Φωτοσύνθεση

Το μάθημα ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ αποσκοπεί σε μία ολιστική προσέγγιση και κατανόηση της φωτοσυνθετικής διαδικασίας και ανάδειξη της σπουδαιότητας της στη διαδικασία της ζωής, ανοίγοντας τον δρόμο για σειρά καινοτόμων πράσινων Βιοτεχνολογικών εφαρμογών. Το μάθημα περιλαμβάνει τις παρακάτω ενότητες: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ: Φωτοσύνθεση και ενεργειακή ροή στη βιόσφαιρα. Βιολογική εξέλιξη και φωτοσύνθεση. Χλωροπλάστες. Σύσταση, δομή και λειτουργία του φωτοσυνθετικού μηχανισμού. ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ: Φωτονιακή απορρόφηση και ενεργειακή διέγερση χρωστικών. Φθορισμός. Τρόποι μεταφοράς ενέργειας στο σύμπλοκο συλλογής φωτός (LHCII). Φωτοσυνθετική ροή ηλεκτρονίων (μη κυκλική και κυκλική). Φωτοφωσφορυλίωση και χημειωσμωτική θεωρία. Κύκλος των Calvin-Benson. Επαγωγικός φθορισμός και φωτοσυνθετική απόδοση. ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΟΥ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ: Πολαρογραφική καταγραφή της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας. Επαγωγικός Φθορισμός-Φυσικοχημικές Αναλύσεις της Μοριακής Δομής και Λειτουργίας του Φωτοσυνθετικού Μηχανισμού. Αντιδράσεις Hill. ΜΟΡΙΑΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΟΥ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ: Προέλευση πρωτεϊνών του φωτοσυνθετικού μηχανισμού. Ρυθμιστικοί μηχανισμοί της πρωτεϊνοσύνθεσης του φωτοσυνθετικού μηχανισμού. Μηχανισμοί μεταφοράς πρωτεϊνών από το κυτόπλασμα στο χλωροπλάστη. Λειτουργική οργάνωση των φωτοσυνθετικών συμπλόκων. ΦΩΤΟΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΟΥ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ: Βιογένεση του Φωτοσυνθετικού Μηχανισμού. Η Βιοσύνθεση των Χλωροφυλλών. Βιοσύνθεση των καροτενοειδών και ο ρόλος των καροτενοειδών στην φωτοσυνθετική διαδικασία. ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΤΗΣ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ: Μηχανισμός συντονισμού φωτεινών και σκοτεινών αντιδράσεων. Ρυθμιστικοί μηχανισμοί διοχέτευσης ενέργειας από το LHC II στο PS I και PS II ("tri-partite" μοντέλο - state 1 state 2). Φωτοπροσαρμογή του φωτοσυνθετικού μηχανισμού. Φωτοαναπνοή - C3- C4- και CAM-φυτά. Ψευδοκυκλική ροή ηλεκτρονίων (αντίδραση Mehler). Φωτοαναστολή. ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ - qP & NPQ: Φωτοχημική απόσβεση της ενέργειας (qP). Μη φωτοχημική απόσβεση της ενέργειας (NPQ). Ο ρόλος των πολυαμινών στη διαχείριση της ενέργειας. ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΑΒΙΟΤΙΚΕΣ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΕΙΣ ΜΕΣΩ ΤΗΣ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗΣ: Φωτοσύνθεση και καταπόνηση. Φωτοσυνθετική διαχείριση ενέργειας και έλεγχος της ανθεκτικότητας στην καταπόνηση - Ο ρόλος των πολυαμινών. Παγκόσμιες περιβαλλοντικές αλλαγές («τρύπα» του όζοντος, φαινόμενο του θερμοκηπίου, αύξηση ατμοσφαιρικού όζοντος) και μηχανισμοί προσαρμογής / προστασίας του φωτοσυνθετικού μηχανισμού σε αυτές τις αλλαγές. ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ - ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ: Βιοαντιδραστήρες μικροφυκών για τη φωτοσυνθετική δέσμευση CO και την παραγωγή βιοκαυσίμων. Βιοενεργητική στρατηγική βιοαποικοδόμησης τοξικών ενώσεων από μικροφύκη. Φωτοσυνθετική παραγωγή υδρογόνου (H) από χλωροφύκη.

Στόχοι Μαθήματος

Το μάθημα ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ αποσκοπεί σε μία ολιστική προσέγγιση και κατανόηση της φωτοσυνθετικής διαδικασίας και ανάδειξη της σπουδαιότητας της στη διαδικασία της ζωής. Η ύλη του μαθήματος στοχεύει να παρουσιάσει στους φοιτητές με τον καλύτερο τρόπο τη μοριακή δομή και λειτουργία του φωτοσυνθετικού μηχανισμού, αλλά και την υψηλή προσαρμοστικότητα του σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Η ταυτόχρονη προσέγγιση της μοριακής βιολογίας, της βιοχημείας, της φυσιολογίας, της φυσικοχημείας και βιοενεργητικής του φωτοσυνθετικού μηχανισμού σε ένα αναπτυξιακό πλαίσιο, επιτρέπει στους φοιτητές να έχουν μία ολιστική προσέγγιση της φωτοσυνθετικής διαδικασίας και τους επιτρέπει να αναπτύξουν τεκμηριωμένη κριτική σκέψη. Η ύλη του μαθήματος αναδεικνύει τους ρυθμιστικούς μηχανισμούς της φωτοσύνθεσης στα πλαίσια μίας «ορθολογικής» διαχείρισης της ενέργειας και του ελέγχου της ανθεκτικότητας των φυτών σε καταπονήσεις, ανοίγοντας τον δρόμο για σειρά πράσινων Βιοτεχνολογικών εφαρμογών. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος της φωτοσύνθεσης ο φοιτητής / τρια θα: - Έχει κατανοήσει σε βάθος τη φωτοσυνθετική διαδικασία. - Έχει γνώση των μοντέρνων τεχνικών και μεθόδων για την κατανόηση της λειτουργίας του φωτοσυνθετικού μηχανισμού. - Έχει αποκτήσει γνώσεις για τον έλεγχο της διαχείρισης της φωτοσυνθετικά δεσμευμένης ενέργειας, ρυθμίζοντας με αυτό τον τρόπο την ανθεκτικότητα των φυτών στις καταπονήσεις. - Έχει αποκτήσει γνώσεις και δεξιότητες για σειρά πράσινων βιοτεχνολογικών εφαρμογών που στηρίζονται στη φωτοσυνθετική διαδικασία (π.χ. φωτοσυνθετική δέσμευση CO2 και παραγωγή βιοκαυσίμων, Βιοενεργητική στρατηγική βιοαποικοδόμησης τοξικών ενώσεων από μικροφύκη, Φωτοσυνθετική παραγωγή υδρογόνου (H2) από χλωροφύκη, κλπ) - Είναι σε θέση να αναζητήσει, να εκτιμήσει και να συνθέσει δεδομένα από τη διεθνή βιβλιογραφία στα πλαίσια μίας επιστημονικής μελέτης.

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα, όμως σε κάθε περίπτωση βασικές γνώσεις από το μάθημα ΒΙΟΛ-152: Δομή και Λειτουργία Φυτικών Οργανισμών ή/και από το μάθημα ΒΙΟΛ-358: Φυσιολογία Φυτών, είναι επιθυμητές.

Περιεχόμενα

- ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ - ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ - ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΟΥ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ - ΜΟΡΙΑΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΟΥ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ - ΦΩΤΟΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΟΥ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ - ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΤΗΣ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ - ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ - qP & NPQ - ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΑΒΙΟΤΙΚΕΣ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΕΙΣ ΜΕΣΩ ΤΗΣ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗΣ - ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ - ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ.