Введение к работе
Актуальность работы. Большинство известных в настоящее время гербицидов действуют на фотосинтетнческую цепь переноса электрона (Федтке, 1989). Более половины из них являются ингибиторами переноса электрона в фотосистеме 2 (ФС-2), осуществлящей ключевой процесс фотосинтеза - окисление воды и выделение кислорода. Одним из важнейших требований, предъявляемых к новым гербицидам, яеляєт-ся их экологическая безопасность. Основная трудность в решении этой проблемы состоит в том, что химические агенты, подавляющие ключевые метаболические реакции растений, действуют и на подобные процессы в организме животных и человека вследствие общности основных этапов метаболизма для всего живого мира. Единственным энергетическим процессом, строго специфичным только для растений, яляется уникальный процесс фотосинтетического окисления воды и выделения кислорода. Этот процесс осуществляется благодаря генерации в хлоропластах чрезвычайно высокого окислительно-восстановительного потенциала (+1,1 В), не достижимого во всех остальных биологических системах. Следовательно, можно надеяться, что химические ингибиторы, препятствующие фотогенерации такого потенциала, будут строго специфичны для растений и нейтральны по отношению к метаболизму животного мира.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы было выявление новых химических ингибиторов переноса электрона в ФС-2 растений и изучение механизма их действия. При этом решались следующие задачи: 1) провести скрининг вновь синтезированных химических соединений по их способности ингибировать перенос электрона в ФС-2; 2) выяснить механизм ингибирующего действия выявленных соединений в сравнении с известными ингибиторами ФС-2; 3) исследовать связывание выявленных ингибиторов с компонентами ФС-2; 4) исследовать связь между эффективностью ингибирущего действия выявленных ингибиторов и особенностями их физико-химических свойств.
Научная новизна работы. Выявлены и выстроены в ряд по эффективности их действия новые химические ингибиторы фотосинтеза растений (более 25 соединений) - производные перфторизопропилдинитро-оензола (ІШЦЯНБ), механизм действия которых основан на окислительно-восстановительном взаимодействии с компонентами реакционного центра (РЦ) ФС-2 и формировании циклического переноса электронов, приводящего к обращению фоторазделения зарядов в ФС-2. с помощью фотоаффинных (азидных) аналогов ПФИЩШБ и ШАГ- электрофореза установлено их связывание на полипептиде с м.м. 32 кДа, входящем в состав РЦ ФС-2 (вероятно, JL-белок). Установлено, что окислительно-восстановительный потенциал выявленных соединений лежит в
области -зоо -500 мВ и является (наряду с "липофильностью"} существенным фактором для определения эффективности их ингисирующего действия. Предложен механизм действия производных ПФИЩЩБ, принципиально отличающийся от механизма действия ингибиторов диуронового и триазинового типов. Показано, что окислительно-восстановительное взаимодействие с компонентами РЦ ФС-2 и образование циклического переноса электрона также вносит вклад в ингибирущее действие фенольного гербицида - диносеба, хотя и не является определяющим.
Научная и практическая значимость работы. Полученные результаты расширяют и углубляют представления о механизмах воздействия на транспорт электрона при фотосинтезе и могут найти применение в области исседований по физиологии растений, могут иметь прикладное значение при разработке и создании искусственных биоэлектронных устройств. Выявленные химические ингибиторы могут быть использованы в качестве инструмента исследования структурно-функциональной организации фотосинтетического аппарата, а также могут быть основой для создания новых высокоэффективных и экологически безопасных средств защиты растений.
Апробация работы. Основные результаты, работы были доложены на ряде всесоюзных и международных совещаний по биофизике, биохимии, биоэнергетике фотосинтеза (см. список публикаций).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части (методы и объекты исследования), шести глав, представляющих основные результаты работы и их обсуждение, заключения, выводов и списка цитированной литературы. Диссертация изложена на стр. машинописного текста, содержит рисунков и таблиц.
