Un equipo de científicos ha desarrollado un nuevo compuesto químico que inhibe la fotosíntesis en las hojas de las plantas: inhibe la actividad de un complejo proteico que lleva a cabo una de las reacciones clave del proceso: la descomposición del agua en oxígeno. Esta sustancia puede convertirse en el prototipo de herbicidas que combatan las malas hierbas, siendo inocua para humanos y animales. Los resultados del estudio, respaldado por una subvención de la Russian Science Foundation (RNF), se publicaron en la revista Cells, informa "Gazeta.ru".
La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas sintetizan compuestos orgánicos a partir de dióxido de carbono y agua. Se lleva a cabo con la ayuda de dos grandes complejos de proteínas: los fotosistemas 1 y 2 (PS1 y PS2), cada uno de los cuales consta de un centro de reacción, proteínas y pigmentos circundantes. Bajo la acción de la luz solar, la clorofila del centro de reacción se excita y transfiere sus electrones a otras moléculas del fotosistema. Las transiciones electrónicas posteriores van acompañadas de la acumulación de moléculas de alta energía, como el ATP, que intervienen en la síntesis de compuestos orgánicos. La falta de electrones que quedan de la clorofila se compensa con la descomposición de las moléculas de agua; es durante este proceso que se libera oxígeno como subproducto.
Científicos del Instituto de Problemas Biológicos Fundamentales de la Academia Rusa de Ciencias (Pushchino) con colegas de la Universidad de Gazi (Turquía) han sintetizado un nuevo compuesto a base de cobre y un fragmento orgánico que suprime la fotosíntesis en las hojas. Para determinar el efecto de la sustancia, los autores aislaron membranas de tilacoides enriquecidas con PS2 de las hojas (estructuras dentro de los cloroplastos) y agregaron una solución del nuevo compuesto a la suspensión resultante. El efecto inhibitorio se evaluó por cuánto se redujo la liberación de oxígeno causada por la iluminación; por ejemplo, su tasa se redujo en un 69 %. Además, el efecto de la sustancia fue estudiado por una serie de otras reacciones que caracterizan la actividad de PS2: por ejemplo, la adición de un inhibidor redujo la luminiscencia de la clorofila durante la fotosíntesis. Al mismo tiempo, la efectividad del medicamento no cambió con el tiempo, sino que dependió solo de su concentración.
Una disminución en la liberación de oxígeno indicó que el fotosistema funcionó de manera menos eficiente. Se supone que el objetivo principal del nuevo herbicida es el centro de reacción del complejo proteico: la sustancia se une al núcleo PS2 y cambia su estructura. Como resultado, según los científicos, se interrumpió el proceso de transferencia de carga entre los componentes de la cadena de transporte de electrones.
El inhibidor desarrollado se puede utilizar en la creación de un nuevo herbicida, que se utilizará, por ejemplo, en la lucha contra las malas hierbas de crecimiento rápido que aparecen antes de la germinación de los cultivos. Dado que la reacción de descomposición del agua se lleva a cabo solo en la célula vegetal, es probable que el herbicida sea completamente seguro para humanos y animales.
“Hemos desarrollado un compuesto que eliminará de manera efectiva las especies de plantas no deseadas, lo que aumentará significativamente el rendimiento de los cultivos. Estos datos pueden convertirse en una base fundamental para el desarrollo de sustancias que sean efectivas en las concentraciones más bajas posibles”, dice el primer autor del trabajo, Sergey Zharmukhamedov, Candidato a Ciencias Biológicas, Investigador Principal en el Instituto de Problemas Biológicos Fundamentales de Rusia. Academia de Ciencias.
Además, científicos del Instituto de Biología Molecular y Biotecnología de la Academia Nacional de Ciencias de Azerbaiyán (Bakú), el Instituto de Fisiología Vegetal que lleva el nombre de K.A. Timiryazev (Moscú), la Universidad King Saud (Arabia Saudita) y la Universidad Estatal de Moscú que llevan el nombre de M.V. Lomonosov (Moscú).