Teadlaste meeskond töötas välja uue keemilise ühendi, mis pärsib fotosünteesi taimelehtedes: see pärsib valgukompleksi aktiivsust, mis viib läbi protsessi ühe võtmereaktsiooni – vee lagunemise hapnikuks. Sellest ainest võib saada umbrohu vastu võitlevate herbitsiidide prototüüp, samas kui see on inimestele ja loomadele kahjutu. Venemaa Teadusfondi (RNF) toetusega tehtud uuringu tulemused avaldati ajakirjas Cells, teatab Gazeta.ru.
Fotosüntees on protsess, mille käigus taimed sünteesivad süsinikdioksiidist ja veest orgaanilisi ühendeid. See viiakse läbi kahe suure valgukompleksi - fotosüsteemide 1 ja 2 (PS1 ja PS2) abil, millest igaüks koosneb reaktsioonikeskusest, ümbritsevatest valkudest ja pigmentidest. Päikesevalguse toimel erganeb reaktsioonikeskuses olev klorofüll ja kannab oma elektronid üle teistele fotosüsteemi molekulidele. Järgnevate elektronide üleminekutega kaasneb orgaaniliste ühendite sünteesis osalevate suure energiaga molekulide, näiteks ATP, kuhjumine. Klorofüllist järelejäänud elektronide puudust kompenseerib veemolekulide lagunemine – just selle protsessi käigus eraldub kõrvalsaadusena hapnik.
Venemaa Teaduste Akadeemia Fundamentaalsete Bioloogiliste Probleemide Instituudi (Pushchino) teadlased koos kolleegidega Gazi ülikoolist (Türgi) on sünteesinud uue vasel põhineva ühendi ja orgaanilise fragmendi, mis pärsib fotosünteesi lehtedes. Aine mõju kindlakstegemiseks eraldasid autorid lehtedest PS2-ga rikastatud tülakoidmembraanid - kloroplastide sees olevad struktuurid - ja lisasid saadud suspensioonile uue ühendi lahuse. Inhibeerivat toimet hinnati selle järgi, kui palju vähenes valgustusest põhjustatud hapniku vabanemine – näiteks vähenes selle kiirus 69%. Lisaks uuriti aine mõju mitmete teiste PS2 aktiivsust iseloomustavate reaktsioonide abil: näiteks vähendas inhibiitori lisamine fotosünteesi käigus klorofülli luminestsentsi. Samal ajal ei muutunud ravimi efektiivsus aja jooksul, vaid sõltus ainult selle kontsentratsioonist.
Hapniku vabanemise vähenemine näitas, et fotosüsteem töötas vähem tõhusalt. Eeldatakse, et uue herbitsiidi peamine sihtmärk on valgukompleksi reaktsioonikeskus: aine seondub PS2 tuumaga ja muudab selle struktuuri. Selle tulemusena katkes teadlaste sõnul laengu ülekande protsess elektronide transpordiahela komponentide vahel.
Väljatöötatud inhibiitorit saab kasutada uue herbitsiidi loomisel, mida hakatakse kasutama näiteks võitluses kiiresti kasvavate umbrohtudega, mis ilmuvad enne põllukultuuride tärkamist. Kuna vee lagunemisreaktsioon viiakse läbi ainult taimerakus, on herbitsiid tõenäoliselt inimestele ja loomadele täiesti ohutu.
"Oleme välja töötanud ühendi, mis vabaneb tõhusalt soovimatutest taimeliikidest, suurendades seeläbi oluliselt põllukultuuride saaki. Nendest andmetest võib saada fundamentaalne alus madalaima võimaliku kontsentratsiooniga efektiivsete ainete väljatöötamisel,“ ütleb töö esimene autor Sergei Žarmukhamedov, bioloogiateaduste kandidaat, Venemaa põhiliste bioloogiliste probleemide instituudi juhtivteadur. Teaduste Akadeemia.
Samuti osalesid teadlased Aserbaidžaani Riikliku Teaduste Akadeemia (Baku) Molekulaarbioloogia ja Biotehnoloogia Instituudist, K.A. järgi nimetatud taimefüsioloogia instituudist. Timiryazev (Moskva), King Saudi Ülikool (Saudi Araabia) ja Moskva Riiklik Ülikool, mis on nimetatud M.V. Lomonosov (Moskva).