Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Fotosynteza
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFT-2-042-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Techniczna
Semestr:
0
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. Burda Kvetoslava (kvetoslava.burda@fis.agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr Orzechowska Aleksandra (Aleksandra.Orzechowska@fis.agh.edu.pl)
prof. dr hab. Burda Kvetoslava (kvetoslava.burda@fis.agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę na temat procesu fotosyntezy FT2A_W03, FT2A_W01, FT2A_W05, FT2A_W02 Aktywność na zajęciach,
Odpowiedź ustna,
Prezentacja,
Udział w dyskusji
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 świetlnej fotosyntezy o potencjalnym zastosowaniu w tworzeniu nowej generacji baterii słonecznych i ogniw paliwowych. FT2A_W03, FT2A_W04, FT2A_W01, FT2A_W05, FT2A_W02 Aktywność na zajęciach,
Odpowiedź ustna,
Prezentacja,
Udział w dyskusji
Umiejętności
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. FT2A_U02, FT2A_U01, FT2A_U04, FT2A_U06, FT2A_U05, FT2A_U03 Aktywność na zajęciach,
Odpowiedź ustna,
Prezentacja,
Referat,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
Kompetencje społeczne
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. FT2A_K02, FT2A_K03, FT2A_K01 Aktywność na zajęciach,
Odpowiedź ustna,
Prezentacja,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
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. FT2A_K02, FT2A_K03, FT2A_K01 Aktywność na zajęciach,
Odpowiedź ustna,
Prezentacja,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaangażowanie w pracę zespołu,
Zaliczenie laboratorium
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę na temat procesu fotosyntezy + - - - - + - - - - -
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 świetlnej fotosyntezy o potencjalnym zastosowaniu w tworzeniu nowej generacji baterii słonecznych i ogniw paliwowych. + - + - - + - - - - -
Umiejętności
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. + - + - - + - - - - -
Kompetencje społeczne
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. + - + - - + - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
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)

Ćwiczenia laboratoryjne:
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.

Zajęcia seminaryjne:
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).

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 138 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Udział w zajęciach seminaryjnych 8 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 35 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 25 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem 5 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 20 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

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)

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Ukończenie podstawowego kursu z chemii i fizyki.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

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

Informacje dodatkowe:

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

Udział studenta 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 wymaga od studenta samodzielnego opanowania omawianego w tym czasie materiału. Nieobecność na więcej niż
dwóch seminariach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału i jego zaliczenia w formie pisemnej bądź 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.