Un team di scienziati ha sviluppato un nuovo composto chimico che inibisce la fotosintesi nelle foglie delle piante: inibisce l'attività di un complesso proteico che svolge una delle reazioni chiave del processo: la decomposizione dell'acqua in ossigeno. Questa sostanza può diventare il prototipo degli erbicidi che combattono le erbacce, mentre è innocua per l'uomo e gli animali. I risultati dello studio, sostenuto da una sovvenzione della Russian Science Foundation (RNF), sono stati pubblicati sulla rivista Cells, riporta Gazeta.ru.
La fotosintesi è il processo mediante il quale le piante sintetizzano i composti organici dall'anidride carbonica e dall'acqua. Viene eseguito con l'aiuto di due grandi complessi proteici: i fotosistemi 1 e 2 (PS1 e PS2), ciascuno dei quali è costituito da un centro di reazione, proteine e pigmenti circostanti. Sotto l'azione della luce solare, la clorofilla nel centro di reazione si eccita e trasferisce i suoi elettroni ad altre molecole nel fotosistema. Le successive transizioni elettroniche sono accompagnate dall'accumulo di molecole ad alta energia, come l'ATP, coinvolte nella sintesi dei composti organici. La mancanza di elettroni lasciati dalla clorofilla è compensata dalla decomposizione delle molecole d'acqua: è durante questo processo che l'ossigeno viene rilasciato come sottoprodotto.
Gli scienziati dell'Istituto per i problemi biologici fondamentali dell'Accademia delle scienze russa (Pushchino) con i colleghi dell'Università di Gazi (Turchia) hanno sintetizzato un nuovo composto a base di rame e un frammento organico che sopprime la fotosintesi nelle foglie. Per determinare l'effetto della sostanza, gli autori hanno isolato le membrane tilacoidi arricchite con PS2 dalle foglie, strutture all'interno dei cloroplasti, e hanno aggiunto una soluzione del nuovo composto alla sospensione risultante. L'effetto inibitorio è stato valutato in base alla riduzione del rilascio di ossigeno causato dall'illuminazione, ad esempio il suo tasso è stato ridotto del 69%. Inoltre, l'effetto della sostanza è stato studiato da una serie di altre reazioni caratterizzanti l'attività della PS2: ad esempio, l'aggiunta di un inibitore ha ridotto la luminescenza della clorofilla durante la fotosintesi. Allo stesso tempo, l'efficacia del farmaco non è cambiata nel tempo, ma dipendeva solo dalla sua concentrazione.
Una diminuzione del rilascio di ossigeno indicava che il fotosistema funzionava in modo meno efficiente. Si presume che l'obiettivo principale del nuovo erbicida sia il centro di reazione del complesso proteico: la sostanza si lega al nucleo PS2 e ne modifica la struttura. Di conseguenza, secondo gli scienziati, il processo di trasferimento di carica tra i componenti della catena di trasporto degli elettroni è stato interrotto.
L'inibitore sviluppato può essere utilizzato nella creazione di un nuovo erbicida, che verrà utilizzato, ad esempio, nella lotta contro le erbacce a crescita rapida che compaiono prima della germinazione delle colture. Poiché la reazione di decomposizione dell'acqua avviene solo nella cellula vegetale, è probabile che l'erbicida sia completamente sicuro per l'uomo e gli animali.
“Abbiamo sviluppato un composto che eliminerà efficacemente le specie vegetali indesiderate, aumentando così significativamente i raccolti. Questi dati possono diventare una base fondamentale per lo sviluppo di sostanze efficaci alle concentrazioni più basse possibili", afferma il primo autore dell'opera, Sergey Zharmukhamedov, candidato alle scienze biologiche, ricercatore capo presso l'Istituto dei problemi biologici fondamentali della Russia Accademia delle Scienze.
Inoltre, gli scienziati dell'Istituto di Biologia Molecolare e Biotecnologia dell'Accademia Nazionale delle Scienze dell'Azerbaigian (Baku), l'Istituto di Fisiologia Vegetale intitolato a K.A. Timiryazev (Mosca), King Saud University (Arabia Saudita) e Moscow State University intitolata a M.V. Lomonosov (Mosca).