Une équipe de scientifiques a mis au point un nouveau composé chimique qui inhibe la photosynthèse dans les feuilles des plantes : il inhibe l'activité d'un complexe protéique qui réalise l'une des réactions clés du processus : la décomposition de l'eau en oxygène. Cette substance peut devenir le prototype d'herbicides qui combattent les mauvaises herbes, alors qu'elle est inoffensive pour l'homme et les animaux. Les résultats de l'étude, soutenue par une subvention de la Fondation scientifique russe (RNF), ont été publiés dans la revue Cells, rapporte Gazeta.ru.
La photosynthèse est le processus par lequel les plantes synthétisent des composés organiques à partir de dioxyde de carbone et d'eau. Il est réalisé à l'aide de deux grands complexes protéiques - les photosystèmes 1 et 2 (PS1 et PS2), dont chacun est constitué d'un centre de réaction, entourant des protéines et des pigments. Sous l'action de la lumière solaire, la chlorophylle du centre de réaction s'excite et transfère ses électrons aux autres molécules du photosystème. Les transitions électroniques ultérieures s'accompagnent de l'accumulation de molécules à haute énergie, telles que l'ATP, impliquées dans la synthèse de composés organiques. Le manque d'électrons laissés par la chlorophylle est compensé par la décomposition des molécules d'eau - c'est au cours de ce processus que l'oxygène est libéré en tant que sous-produit.
Des scientifiques de l'Institut des problèmes biologiques fondamentaux de l'Académie des sciences de Russie (Pushchino) avec des collègues de l'Université de Gazi (Turquie) ont synthétisé un nouveau composé à base de cuivre et d'un fragment organique qui supprime la photosynthèse dans les feuilles. Pour déterminer l'effet de la substance, les auteurs ont isolé des membranes thylakoïdes enrichies en PS2 à partir de feuilles - des structures à l'intérieur des chloroplastes - et ont ajouté une solution du nouveau composé à la suspension résultante. L'effet inhibiteur a été évalué par la réduction de la libération d'oxygène causée par l'éclairage - par exemple, son taux a été réduit de 69%. De plus, l'effet de la substance a été étudié par un certain nombre d'autres réactions caractérisant l'activité de PS2 : par exemple, l'ajout d'un inhibiteur a réduit la luminescence de la chlorophylle lors de la photosynthèse. Dans le même temps, l'efficacité du médicament ne changeait pas avec le temps, mais ne dépendait que de sa concentration.
Une diminution de la libération d'oxygène indiquait que le photosystème fonctionnait moins efficacement. On suppose que la cible principale du nouvel herbicide est le centre de réaction du complexe protéique : la substance se lie au noyau PS2 et modifie sa structure. En conséquence, selon les scientifiques, le processus de transfert de charge entre les composants de la chaîne de transport d'électrons a été perturbé.
L'inhibiteur développé peut être utilisé dans la création d'un nouvel herbicide, qui sera utilisé, par exemple, dans la lutte contre les mauvaises herbes à croissance rapide qui apparaissent avant la germination des cultures. Étant donné que la réaction de décomposition de l'eau s'effectue uniquement dans la cellule végétale, l'herbicide est susceptible d'être totalement sans danger pour les humains et les animaux.
« Nous avons développé un composé qui éliminera efficacement les espèces végétales indésirables, augmentant ainsi considérablement les rendements des cultures. Ces données peuvent devenir une base fondamentale pour le développement de substances efficaces aux concentrations les plus faibles possibles », déclare le premier auteur de l'ouvrage, Sergey Zharmukhamedov, candidat en sciences biologiques, chercheur principal à l'Institut des problèmes biologiques fondamentaux de la Russie. Académie des sciences.
En outre, des scientifiques de l'Institut de biologie moléculaire et de biotechnologie de l'Académie nationale des sciences d'Azerbaïdjan (Bakou), l'Institut de physiologie végétale du nom de K.A. Timiryazev (Moscou), l'Université King Saud (Arabie saoudite) et l'Université d'État de Moscou nommée d'après M.V. Lomonosov (Moscou).