Một nhóm các nhà khoa học đã phát triển một hợp chất hóa học mới có tác dụng ức chế quá trình quang hợp ở lá cây: nó ngăn chặn hoạt động của phức hợp protein thực hiện một trong những phản ứng chính của quá trình - phân hủy nước thành oxy. Chất này có thể trở thành nguyên mẫu của thuốc diệt cỏ diệt cỏ dại mà lại vô hại với con người và động vật. Kết quả nghiên cứu, được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học Nga (RSF), đã được công bố trên tạp chí Cells, báo cáo “Gazeta.ru”.
Quang hợp là quá trình thực vật tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ carbon dioxide và nước dưới ánh sáng. Nó được thực hiện với sự trợ giúp của hai phức hợp protein lớn - hệ thống ảnh 1 và 2 (PS1 và PS2), mỗi phức hợp bao gồm một trung tâm phản ứng, các protein và sắc tố xung quanh. Dưới tác động của ánh sáng mặt trời, chất diệp lục trong trung tâm phản ứng chuyển sang trạng thái kích thích và chuyển electron của nó sang các phân tử khác trong hệ thống quang hóa. Sự chuyển đổi điện tử tiếp theo đi kèm với sự tích tụ của các phân tử năng lượng cao, chẳng hạn như ATP, tham gia vào quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ. Việc thiếu các electron bị mất khỏi diệp lục được bù đắp bằng sự phân hủy của các phân tử nước - chính trong quá trình này, oxy được giải phóng dưới dạng sản phẩm phụ.
Các nhà khoa học thuộc Viện các vấn đề sinh học cơ bản của Viện Hàn lâm Khoa học Nga (Pushchino) và các đồng nghiệp từ Đại học Gazi (Thổ Nhĩ Kỳ) đã tổng hợp được một hợp chất mới dựa trên đồng và một mảnh hữu cơ có tác dụng ức chế quá trình quang hợp ở lá. Để xác định tác dụng của chất này, các tác giả đã phân lập màng thylakoid giàu PS2—cấu trúc bên trong lục lạp—từ lá và thêm dung dịch hợp chất mới vào huyền phù thu được. Tác dụng ức chế được đánh giá bằng mức độ giảm giải phóng oxy do ánh sáng - do đó, tỷ lệ này giảm 69%. Ngoài ra, tác dụng của chất này còn được kiểm tra bằng một số phản ứng khác đặc trưng cho hoạt động của PS2: ví dụ, việc bổ sung chất ức chế làm giảm độ phát sáng của diệp lục trong quá trình quang hợp. Đồng thời, hiệu quả của thuốc không thay đổi theo thời gian mà chỉ phụ thuộc vào nồng độ của nó.
Việc sản xuất oxy giảm cho thấy hệ thống quang học hoạt động kém hiệu quả hơn. Người ta cho rằng mục tiêu chính của loại thuốc diệt cỏ mới là trung tâm phản ứng của phức hợp protein: chất này liên kết với lõi PS2 và thay đổi cấu trúc của nó. Kết quả là các nhà khoa học tin rằng quá trình truyền điện tích giữa các thành phần của chuỗi vận chuyển điện tử đã bị gián đoạn.
Chất ức chế được phát triển có thể được sử dụng để tạo ra một loại thuốc diệt cỏ mới, ví dụ như sẽ được sử dụng trong cuộc chiến chống lại cỏ dại phát triển nhanh xuất hiện trước khi cây trồng nảy mầm. Vì phản ứng phân hủy nước chỉ xảy ra trong tế bào thực vật nên thuốc diệt cỏ có thể hoàn toàn an toàn cho con người và động vật.
“Chúng tôi đã phát triển một hợp chất có thể loại bỏ các loài thực vật không mong muốn một cách hiệu quả, từ đó làm tăng đáng kể năng suất cây trồng. Những dữ liệu này có thể trở thành cơ sở cơ bản để phát triển các chất hoạt động hiệu quả ở nồng độ thấp nhất có thể”, tác giả đầu tiên của công trình, Sergei Zharmukhamedov, Ứng viên Khoa học Sinh học, nhà nghiên cứu hàng đầu tại Viện Các vấn đề Sinh học Cơ bản của Nga, cho biết. Học viện khoa học.
Các nhà khoa học từ Viện Sinh học phân tử và Công nghệ sinh học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Azerbaijan (Baku), Viện Sinh lý học Thực vật mang tên K.A. Timiryazev (Moscow), Đại học King Saud (Saudi Arabia) và Đại học quốc gia Moscow mang tên M.V. Lomonosov (Moscow).