Ученые создали химическое соединение, которое подавляет активность белкового комплекса, отвечающего за разложение воды до кислорода — одну из основных реакций процесса фотосинтеза. Эта работа может стать основой для нового поколения средств против сорняков, при этом оно будет безопасно для человека и животных. Исследование опубликовано в журнале Cells и поддержано грантом Российского научного фонда.
Фотосинтез — процесс, при котором растения преобразуют углекислый газ и воду в различные органические соединения. Для этого необходимы фотосистемы 1 и 2 (ФС1 и ФС2). Эти комплексы состоят из реакционного центра и окружающих его белков и пигментов. Такие центры есть у всех фотосинтезирующих растений и даже у некоторых бактерий. Когда солнечный свет падает на растение, хлорофилл передает свои электроны другим молекулам в составе фотосистемы. «Путешествие» электронов сопровождается накоплением высокоэнергетических молекул, то есть тех, которые могут хранить и передавать энергию. Одна из таких молекул, например, — аденозинтрифосфат (АТР). Эта кислота играет колоссальную роль в энергообменах растения, так как является универсальным источником энергии для всех биохимических процессов. А вот те электроны, которые ушли из хлорофилла, компенсируются за счет молекул воды — именно во время этого процесса и выделяется кислород.
Ученые из Института фундаментальных биологических проблем Российской академии наук (Пущино) с коллегами из Университета Гази (Турция) создали новое химическое соединение, которое подавляет фотосинтез. В его основе лежит медь. Чтобы протестировать вещество, исследователи выделяли из листьев обогащенные ФС2 тилакоидные мембраны (структуры внутри хлоропластов) и добавляли к нему новое соединение. Оказалось, что интенсивность фотосинтеза снизилась на 69%. Ученые определили это с помощью отслеживания количества кислорода, которое выделяло растение, и свечения хлорофилла. При этом эффективность вещества определялась его концентрацией, а вот с течением времени не менялась.
Ученые предположили, что основная мишень нового гербицида — реакционный центр белкового комплекса. Там вещество меняло структуру ядра ФС2, из-за чего нарушался процесс передачи электронов. От этого весь процесс фотосинтеза терял свою эффективность, потому что проходил с нарушениями.
«Мы разработали соединение, которое позволит эффективно избавляться от нежелательных видов растений, существенно повышая, таким образом, урожайность сельскохозяйственных культур. Эти данные могут стать фундаментальной основой для разработки веществ, эффективно действующих при максимально низких концентрациях», — рассказал первый автор работы Сергей Жармухамедов, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института фундаментальных биологических проблем РАН.
В исследовании также участвовала группа ученых из Института молекулярной биологии и биотехнологии Национальной академии наук Азербайджана (Баку), Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева (Москва), Университета короля Сауда (Саудовская Аравия) и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва).
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
