Een team van wetenschappers heeft een nieuwe chemische verbinding ontwikkeld die de fotosynthese in plantenbladeren remt: het remt de activiteit van een eiwitcomplex dat een van de belangrijkste reacties van het proces uitvoert: de ontleding van water in zuurstof. Deze stof kan het prototype worden van herbiciden die onkruid bestrijden, terwijl het onschadelijk is voor mens en dier. De resultaten van de studie, ondersteund door een subsidie van de Russian Science Foundation (RNF), werden gepubliceerd in het tijdschrift Cells, reports Gazeta.ru.
Fotosynthese is het proces waarbij planten organische verbindingen synthetiseren uit koolstofdioxide en water. Het wordt uitgevoerd met behulp van twee grote eiwitcomplexen - fotosystemen 1 en 2 (PS1 en PS2), die elk bestaan uit een reactiecentrum, omringende eiwitten en pigmenten. Onder invloed van zonlicht wordt het chlorofyl in het reactiecentrum opgewonden en draagt het zijn elektronen over aan andere moleculen in het fotosysteem. Daaropvolgende elektronovergangen gaan gepaard met de accumulatie van hoogenergetische moleculen, zoals ATP, die betrokken zijn bij de synthese van organische verbindingen. Het gebrek aan elektronen dat overblijft van chlorofyl wordt gecompenseerd door de ontleding van watermoleculen - tijdens dit proces komt zuurstof vrij als bijproduct.
Wetenschappers van het Institute of Fundamental Biological Problems van de Russian Academy of Sciences (Pushchino) hebben samen met collega's van de Gazi University (Turkije) een nieuwe verbinding gesynthetiseerd op basis van koper en een organisch fragment dat de fotosynthese in bladeren onderdrukt. Om het effect van de stof te bepalen, isoleerden de auteurs PS2-verrijkte thylakoïde membranen uit bladeren - structuren in chloroplasten - en voegden ze een oplossing van de nieuwe verbinding toe aan de resulterende suspensie. Het remmende effect werd beoordeeld aan de hand van de mate waarin de zuurstofafgifte veroorzaakt door verlichting was verminderd - de snelheid was bijvoorbeeld verminderd met 69%. Daarnaast is de werking van de stof onderzocht door een aantal andere reacties die kenmerkend zijn voor de activiteit van PS2: zo verminderde de toevoeging van een remmer de luminescentie van chlorofyl tijdens fotosynthese. Tegelijkertijd veranderde de effectiviteit van het medicijn niet met de tijd, maar was het alleen afhankelijk van de concentratie.
Een afname van de zuurstofafgifte gaf aan dat het fotosysteem minder efficiënt werkte. Aangenomen wordt dat het belangrijkste doelwit van het nieuwe herbicide het reactiecentrum van het eiwitcomplex is: de stof bindt zich aan de PS2-kern en verandert van structuur. Als gevolg hiervan was volgens wetenschappers het proces van ladingsoverdracht tussen de componenten van de elektronentransportketen verstoord.
De ontwikkelde remmer kan worden gebruikt bij het maken van een nieuw herbicide, dat bijvoorbeeld zal worden gebruikt in de strijd tegen snelgroeiende onkruiden die verschijnen vóór het ontkiemen van gewassen. Aangezien de waterontledingsreactie alleen in de plantencel wordt uitgevoerd, is het herbicide waarschijnlijk volkomen veilig voor mens en dier.
"We hebben een verbinding ontwikkeld die ongewenste plantensoorten effectief verwijdert, waardoor de gewasopbrengst aanzienlijk wordt verhoogd. Deze gegevens kunnen een fundamentele basis vormen voor de ontwikkeling van stoffen die effectief zijn bij de laagst mogelijke concentraties”, zegt de eerste auteur van het werk, Sergey Zharmukhamedov, kandidaat voor biologische wetenschappen, hoofdonderzoeker bij het Instituut voor fundamentele biologische problemen van de Russische Federatie. Academie van Wetenschappen.
Ook wetenschappers van het Instituut voor Moleculaire Biologie en Biotechnologie van de Nationale Academie van Wetenschappen van Azerbeidzjan (Baku), het Instituut voor Plantenfysiologie vernoemd naar K.A. Timiryazev (Moskou), King Saud University (Saoedi-Arabië) en Moscow State University vernoemd naar M.V. Lomonosov (Moskou).