Zinātnieku komanda ir izstrādājusi jaunu ķīmisku savienojumu, kas kavē fotosintēzi augu lapās: tas kavē proteīnu kompleksa darbību, kas veic vienu no procesa galvenajām reakcijām - ūdens sadalīšanos skābeklī. Šī viela var kļūt par herbicīdu prototipu, kas cīnās ar nezālēm, savukārt tā ir nekaitīga cilvēkiem un dzīvniekiem. Pētījuma rezultāti, kas tika atbalstīti ar Krievijas Zinātnes fonda (RNF) dotāciju, tika publicēti žurnālā Cells, ziņo. Gazeta.ru.
Fotosintēze ir process, kurā augi sintezē organiskos savienojumus no oglekļa dioksīda un ūdens. To veic ar divu lielu proteīnu kompleksu palīdzību - fotosistēmu 1 un 2 (PS1 un PS2), no kurām katra sastāv no reakcijas centra, apkārtējiem proteīniem un pigmentiem. Saules gaismas ietekmē reakcijas centrā esošais hlorofils uzbudinās un pārnes savus elektronus uz citām fotosistēmas molekulām. Turpmākās elektronu pārejas pavada augstas enerģijas molekulu, piemēram, ATP, uzkrāšanās, kas iesaistītas organisko savienojumu sintēzē. No hlorofila palikušo elektronu trūkumu kompensē ūdens molekulu sadalīšanās – tieši šī procesa laikā kā blakusprodukts izdalās skābeklis.
Zinātnieki no Krievijas Zinātņu akadēmijas Fundamentālo bioloģisko problēmu institūta (Puščino) ar kolēģiem no Gazi universitātes (Turcija) ir sintezējuši jaunu savienojumu, kura pamatā ir varš un organiskais fragments, kas nomāc fotosintēzi lapās. Lai noteiktu vielas iedarbību, autori no lapām izolēja ar PS2 bagātinātas tilakoīdu membrānas - struktūras hloroplastos - un iegūtajai suspensijai pievienoja jaunā savienojuma šķīdumu. Inhibējošais efekts tika novērtēts pēc tā, cik daudz tika samazināta apgaismojuma izraisītā skābekļa izdalīšanās - piemēram, tā ātrums tika samazināts par 69%. Turklāt vielas iedarbība tika pētīta ar vairākām citām PS2 aktivitāti raksturojošām reakcijām: piemēram, inhibitora pievienošana samazināja hlorofila luminiscenci fotosintēzes laikā. Tajā pašā laikā zāļu efektivitāte laika gaitā nemainījās, bet bija atkarīga tikai no tā koncentrācijas.
Skābekļa izdalīšanās samazināšanās liecināja, ka fotosistēma darbojās mazāk efektīvi. Tiek pieņemts, ka jaunā herbicīda galvenais mērķis ir olbaltumvielu kompleksa reakcijas centrs: viela saistās ar PS2 kodolu un maina tā struktūru. Rezultātā, pēc zinātnieku domām, tika traucēts lādiņu pārneses process starp elektronu transportēšanas ķēdes sastāvdaļām.
Izstrādāto inhibitoru var izmantot jauna herbicīda izveidē, kas tiks izmantots, piemēram, cīņā pret strauji augošām nezālēm, kas parādās pirms kultūraugu dīgšanas. Tā kā ūdens sadalīšanās reakcija tiek veikta tikai augu šūnā, herbicīds, visticamāk, ir pilnīgi drošs cilvēkiem un dzīvniekiem.
“Esam izstrādājuši savienojumu, kas efektīvi atbrīvos no nevēlamām augu sugām, tādējādi būtiski palielinot ražu. Šie dati var kļūt par fundamentālu pamatu tādu vielu izstrādei, kuras ir efektīvas pēc iespējas zemākās koncentrācijās,” saka pirmais darba autors Sergejs Žarmuhamedovs, bioloģijas zinātņu kandidāts, Krievijas Bioloģijas fundamentālo problēmu institūta vadošais pētnieks. Zinātņu akadēmija.
Tāpat zinātnieki no Azerbaidžānas Nacionālās Zinātņu akadēmijas (Baku) Molekulārās bioloģijas un biotehnoloģijas institūta, K.A. vārdā nosauktā Augu fizioloģijas institūta. Timirjazevs (Maskava), Karaļa Sauda universitāte (Saūda Arābija) un Maskavas Valsts universitāte, kas nosaukta M.V. Lomonosovs (Maskava).