Sebuah tim ilmuwan telah mengembangkan senyawa kimia baru yang menghambat fotosintesis pada daun tanaman: senyawa ini menghambat aktivitas kompleks protein yang melakukan salah satu reaksi kunci dari proses tersebut - penguraian air menjadi oksigen. Zat ini dapat menjadi prototipe herbisida yang memerangi gulma, sementara tidak berbahaya bagi manusia dan hewan. Hasil penelitian, yang didukung oleh hibah dari Russian Science Foundation (RNF), diterbitkan dalam jurnal Cells. Gazeta.ru.
Fotosintesis adalah proses di mana tanaman mensintesis senyawa organik dari karbon dioksida dan air. Ini dilakukan dengan bantuan dua kompleks protein besar - fotosistem 1 dan 2 (PS1 dan PS2), yang masing-masing terdiri dari pusat reaksi, protein dan pigmen di sekitarnya. Di bawah pengaruh sinar matahari, klorofil di pusat reaksi menjadi tereksitasi dan mentransfer elektronnya ke molekul lain di fotosistem. Transisi elektron berikutnya disertai dengan akumulasi molekul berenergi tinggi, seperti ATP, yang terlibat dalam sintesis senyawa organik. Kurangnya elektron yang tersisa dari klorofil dikompensasi oleh dekomposisi molekul air - selama proses inilah oksigen dilepaskan sebagai produk sampingan.
Para ilmuwan dari Institute of Fundamental Biological Problems of the Russian Academy of Sciences (Pushchino) bersama rekan-rekannya dari Universitas Gazi (Turki) telah mensintesis senyawa baru berbasis tembaga dan fragmen organik yang menekan fotosintesis pada daun. Untuk menentukan efek zat tersebut, penulis mengisolasi membran tilakoid yang diperkaya PS2 dari daun—struktur di dalam kloroplas—dan menambahkan larutan senyawa baru ke dalam suspensi yang dihasilkan. Efek penghambatan dinilai dengan seberapa banyak pelepasan oksigen yang disebabkan oleh iluminasi berkurang - misalnya, lajunya berkurang sebesar 69%. Selain itu, efek zat dipelajari oleh sejumlah reaksi lain yang mencirikan aktivitas PS2: misalnya, penambahan inhibitor mengurangi pendaran klorofil selama fotosintesis. Pada saat yang sama, efektivitas obat tidak berubah seiring waktu, tetapi hanya bergantung pada konsentrasinya.
Penurunan pelepasan oksigen menunjukkan bahwa fotosistem bekerja kurang efisien. Diasumsikan bahwa target utama herbisida baru adalah pusat reaksi kompleks protein: zat tersebut mengikat inti PS2 dan mengubah strukturnya. Akibatnya, menurut para ilmuwan, proses transfer muatan antara komponen rantai transpor elektron terganggu.
Inhibitor yang dikembangkan dapat digunakan dalam pembuatan herbisida baru, yang akan digunakan, misalnya, dalam memerangi gulma yang tumbuh cepat yang muncul sebelum perkecambahan tanaman. Karena reaksi penguraian air hanya dilakukan di dalam sel tumbuhan, herbisida kemungkinan besar benar-benar aman bagi manusia dan hewan.
“Kami telah mengembangkan senyawa yang secara efektif akan menyingkirkan spesies tanaman yang tidak diinginkan, sehingga secara signifikan meningkatkan hasil panen. Data ini dapat menjadi dasar fundamental untuk pengembangan zat yang efektif pada konsentrasi serendah mungkin,” kata penulis pertama karya tersebut, Sergey Zharmukhamedov, Kandidat Ilmu Biologi, Peneliti Terkemuka di Institut Masalah Biologis Fundamental Rusia. Akademi Ilmu Pengetahuan.
Juga, para ilmuwan dari Institut Biologi Molekuler dan Bioteknologi dari Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Azerbaijan (Baku), Institut Fisiologi Tumbuhan dinamai K.A. Timiryazev (Moskow), Universitas King Saud (Arab Saudi) dan Universitas Negeri Moskow dinamai M.V. Lomonosov (Moskow).