ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Данная дисциплина предназначена для подготовки специалистов на
физическом факультете по специальности «биофизика». Ее основная цель –
способствовать формированию у студентов знаний о закономерностях
протекания в живых организмах фотофизических и связанных с ними физико-
химических процессов на разных уровнях организации – от субмолекулярного
и молекулярного до клетки и целого организма, пониманию взаимосвязи
фотофизических, биологических и биохимических процессов в живых
системах.
Фотобиофизика – это научная дисциплина, изучающая фотофизические и
биофизические принципы взаимодействия оптического излучения с
биологическими системами различной степени сложности; то есть объектами
исследования фотобиофизики являются живые системы от простейших до
высокоорганизованных организмов. Задача фотобиофизики – изучение
физических механизмов взаимодействия света с этими биологическими
системами.
В отличие от фотобиологии, в задачу которой входит рассмотрение,
главным образом, физико-химических превращений, непосредственно
связанных с поглощением света, фотобиофизика рассматривает физические
процессы взаимодействия света с живыми системами на разных уровнях их
организации. Это, в частности, можно наглядно проиллюстрировать на примере
растительных организмов. В этом случае взаимодействие квантов света со
структурой растительных объектов можно рассматривать на молекулярном
уровне (собственно акт поглощения света молекулой пигмента), на листовом
уровне (процессы поглощения и рассеяния света фитоэлементами растений), на
ценотическом уровне (формирование внутреннего радиационного режима в
фитоценозе). Поэтому в методическом плане представлялось целесообразным
начать рассмотрение материала с процессов взаимодействия квантов света с
растительными структурами, так как именно этот объект исследования
наиболее удобен, чтобы проследить механизмы светового взаимодействия с
ним от субмолекулярного до ценотического уровня организации.
Последовательность изложения различных разделов данного спецкурса дана с
учетом нескольких функций света, которые он выполняет в отношении
различных живых систем: субстратной, регуляторной, информационной и
деструктивной.
Чтение данного спецкурса преследует решение следующих основных задач
в формировании научного мышления у студентов.
Фотобиофизика, в отличие от фотобиологии, ограничивается, главным
образом, биофизическими аспектами действия света на живые организмы, а
конечный биологический эффект дается лишь для иллюстрации их значимости.
В то же время для фотобиологии характерно, что по мере удаления от чисто
физического акта поглощения кванта света биологическим объектом процесс,
который этим инициирован, становится все больше физиологическим, чем
биофизическим. Кроме этого, при биофизическом подходе описания
4
взаимодействия света с живой системой нередко применяются физические
аналогии, что нехарактерно для фотобиологии, где распространение получил
физиологический подход.
В целом, в результате освоения данного спецкурса у студент должен
ориентироваться в биофизических механизмах функциональной и
структурообразующей роли света на разных уровнях организации живого: от
молекулярного до биосферного.
II. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Фотосинтез как основной фотоэнергетический процесс на Земле
Тема 1. Пигментные системы как первичные фоторецепторы фотосинтеза.
Общие принципы поглощения света пигментными системами растений.
Основные элементы структуры хлорофиллов и их функциональное значение.
Структурные и функциональные характеристики пигментов фотосинтеза с
открытой цепью. Биологический смысл структурно-функциональной
организации пигментов в хлоропластах.
Тема 2. Первичные процессы фотосинтеза. Механизмы поглощения света
молекулой пигмента. Факторы, определяющие структуру спектров поглощения
пигментов. Количественные закономерности поглощения света. Электронно-
возбужденные состояния пигментов. Понятие спектров люминесценции и
спектров возбуждения люминесценции. Механизмы миграции энергии в
хлоропластах. Фотохимические центры и их роль в преобразовании
поглощенной при фотосинтезе энергии. Основные структурно-функциональные
особенности работы ЭТЦ.
Тема 3. Взаимодействие света с фотосинтезирующей структурой листа.
Основные оптические характеристики листа и их связь со структурой листа.
Спектры действия фотосинтеза. Спектральная эффективность фотосинтеза.
Световая кривая фотосинтеза.
Тема 4. Взаимодействие света с фитоценозами. Количественные
характеристики геометрической структуры фитоценозов. Радиационный
режим в фитоценозах. Особенности влияния света на фотосинтез ценозов
различной структуры. Свойства фитоценозов как приемников оптического
излучения
Тема 5. Методы оценки спектральной эффективности действия видимого
излучения на растения. Концепция максимальной спектральной эффективности
на основе солнечного света.
Концепция максимальной спектральной эффективности на основе
классического спектра действия фотосинтеза зеленого листа.
Регуляторные функции света
Тема 6. Фитохром как основной фоторецептор фоторегуляции у растений,
его основные свойства.
