Uma equipe de cientistas desenvolveu um novo composto químico que inibe a fotossíntese nas folhas das plantas: inibe a atividade de um complexo proteico que realiza uma das principais reações do processo - a decomposição da água em oxigênio. Essa substância pode se tornar o protótipo de herbicidas que combatem ervas daninhas, ao mesmo tempo em que é inofensiva para humanos e animais. Os resultados do estudo, apoiados por uma bolsa da Russian Science Foundation (RNF), foram publicados na revista Cells. Gazeta.ru.
A fotossíntese é o processo pelo qual as plantas sintetizam compostos orgânicos a partir de dióxido de carbono e água. É realizado com a ajuda de dois grandes complexos de proteínas - fotossistemas 1 e 2 (PS1 e PS2), cada um dos quais consiste em um centro de reação, proteínas e pigmentos circundantes. Sob a ação da luz solar, a clorofila no centro de reação fica excitada e transfere seus elétrons para outras moléculas do fotossistema. As transições eletrônicas subsequentes são acompanhadas pelo acúmulo de moléculas de alta energia, como o ATP, envolvidas na síntese de compostos orgânicos. A falta de elétrons deixados pela clorofila é compensada pela decomposição das moléculas de água - é durante esse processo que o oxigênio é liberado como subproduto.
Cientistas do Instituto de Problemas Biológicos Fundamentais da Academia Russa de Ciências (Pushchino) com colegas da Universidade Gazi (Turquia) sintetizaram um novo composto à base de cobre e um fragmento orgânico que suprime a fotossíntese nas folhas. Para determinar o efeito da substância, os autores isolaram membranas tilacóides enriquecidas com PS2 de folhas – estruturas dentro de cloroplastos – e adicionaram uma solução do novo composto à suspensão resultante. O efeito inibitório foi avaliado pelo quanto a liberação de oxigênio causada pela iluminação foi reduzida - por exemplo, sua taxa foi reduzida em 69%. Além disso, o efeito da substância foi estudado por uma série de outras reações que caracterizam a atividade do PS2: por exemplo, a adição de um inibidor reduziu a luminescência da clorofila durante a fotossíntese. Ao mesmo tempo, a eficácia do medicamento não mudou com o tempo, mas dependia apenas de sua concentração.
Uma diminuição na liberação de oxigênio indicou que o fotossistema funcionou com menos eficiência. Supõe-se que o principal alvo do novo herbicida seja o centro de reação do complexo proteico: a substância se liga ao núcleo PS2 e altera sua estrutura. Como resultado, segundo os cientistas, o processo de transferência de carga entre os componentes da cadeia de transporte de elétrons foi interrompido.
O inibidor desenvolvido pode ser utilizado na criação de um novo herbicida, que será utilizado, por exemplo, no combate a ervas daninhas de crescimento rápido que aparecem antes da germinação das lavouras. Como a reação de decomposição da água é realizada apenas na célula da planta, o herbicida provavelmente será completamente seguro para humanos e animais.
“Desenvolvemos um composto que efetivamente eliminará espécies de plantas indesejadas, aumentando significativamente o rendimento das colheitas. Esses dados podem se tornar uma base fundamental para o desenvolvimento de substâncias que sejam eficazes nas concentrações mais baixas possíveis”, diz o primeiro autor do trabalho, Sergey Zharmukhamedov, Candidato de Ciências Biológicas, Pesquisador Principal do Instituto de Problemas Biológicos Fundamentais da Rússia Academia de Ciências.
Além disso, cientistas do Instituto de Biologia Molecular e Biotecnologia da Academia Nacional de Ciências do Azerbaijão (Baku), o Instituto de Fisiologia Vegetal em homenagem a K.A. Timiryazev (Moscou), Universidade King Saud (Arábia Saudita) e Universidade Estadual de Moscou em homenagem a M.V. Lomonossov (Moscou).