91243 - PHOTOBIOPHYSICS AND PHOTOBIOLOGY

Anno Accademico 2022/2023

  • Docente: Marco Malferrari
  • Crediti formativi: 6
  • SSD: CHIM/02
  • Lingua di insegnamento: Inglese
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea Magistrale in Photochemistry and Molecular Materials (cod. 9074)

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course the student has acquired an interdisciplinary basis for the study of photobiological processes at the molecular level, with special emphasis on photosynthesis and photoreception.

Contenuti

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

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

Il corso tratta i processi primari della fotosintesi, i complessi proteina-pigmento che li catalizzano, la fotorecezione (visiva e non visiva) ed altri processi fotobiologici non-fotosintetici.

Quando necessario per analizzare i sistemi e i meccanismi fotobiologici trattati nel corso, le nozioni specifiche rilevanti di fotofisica e fotochimica verranno richiamate e approfondite. In generale, i processi fotobiologici esaminati saranno prima presentati nel loro contesto cellulare e fisiologico. Successivamente verranno passate in rassegna le strutture cristallografiche dei complessi proteina-pigmento che catalizzano gli eventi primari della fotosintesi, della fotorecezione e degli altri processi fotobiologici considerati (ad esempio l’attività enzimatica delle fotoliasi). Le strutture verranno correlate ai meccanismi molecolari che governano la funzione biologica e saranno discussi i diversi approcci sperimentali che hanno consentito di caratterizzare la relazione struttura-funzione su scala molecolare.

Programma dettagliato.

1. Fotosintesi: concetti generali e aspetti termodinamici.

1.1 L’organizzazione delle membrane fotosintetiche nei sistemi ossigenici e anossigenici.

1.2 Le catene di trasferimento elettronico e la trasduzione chemiosmotica dell’energia luminosa

2. I sistemi antenna: strutture cristallografiche e meccanismi di trasferimento dell’energia.

2.1 Proprietà spettrali di clorofille, carotenoidi e ficobiline

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

2.3 Clorosomi

2.4 Sistemi antenna peridinina-clorofilla nei dinoflagellati

2.5 I complessi LHC 2 e la regolazione del trasferimento di energia nella fotosintesi ossigenica

3. Il centro di reazione fotosintetico: stuttura cristallografica e meccanismo di trasferimento elettronico.

3.1 Il centro di reazione dei batteri rossi come sistema modello dei centri di reazione di tipo Q

3.2 I fotosistemi della fotosintesi ossigenica: PS1 e PS2

3.3 Il complesso OEC

3.4 Separazione di carica elettrica e dinamica conformazionale del centro di reazione

4. Meccanismi protettivi ed adattativi della fotosintesi

4.1 Fotoinibizione e fotoprotezione

4.2 Meccanismi e strategie cellulari di contrasto al danno fotoinibitorio

5. Batteriorodopsine

5.1 Struttura

5.2 Fotociclo e meccanismo di pompaggio protonico

6. Opsine

6.1 Rodopsina visiva ed i processi primari della visione

6.2 Melanopsine ed i ritmi circadiani

7. Fotorecettori non-visivi

7.1 Fitocromi

7.2 Criptocromi

7.3 Fototropine

8. Processi di riparazione fotoindotti nelle cellule: le fotoliasi, struttura e meccanismo catalitico

Testi/Bibliografia

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

Metodi didattici

Lezioni frontali. Durante le lezioni il docente spiegherà i contenuti utilizzando presentazioni PowerPoint che verranno poi messe a disposizione degli studenti. Saranno incoraggiate domande e la discussione dei contenuti tra gli studenti ed il docente. La presenza a lezione non è obbligatoria, ma fortemente consigliata in quanto i contenuti verranno spiegati nel dettaglio.

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 PowerPoint, lavagna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Malferrari

SDGs

Istruzione di qualità Energia pulita e accessibile La vita sulla terra

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.