66847 - FOTOBIOLOGIA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente è in grado di esaminare in un'ottica chimico-fisica i principali processi fotobiologici per i quali sono disponibili conoscenze a livello molecolare. In particolare, lo studente apprende i processi primari della fotosintesi ossigenica e anossigenica, gli eventi primari della visione, i fotorecettori vegetali e le fotoliasi, evidenziando le relazioni esistenti tra la funzione biologica e le strutture molecolari e sopramolecolari che realizzano il processo fotobiologico.

Contenuti

Prerequisiti: nozioni di base di biochimica, chimica-fisica e fotochimica.

Frequenza: il corso non prevede l'obbligo di frequenza.

Programma: il corso comprende una parte iniziale in cui si richiamano nozioni di chimica-fisica e fotochimica  necessarie per l'analisi dei sistemi fotobiologici trattati e si analizzano le proprietà spettroscopiche dei principali cromofori associati ai complessi proteici fotoattivi. Successivamente vengono passate in rassegna le strutture cristallografiche dei complessi proteina-pigmento che catalizzano gli eventi primari della fotosintesi, della visione e di altri processi fotobiologici (fotorecezione non visiva, attività enzimatica delle fotoliasi). Le strutture vengono correlate ai meccanismi molecolari che governano la funzione biologica e sono discusse le diverse metodologie di indagine chimico-fisica che hanno consentito di caratterizzare il sistema su scala molecolare.

Il programma può essere riassunto come segue:

1.  Richiami di fotofisica e fotochimica

1.1 Transizioni elettroniche. Il principio di Franck-Condon. Resa quantica di processi fotofisici e fotochimici.

1.2 Trasferimento dell'energia di eccitazione: meccanismi di Förster e di Dexter.

1.3 Meccanismi di trasferimento elettronico intra-proteina: teoria di Marcus e modelli quantistici

2. Proprietà spettrali di clorofille, carotenoidi, ficobiline

3. Generalità sulla fotosintesi

3.1 L'organizzazione delle membrane fotosintetiche nei sistemi ossigenici e anossigenici.

3.2 Le catene di trasporto elettronico e la trasduzione chemiosmotica dell'energia luminosa.

4. I sistemi antenna della fotosintesi: strutture cristallografiche e meccanismi di trasferimento dell'eccitazione elettronica

4.1 I complessi LH1 ed LH2 dei batteri rossi e la loro organizzazione sopramolecolare

4.2 I clorosomi

4.2 I ficobilisomi dei cianobatteri e delle alghe rosse

4.3 I sistemi peridinina-clorofilla dei dinoflagellati

4.4 I complessi LHC 2 e la regolazione del trasferimento dell'energia di eccitazione nella fotosintesi ossigenica

5. Il centro di reazione fotosintetico: strutture cristallografiche e meccanismi di trasferimento elettronico

5.1 Il centro di reazione di tipo Q come sistema modello

5.2 I fotosistemi della fotosintesi ossigenica: PS 1 e PS2

5.3 Il complesso OEC.

5.4 Eventi di separazione di carica e dinamica conformazionale dei centri di reazione.

6. La batteriorodopsina: struttura e fotociclo

7. Le rodopsine visive e i processi primari della visione.

8. I fotorecettori delle piante: fitocromi e crittocromi.

9 La fotoliasi: struttura e meccanismo catalitico.

Testi/Bibliografia

Il docente fornirà come materiale didattico le presentazioni power point utilizzate durante le lezioni e articoli scientifici di rassegna e di ricerca per l'approfondimento di specifici argomenti.

Metodi didattici

Lezioni teoriche.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova d'esame è rivolta a verificare il raggiungimento dei seguenti, principali obiettivi didattici: (a) conoscenza delle basi chimico-fisiche dei principali processi primari fotobiologici trattati nelle lezioni;  (b) conoscenza del contesto biologico (citologico, fisiologico)  in cui i processi considerati si collocano; (c) capacità di analizzare e discutere risultati chimico-fisici tratti dalla letteratura di ambito fotobiologico.  La prova consiste nell'esposizione e discussione di un primo argomento scelto dal candidato e in un colloquio su argomenti del programma.

Strumenti a supporto della didattica

Personal computer, videoproiettore, presentazioni power point, lavagna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giovanni Venturoli