FA601 Fotosyntéza

Přírodovědecká fakulta
jaro 2017
Rozsah
1/0/0. 1 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Ondřej Prášil, CSc. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Josef Humlíček, CSc.
Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. Dr. Jiří Kozelka, PhD.
Dodavatelské pracoviště: Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 20. 2. až Po 22. 5. Čt 13:00–13:50 Kontaktujte učitele
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
  • Biofyzika (program PřF, B-FY) (2)
  • Biofyzika (program PřF, N-FY, směr Aplikovaná biofyzika) (2)
  • Biofyzika (program PřF, N-FY, směr Molekulární biofyzika) (2)
Cíle předmětu
Cílem kurzu je seznámit posluchače se současným stavem znalostí o fotosyntéze. Důraz bude kladen na molekulární mechanismy fotosyntézy. Posluchači se seznámí s fyzikálními a chemickými základy fotosyntetických procesů a se strukturou fotosyntetického aparátu. Vedle popisu procesů a struktur budou posluchači seznámeni i s biofyzikálními experimentálními přístupy, které se při studiu fotosyntézy používají. Kurz je určen studentům fyziky, chemie, biologie a biofyziky, kteří se zajímají o bioenergetické procesy nebo se chtějí zabývat studiem rostlin, řas či fotosyntetických bakterií.
Osnova
  • 1. Úvod - energetika fotosyntézy (OP). Světlo jako zdroj energie fotosyntézy. Záření Slunce. Propustnost atmosféry a vody. Základní bioenergetické principy a fotosyntéza. Fotochemická přeměna energie. Oxidačně-redukční reakce, rovnovážné a kinetické konstanty.
  • 2. Fotosyntetické organismy a organely (OP). Energetika různých metabolismů. Diverzita fotosyntetických organismů. Původ a evoluce fotosyntézy. Fotosyntetická (bakteriální, thylakoidní) membrána - složení, architektura. Lumen, stroma.
  • 3. Historie bádání o fotosyntéze (OP). Rozvoj poznání fotosyntézy a biofyzikálních metod. Chemický popis fotosyntézy. Světelné a temnotní reakce. Fotosyntetická jednotka. Princip kyslíkové elektrody. Akční spektra, kvantové výtěžky, účinnost fotochemie a fotosyntézy, absorpční průřez. Objev reakčních center a Z-schéma fotosyntézy.
  • 4. Fotosyntetické pigmenty (TP): Chlorofyly, karotenoidy, fykobiliny. Struktura, spektroskopie. Molekulární orbitaly, elektronové přechody, de-excitační dráhy. Syntéza pigmentů a její regulace.
  • 5. Světlosběrné antény (TP). Fyzikální principy zachycení a přenosu energie. Försterův a Dexterův mechanismus přenosu energie. Biofyzikální metody sledování přenosu a zachycení energie. Anténní komplexy – rozdělení, struktura, funkce a evoluce. Regulace světlosběrné funkce (tzv. zhášení, state-transitions).
  • 6. Reakční centra (OP). Principy rozdělení a stabilizace nábojů v reakčních centrech, rekombinace. Primární donor. Triplety. Tunelování. Mechanismy přenosu elektronů v bílkovinách (Marcusova teorie). Reakční centra - rozdělení, funkce a struktura, fylogeneze. Primární fotochemické reakce bakteriální a oxygenní fotosyntézy. Akceptorová strana PS2, chinony a herbicidy. Donorová strana PS2: vývin kyslíku, mechanismus a struktura.
  • 7. Fotosyntetický elektronový řetězec (OP). Z-schéma. Přenosy protonů. Cytochromy, Q cyklus. Difúze membránou. Pohyblivé přenašeče elektronů. Plastocyanin, ferredoxin. Cyklický přenos a Mehlerova reakce. Tvorba kyslíkových radikálů. Regulace přenosu elektronů, fotoinhibice.
  • 8. Elektrochemické vlastnosti thylakoidů (VŠ). Chemiosmotická teorie. ATP syntáza.Tvorba membránového gradientu. Fotofosforylace. Odpřahovače a inhibitory. Regulace přenosu elektronů a syntézy ATP.
  • 9. Uhlíkový metabolismus (OP). Calvin-Bensonův cyklus - regulace, fotorespirace. C3, beta-karboxylace, C4 a CAM. Fyzikální chemie anorganických uhlíkatých sloučenin. Izotopy. Difúze a mechanismy koncentrace CO2, aktivní transport CO2 do buňky.
  • 10. Umělá fotosyntéza (TP). Energetické, strukturální a ekonomické požadavky; mimiky reakčních center; umělé anténní systémy; příklady potenciálně vhodných molekul; zásadní problémy a jejich možná řešení.
  • 11. Biofyzikální metody fotosyntézy (OP) – variabilní fluorescence chlorofylu, fotoakustika.
  • 12. Globální význam fotosyntézy (OP).
Výukové metody
Teoretická příprava
Metody hodnocení
ústní zkouška
Informace učitele
Přednášející:

prof. O.Prášil (OP), prof. T.Polívka (TP) a Mgr. V.Šlouf (VŠ)

Literatura:

Blankenship, R.E. Molecular Mechanisms of Photosynthesis, Blackwell Science 2002, ISBN0632043210
Falkowski, P.G. and Raven, J.A., Aquatic Photosynthesis, Princeton University Press 2007, ISBN 0691115516
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2018, jaro 2019.