Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Fotosynteza
Course of study:
2016/2017
Code:
JIS-2-015-SW-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Systemy wbudowane i rekonfigurowalne
Field of study:
Applied Computer Science
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
prof. dr hab. Burda Kvetoslava (kvetoslava.burda@fis.agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr Orzechowska Aleksandra (Aleksandra.Orzechowska@fis.agh.edu.pl)
prof. dr hab. Burda Kvetoslava (kvetoslava.burda@fis.agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Student rozumie potrzebę zdobywania wiedzy z różnych dziedzin nauki i jej kompilacji w celu wyjaśnienia zjawisk zachodzących w procesie fotosyntezy. Student potrafi samodzielnie stawiać pytania i szukać na nie odpowiedzi. IS2A_K02, IS2A_K03, IS2A_K01, IS2A_K06 Activity during classes,
Oral answer,
Presentation,
Report,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes,
Completion of laboratory classes
M_K002 Student potrafi samodzielnie, bądź pracując w grupie, opracować zagadnienie obejmujące wiedzę interdyscyplinarną na zadany temat. Podejmuje dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, i potrafi dobrze sformułować własne argumenty. IS2A_K02, IS2A_K03, IS2A_K01, IS2A_K06 Activity during classes,
Oral answer,
Presentation,
Report,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes,
Involvement in teamwork,
Completion of laboratory classes
Skills
M_U001 Student potrafi wskazać procesy transferu energii i elektronów zachodzące w układach fotosyntetycznych o potencjalnym zastosowaniu technologicznym i medycznym. Wie jakie współczesne metody eksperymentalne i na jakim poziomie złożoności pozwalają badać w/w procesy. Potrafi wskazać mechanizmy procesu fotosyntezy, które wciąż wymagają lepszego poznania i zrozumienia. IS2A_U05, IS2A_U02, IS2A_U03, IS2A_U01 Activity during classes,
Oral answer,
Presentation,
Scientific paper,
Report,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes,
Completion of laboratory classes
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę na temat procesu fotosyntezy; zna budowę i organizację aparatów fotosyntetycznych bakteryjnych oraz roślin wyższych. Student zna i rozumie podstawowe mechanizmy działania fazy świetlnej i ciemnej fotosyntezy na poziomie molekularnym. IS2A_W08, IS2A_W07 Activity during classes,
Oral answer,
Presentation,
Participation in a discussion
M_W002 Student posiada wiedzę z zakresu procesów fizykochemicznych fotosyntezy. Zapoznał się z obecnym stanem wiedzy na temat problemu transferu energii i elektronów w obrębie fotosystemów typu II i I. Wie jakie problemy związane są z transferem energii, przekazem elektronów oraz funkcjonowaniem kompleksu wydzielającego tlen. Zapoznał się z mechanizmami molekularnymi fazy świetlenej fotosyntezy o potencjalnym zastosowaniu w tworzeniu nowej generacji baterii słonecznych i ogniw paliwowych. IS2A_W07, IS2A_W02 Activity during classes,
Oral answer,
Presentation,
Participation in a discussion
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Student rozumie potrzebę zdobywania wiedzy z różnych dziedzin nauki i jej kompilacji w celu wyjaśnienia zjawisk zachodzących w procesie fotosyntezy. Student potrafi samodzielnie stawiać pytania i szukać na nie odpowiedzi. + - + - - + - - - - -
M_K002 Student potrafi samodzielnie, bądź pracując w grupie, opracować zagadnienie obejmujące wiedzę interdyscyplinarną na zadany temat. Podejmuje dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, i potrafi dobrze sformułować własne argumenty. + - + - - + - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi wskazać procesy transferu energii i elektronów zachodzące w układach fotosyntetycznych o potencjalnym zastosowaniu technologicznym i medycznym. Wie jakie współczesne metody eksperymentalne i na jakim poziomie złożoności pozwalają badać w/w procesy. Potrafi wskazać mechanizmy procesu fotosyntezy, które wciąż wymagają lepszego poznania i zrozumienia. + - + - - + - - - - -
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę na temat procesu fotosyntezy; zna budowę i organizację aparatów fotosyntetycznych bakteryjnych oraz roślin wyższych. Student zna i rozumie podstawowe mechanizmy działania fazy świetlnej i ciemnej fotosyntezy na poziomie molekularnym. + - - - - + - - - - -
M_W002 Student posiada wiedzę z zakresu procesów fizykochemicznych fotosyntezy. Zapoznał się z obecnym stanem wiedzy na temat problemu transferu energii i elektronów w obrębie fotosystemów typu II i I. Wie jakie problemy związane są z transferem energii, przekazem elektronów oraz funkcjonowaniem kompleksu wydzielającego tlen. Zapoznał się z mechanizmami molekularnymi fazy świetlenej fotosyntezy o potencjalnym zastosowaniu w tworzeniu nowej generacji baterii słonecznych i ogniw paliwowych. + - + - - + - - - - -
Module content
Lectures:
Fotosynteza

1. Początki życia na Ziemi.
Teorie powstawania życia; rozwój fotosyntezy beztlenowej i tlenowej.
2. Podział fotosyntezy na fazę świetlną i ciemną.
Lokalizacja fazy świetlnej i ciemnej fotosyntezy; organizacja struktur
3. Kompleksy zbierające światło.
Rodzaje anten; mechanizmy wzbudzenia; szybkość reakcji przekazywania energii; pojęcie jednostki fotosyntetycznej
4. Budowa układu fotosyntetycznego.
Ewolucja aparatu fotosyntetycznego; podobieństwa i różnice między fotosystemami bakteryjnymi a fotosystemem II i I, wsytępującymi w cjanobakteriach, glonach i roślinach wyższych
5. Dlaczego możliwa stała się fotosynteza tlenowa?
Fizyko-chemiczne własności centrum reakcji fotosystemu II; kompleks manganowy; co wiemy o mechanizmie utleniania wody (wydzielania tlenu)
6. Funkcjonowanie aparatu fotosyntetycznego w warunkach stresowych.
Stres wywołany natężeniem światła, temperaturą, zanieczyszczeniami środowiska (np. ciężkimi metalami, nadmiar CO2, itp.); różne poziomy mechanizmów obronnych wytworzonych przez organizmy fotosyntetyzujące
7. Potencjalne zastosowania procesu fotosyntezy
w tworzeniu nowych źródeł odnawialnej energii (produkcja biomasy – modyfikacje genetyczne, fotoogniwa i ogniwa paliwowe – produkcja O2 i H2, bionika naturalnych układów fotosyntetycznych) i w medycynie (nowa generacja fotouczulaczy, aktywne sztuczne błony)

Laboratory classes:
Pracownia specjalistyczna

1. Studenci uczestniczą w badaniu stabilności separacji ładunków w fotosyntetycznych centrach reakcji metodą termoluminescencji. Pomiary wykonują na układach natywnych (całe liście bądź wyizolowane tylakoidy, które sami przygotowują)i modyfikowanych działaniem wybranych czynników stresowych (herbicydów, metali ciężkich lub temperatury).
Uzyskane wyniki opracowują korzystając z dostępnego oprogramowania, a następnie podejmują próbę interpretacji uzyskanych wyników w odniesieniu do efektywności działania strony donorowej i akceptorowej fotosystemu II.

2. Studenci korzystając z Fytoskopu śledzą dynamiczne zmiany zachodzące w liściach poddanych lokalnemu stresowi (np. tempratury, herbicydów, dużej intensywności światła), które monitorowane są poprzez pomiar fluorescencji indukowanej. Zadaniem studenta jest wskazanie, na którym etapie transferu energii i elektronów w procesie fotosyntezy obserwowane są zmiany.

Dyskutowane są zastosowania powyższych metod w praktyce.

Seminar classes:
Fotosynteza i zagadnienia z nią związane.

Wystąpienia studentów na temat (i)wybranego mechanizmu molekularnego zachodzącego w procesie fotosyntezy, (ii) możliwości jego biomimiki in vitro i potencjalnych zastosowań w praktyce lub (iii) zagadnień dotyczących ogólniejszych problemów związnych z fotosyntezą (np. energetyki, ochrony środowiska lub medycyny).

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 138 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Participation in lectures 30 h
Participation in seminar classes 8 h
Preparation for classes 15 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 35 h
Realization of independently performed tasks 25 h
Contact hours 5 h
Participation in laboratory classes 20 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena z zajęć seminaryjnych (S), ocena z zajęć laboratoryjnych (L) oraz ocena z rozmowy zaliczeniowej (Z)

Ocena końcowa (W) obliczana jest jako średnia ważona z powyższych ocen (S), (L) i (Z):
W = 0.5 x Z + 0.25 x S + 0.25 x L
Nieuzyskanie zaliczenia z seminarium lub laboratorium na czas skutkuje utratą terminu zaliczenia, co jest równoznaczne z uwzględnieniem przelicznika 2.0 dla pierwszego terminu (patrz wyliczenia poniżej).
Ocena wyliczana po uzyskaniu zaliczenia w drugim terminie:
K = 0.3*(pierwszy termin) + 0.7*(drugi termin)
Ocena wyliczana po uzyskaniu zaliczeniu w trzecim terminie:
K = 0.2*(pierwszy termin) + 0.3*(drugi termin)+0.5*(trzeci termin)

Prerequisites and additional requirements:

Ukończenie podstawowego kursu z chemii i fizyki.

Recommended literature and teaching resources:

1. L. Stryer, Biochemia, PWN, Warszawa, najnowsze wydanie
2. B.Ke, Advances in Photosynthesis, vol. 10, Photosynthesis Photochemistry and Photobiology, Kluwer Acad. Pub.,2001
3. Oryginalne prace wskazane przez prowadzącego w zależności od zainteresowań studentów.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Wybrane publikacje:
1 K.Burda, K.Strzałka and G.H.Schmid (1995) Europium- and Dysprosium – Ions as Probes for the
Study of Calcium Binding Sites in Photosystem II, Z.Naturforsch. 50c: 220-230
2 K.Burda, G.H.Schmid (1996) On the determination of the S-State Distribution in the Kok Model,
Z.Naturforsch. 51c: 329-341
3 K.Burda, P.He, K.P.Bader and G.H.Schmid (1996) Temperature Dependence of the O2-
Oscillation Pattern in the Filamentous Cyanobacterium Oscillatoria chalybea and in Chlorella
kessleri, Z.Naturforsch. 51c: 823-832
4 J.Kruk, K.Burda, G.H.Schmid, A.Radunz and K.Strzałka (1998) Function of Plastoquinones B
and C as Electron Acceptors in Photosystem II and Fatty Acid Analysis of PlastoquinoneB,
Photosyn. Research 58: 203-209
5 K.Burda and G.H.Schmid (2001) Heterogeneity of the Mechanism of Water Splitting in Photosystem II, Biochim. Biophys. Acta 1506: 47-54
6 K.Burda, K.P.Bader and G.H.Schmid (2001) An Estimation of the Size of the Water Cluster present at the Cleavage Site of the Water Splitting Enzyme, FEBS Lett. 491: 81-84
7 D.Latowski, J.Kruk, K.Burda, M. Skarzynecka-Jaskier, A.Kostecka-Gugała, K.Strzałka (2002)
Kinetics of vilaxanthin de-epoxidation by violaxanthin de-epoxidase, a xanthophyll cycle enzyme,
is regulated by membrane fluidity in model lipid bilayers, Eur. J.Biochem./ FEBS 269: 4656-
4665
8 K.Burda, J.Kruk, G.H.Schmid, K.Strzałka (2003) Inhibition of oxygen evolution in photosystem II by copper(II) ions is associated with oxidation of cytochrome b559, Biochemical J. 371: 597-601
9 K.Burda, J.Kruk, R.Borgstädt, J.Stanek, K.Strzałka, G.H.Schmid, O.Kruse (2003) Mössbauer
studies of the non-heme iorn and cytochrome b559 in a Chlamydomonas reinharditi PSI- mutant
and their interactions with α- tocopherol quinone, FEBS Lett. 535: 159-165
10 K.Burda (2007) Dynamics of electron transfer in photosystem II. Cell Biochem. Biophys. 47 (2),
271-284
11 A. Orzechowska, M. Lipińska, J. Fiedor, A. Chumakov, M. Zając, T. Ślęzak, K. Matlak, K.
Strzałka, J. Korecki, L. Fiedor, K. Burda (2010) Coupling of collective motions of the protein
matrix to vibrations of the non-heme iron in bacterial photosynthetic reaction centers. Biochim.
Biophys. Acta Bioenerg. 1797, 1696-1704
12 A.Hałas, A.Orzechowska, V.Derrien, A.,I.Chumakov, P.Sebban, J.Fiedor, M.Lipińska, M.Zając, T.Ślęzak, K.Strzałka, K.Matlak, J.Korecki, L.Fiedor, K.Burda, The dynamics of the non-heme iron in bacterial reaction centers from Rhodobacter sphaeroides. Biochim. Biophys. Acta. 1817 ( 2012) ,2095–2102

Additional information:

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na
zajęciach:

Udział studenta w wykładach i zajęciach seminaryjnych jest obowiązkowy. Materiał przedstawiany na zajęciach jet kompilacją wiedzy w oparciu o najnowsze doniesienia na temat procesu fotosyntezy i nie jest dostępny w osobnym opracowaniu. Nieobecność na jednych zajęciach seminaryjnych lub wykładzie wymaga od studenta samodzielnego opanowania omawianego w tym czasie materiału. Nieobecność na więcej niż
dwóch seminariach lub wykładach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału i jego zaliczenia w formie pisemnej badź ustnej w wyznaczonym przez prowadzącego terminie lecz nie później jak w ostatnim tygodniu trwania zajęć. Student, który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 20% zajęć i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości wyrównania zaległości.Od takiej decyzji prowadzącego zajęcia student może się odwołać do prowadzącego przedmiot (moduł) lub Dziekana.

Zasady zaliczania zajęć:
Zajęcia seminaryjne: Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest koniec zajęć w danym semestrze.
Zajęcia laboratoryjne:Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest koniec zajęć w danym semestrze.

Warunkiem uzyskania zaliczenia końcowego jest wcześniejsze zaliczenie seminarium, zajęć laboratoryjnych oraz uzyskanie oceny pozytywnej z rozmowy końcowej obejmującej materiał omawiany na wykładach.