накопиченням високоенергетичних молекул, наприклад АТФ, що у синтезі органічних сполук. Нестача електронів, що пішли з хлорофілу, компенсується за рахунок розкладання молекул води — саме в ході цього процесу кисень виділяється як побічний продукт.
Вчені з Інституту фундаментальних біологічних проблем Російської академії наук (Пущино) з колегами з Університету Газі (Туреччина) синтезували нову сполуку на основі міді та органічного фрагмента, що пригнічує фотосинтез у листі. Щоб визначити дію речовини, автори виділяли з листя збагачені ФС2 тилакоїдні мембрани - структури всередині хлоропластів - і до отриманої суспензії додавали розчин нової сполуки. Інгібуючу дію оцінювали за тим, наскільки зменшувалося виділення кисню, викликане освітленням — так, його швидкість вдалося знизити на 69%. Крім того, вплив речовини дивилися на ряд інших реакцій, що характеризують активність ФС2: наприклад, додавання інгібітора зменшувало свічення хлорофілу при фотосинтезі. При цьому ефективність роботи препарату не змінювалася з часом, а залежала лише від його концентрації.
Зниження виділення кисню свідчило у тому, що фотосистема працювала менш ефективно. Передбачається, що головна мета нового гербіциду - реакційний центр білкового комплексу: речовина пов'язувалося з ядром ФС2 і змінювало його структуру. Внаслідок цього, як вважають вчені, порушувався процес передачі заряду між компонентами ланцюга перенесення електронів.
Розроблений інгібітор може бути використаний у створенні нового гербіциду, який буде застосовуватися, наприклад, при боротьбі з бур'янами, що швидко ростуть, що з'являються до проростання сільськогосподарських культур. Так як реакція розкладання води здійснюється тільки в рослинній клітині, гербіцид, ймовірно, виявиться повністю безпечним для людини і тварин.
«Ми розробили сполуку, яка дозволить ефективно позбавлятися небажаних видів рослин, суттєво підвищуючи таким чином урожайність сільськогосподарських культур. Ці дані можуть стати фундаментальною основою для розробки речовин, що ефективно діють за максимально низьких концентрацій», — розповідає перший автор роботи Сергій Жармухамедов, кандидат біологічних наук, провідний науковий співробітник Інституту фундаментальних біологічних проблем РАН.
Також у дослідженні взяли участь вчені з Інституту молекулярної біології та біотехнології Національної академії наук Азербайджану (Баку), Інституту фізіології рослин імені К.О. Тимірязєва (Москва), Університету короля Сауда (Саудівська Аравія) та Московського державного університету імені М.В. Ломоносова (Москва).