Курс "Физиология растений. Часть 1" читается студентам третьего курса биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова в 5 семестре. 

Физиология растений – наука об организации и координации функциональных систем зеленого растения. Физико-химический, экологический и эволюционный аспекты физиологии растений. Ее задача - познание закономерностей жизнедеятельности растений, раскрытие молекулярных основ сложных функций и механизмов их регуляции в системе целого организма.

Методологические основы фитофизиологии. Редукционизм, органицизм и интегратизм как подходы к изучению живых систем. Сочетание различных уровней исследования (субклеточный, клеточный, организменный, биоценотический) как необходимое условие прогресса физиологии растений. Специфические методы фитофизиологии как науки.

Задачи дисциплины углубленный анализ молекулярных механизмов различных функций интактного растительного организма (дыхание, фотосинтез, минеральное питание, водный обмен, рост и развитие, размножение, устойчивость к абиотическим и биотическим стрессам.), их связь между собой, регуляция и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуального развития.

Цели дисциплины – изложение и закрепление знаний у студентов о физиологии растений как интегральной науки о жизнедеятельности интактного растительного организма – клеток, органов, функциональных систем.

Список всех тем лекций

Лекция 1. Физиология растений.
Методы и подходы Происхождение растений, место в систематике.отличия высших растений от других организмов. Дополнительная информация: экологические, политические, экономические и этические аспекты растений Биоэнергетика Энергетическая система клетки - дыхание Процессы, происходящие в митохондриях

Лекция 2. Физиология растений.
Биоэнергетика Хиноны (убихиноны и пластохиноны) Флавинадениндинуклеотид и флавинмононуклеотид Железосерные белки Гемы-коферменты цитохромов Комплекс 1: никотинамидадениндинуклеотид-дегидрогеназный комплекс (НАДН-дегидрогеназный комплекс) (НАДН-убихинон-оксидоредуктазы/НАДН-дегидрогеназы) митохондрий растений комплекс) у растений Схема работы (Сукцинат дегидрогеназа) (супрамолекулярные структуры, содержащие митохондриальные ферменты дыхательной цепи) Особенности гликолиза у растений

Лекция 3. Физиология растений.
Специфика энергетических систем растительной клетки I Два пути образования фруктоза-1,6-бисфосфатов у растений Дифосфат-зависимая фосфофруктоза Гликолиз в растительной клетке Регулирование гликолиза у животных и растений Специфика энергетических систем растительной клетки II Общая схема цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса) Транспорт веществ через мембрану митохондрий Цикл трикарбоновых кислот в растительной митохондрии Зачем нужна альтернативная оксидаза и как она включается Транспорт интермедиатов дыхания через мембрану митохондрий Электрон-транспортная цепь дыханий растений Образование суперкомплекса Система оксидаз растительной клетки

Лекция 4. Фотосинтез.
Фотосинтез Многообразие хлорофилов Основные структурные особенности молекулы хлорофила Биосинтез порфиринов у растений происходит в пластидах Спектры поглощения хлорофиллов Энергетические уровни хлорофилла Первичные процессы фотосинтеза Простейшие схемы фотосинтеза Где взять источник электронов Z-схема фотосинтеза Кофакторы электрон-транспортной цепи фотосинтеза Организация фотосинтетического аппарата Фотосистема II (первый функциональный комплекс электрон-транспортной цепи хлоропластов) Кинетика работы водоокисляющего комплекса Фотосистема I (пластоцианин-ферредоксин-оксидоредуктаза): второй функциональный комплекс электрон-транспортной цепи хлоропластов

Лекция 5. Фотосинтез.
Фотосинтез Электрон-транспортная цепь хлоропластов Варианты электронного транспорта в электрон-транспортной цепи хлоропластов Антенны (светособирающие комплексы/антенные комплексы): пигмент-белковые комплексы фотосинтезирующих организмов Антенны, фикобилисомы - светособирающий комплекс Состав пигментов в антенных комплексах Светособирающие комплексы различных организмов Каротинойды: Каротины ксантофиллы Развлечение генных инженеров  Схема мономер фотосистемы II с антенными комплексами Светособирающие комплексы фотосистем I и II Латеральная гетерогенность (светособирающий комплекс 2) Функции каротинойдов

Лекция 6. Фотосинтез.
Механизм регулирования и защиты фотосистемы от фотодеструкции Функции каротинойдов Каротинойды в хлоропластах Виолоксантиновый цикл "Переключение" виолоксантиновой системы Схема "Цикла Кальвина" "Цикл Калвина": Энергетика фазы Фаза кабоксилирования ВПЦ (восстановительного пентозофосфатного цикла) Рибулёзобисфосфат-карбоксилаза оксигеназа (основной фермент листьев растений)  Решение проблем низкого углекислого газа: активация РуБисКо Рубиско (РуБисКо - фермент, катализирующий присоединение углекислого газа к рибулёзо-1,5-бисфосфату) РуБиско: катализирует две взаимоисключающие реакции Решение проблем низкого углекислого газа Восстановительная фаза Цикла Кальвина Фаза регенерации: общая схема перегруппировок бисфосфата бисфосфата Фаза регенерации: первая, вторая транскетолизная реакция Фаза регенерации: образование рибулёзо-5-фосфата Общий вид и регуляция Крахмал в пластидах и сахароза в цитозоле Гидролиз транзиторного крахмала в хлоропластах

Лекция 7. Фотосинтез, минеральное питание.
Фотосинтез Схема к шизофреничному ферменту Фотодыхание общая и подробная схемы Соотношения карбоксилазной и оксигеназной функции Рубиско Решение проблемы низкого СО2 Фотосинтез: Кранц-анатомия С4-фотосинтез Фосфоенолпируваткарбоксилаза Регулирование фосфоенолпируваткарбоксилазы Карбогидраза присутствует только в цитозоле Участники игры Три варианта С4-растений (растения, у которых третий этап фотосинтеза протекает с присоединением углекислого газа к фосфоенолпировиноградной кислоте) Распределение ферментов С4-фотосинтеза Три варианта С4-растений и С4-растений в зависимости от ее концентрации растений САМ-метаболизм (Crassulacean Acid Metabolism): Временное карбоксилирование в фиксации углекислого газа и С4-метаболизм: возможные варианты Маленькая сенсация-одноклеточный С4-фотосинтез Электронная микроскопия со схемой одноклеточного С4-фотосинтеза Минеральный обмен растений Минеральное питание Восстановление нитратов Нитратредуктаза: схема работы Регуляция работы нитратредуктазы Нитратредуктаза: строение

Лекция 8. Минеральный обмен растений.
Минеральный обмен растений Азот Использование азота Флавоноид+белок NodD (активируют транскрипцию nod-генов, которые кодируют ферменты, обуславливающие формирование базовой структуры липо-хитонового олигосахарида) Использование активности Nod (nucleotide-binding oligomerization domain)-генов-Nod-фактора (гены, кодирующие свойство клубеньковых бактерий образовывать клубеньки на корнях бобовых) Структура нитрогеназы В ядре клеток растений активируются гены, необходимые для симбиоза Включение азота в органические соединения Вторая система глутаматдегидрогенеза "Добыча" азота растением Транспорт азота Включение азота в органические соединения при азотофиксации Сера Сера "работает" в разных степенях окисления Метаболизм серы Основные ферменты Обмен серы в растении Поглощение ионов корнем растений Проницаемость биологических мембран Варианты транспортных процессов через мембрану Схема транспортных систем растительной клетки

Лекция 9. Минеральное питание, водный обмен растений.
Варианты транспортных процессов через мембрану Принципиальная схема транспортных процессов растительной клетки Схема транспортных систем растительной клетки Первичный транспорт Три типа аденозинтрифосфата из растительной клетки Структура белка Н-АТФазы (водородной аденозинтрифосфатазы) плазмалеммы Н-АТФаза тонопласта Образование электрогенного потенциала на плазмалемме и тонопласте АВС-транспортёры (транспортные белки, использующие энергию гидролиза аденозинтрифосфатазы для транспорта через мембраны самых разных химических агентов) АВС-транспортёры: строение работа Вторичный транспорт Две стратегии поглощения железа растениями Железо восстанавливается и переносится через мембрану специфическим транспортёром Стратегия 2: обеспечивает поглощение трехвалентного железа за счет образования специальных хелатирующих соединений фитосидерофор) Пассивный транспорт Системы транспорта калия в растительных клетках Функции калия Водный обмен растений Водичка в растительной клетке Осмотические явления

Лекция 10. Водный обмен растений.
Водный обмен растений Осмотические явления Растительная клетка как осмотическая система Термодинамические показатели воды Водный баланс клетки Осмотический стресс Направление воды в системе целого растения Колебания водного потенциала в растительных тканях Динамические характеристики потока воды в клетку Аквапорины Структура водных каналов аквапоринов Капиллярные эффекты Поглощение воды корнем Устьица - особые клетки эпидермиса Гуттация

Лекция 11. Водный обмен растений, растительная клетка.
Водный обмен растений Нижний концевой двигатель Радиальное строение и механизм возникновения корневого давления Радиальный транспорт воды в клетке Механизм работы верхнего концевого двигателя Схема флоэмного транспорта Строение флоэмы Состав флоэмного и ксилемного эксеудата Вещества, не транспортируемые (А) и транспортируемые во флоэме (В) Клетка: спутницы бывают трех типов Симпластная и апопластная загрузка флоэмы Симпластическая загрузка флоэмы Взаимность ксилемного и флоэмного транспорта Растительная клетка Органеллы эукариотической клетки Классификация органелл Два пути сортировки белков: цитоплазматический и секреторный Сигнальные последовательности транспорта белков в растительной клетке Транспорт ядерно-кодируемых белков в хлоропласт Секреторный путь транспорта белков Аппарат Гольджи Цитология растительной клетки Клеточная стенка

Лекция 12. Клеточная стенка, плазмалеммы.
Клеточная стенка сахаров Строение микрофибрилл целлюлозы Строение целлюлозо-синтазы Сшивочные гликаны Гемицеллюлозы: ксилоглюкан двудольных Пектины "Замковые зоны" пектиновой сети Пектины: функциональная сеть клеточной стенки Структурные белки клеточной стенки Трехмерная модель двух типов клеточной стенки Лигнины Образование лигнина Плазмалеммы

Лекция 13. Клеточная стенка, плазмалеммы.
Плазмалеммы Некоторые особенности плазмалеммы Функции плазмолеммы Структура растительного аппарата Гольджи Везикулярный транспорт, типы молекул Вакуоли Транспорт белков в вакуоли: варианты и сигналы Пероксисомы Разновидность пероксисом Структура ядерных пор Некоторые особенности ядерного генома растений

Лекция 14. Физиология клетки.
Некоторые особенности ядерного генома растений Взаимопревращение пластид контролируется ядерным геномом Фитоферритин в пластидах мезотила сои, аминопласт Этиопласт, формирование хлоропласта Структура хлоропластного генома риса Структура хлоропластного генома разных видов растений Сходства и отличия хлоропластного генома и белоксинтезирующей системы от бактериальных Гены хлоропластов Особенности работы пластидной системы РНК-полимеразы Функции пластид Растительные митохондрии: строение митохондрий Структура митохондрий кукурузы Сопоставление хлоропластного и митохондриального геномов риса Гены митохондрий Варианты редатбирования хлоропластных митохондриальных РНК растений Метаболизм растительной клетки Клеточный цикл и его регуляция Культура клеток высших растений Культура клеток как биологическая система Каллусогенез и дифференцировка культуры клеток Характеристика каллусных культур Получение суспензионных культур клеток Система выращивания культур клеток высших растений

Лекция 15. Культура клеток высших растений.
Три ипостаси культуры клеток высших растений Основные свойства культуры клеток высших растений Гетерогенность популяций культур клеток высших растений Генетическая гетерогенность культур клеток Перестройка хромосом в культуре клеток Отбор клеток по максимальной или устойчивой пролиферации Параметры клеточного цикла и митотический индекс культур клеток Изменение плоидности клеток при выращивании культуры клеток диоскореи в проточном режиме Протопласты Фотосинтез Минеральное питание Использование элементов питания: азот Культивирование клеток диоскореи - влияние фосфата

Лекция 16. Культура клеток высших растений.
Культура клеток высших растений Протопласты Основные свойства культуры клеток высших растений Морфогенез диполярный - геммогенез, ризогенез Сомаклональная вариабельность: механизмы и закономерности Рост и развитие Соматический эмбриогенез: этапы и факторы Практическое использование культуры клеток высших растений Коллекция растительных объектов Коллекция "пробирочных" растений Коллекция тканей и органов растений Депозитарий живых систем МГУ Сельскохозяйственная биотехнология Клеточная селекция: схема клеточной селекции Рынок лекарственных препаратов