Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://plantphys.bio.msu.ru/education/program_choob.doc Дата изменения: Tue Apr 22 14:17:45 2014 Дата индексирования: Sat Apr 9 23:11:42 2016 Кодировка: koi8-r

Вопросы билетов курса «Физиологии растений» доцента Чуба В.В.

Фотосинтез

1. Хлорофиллы. Общие принципы организации молекулы. Основные этапы
биосинтеза. Спектр поглощения хлорофиллов. Понятие о нативных формах.
Энергетические переходы в молекуле хлорофилла. Белковые комплексы,
содержащий хлорофилл. Миграция энергии. Окислительно-восстановительные
реакции с участием хлорофилла. Продукция активных форм кислорода.
2. Каротиноиды. Общее представление о биосинтезе. Протекторная роль
каротиноидов в фотосистемах. Виолаксантиновый цикл и его роль в
регуляции распределения энергии. Защитная функция каротиноидов.
Каротиноиды как предшественники АБК. Экологическая роль каротиноидов.
3. Продукция активных форм кислорода с участием возбужденного хлорофилла.
Экологические факторы, способствующие образованию синглетного
кислорода. Защитные механизмы. Роль виолаксантинового
(ксантофиллового) цикла в регуляции распределения энегрии квантов
света.
4. Антенные комплексы. Подвижные и неподвижные комплексы. Фикобилисомы.
Фикобилины как дополнительные ферменты фотосинтеза у водорослей и
цианобактерий. Нативные формы хлорофиллов в антенных комплексах.
Понятие о фотосинтической единице. Факторы, влияющие на ассоциацию
светособирающего комплекса с ФС II и ФС I.
5. Строение и функционирование ФС I. Ассоциация и диссоциация с подвижным
светособирающим комплексом. Кооперация работы ФС I и ФС II.
Локализация ФС I в мембране тилакоидов.
6. Строение и функционирование фотосистемы II. Водоокисляющий комплекс и
реакции образования кислорода. Работа реакционного центра. Участие ФС
II в нециклическом потоке ?. Работа ФС II в циклическом режиме.
Локализация ФС II и взаимодействие со светособирающим комплексом.
7. Нециклический, циклический и псевдоциклический транспорт электрона.
Последовательность переносчиков. Цикл вокруг фотосистемы II. Реакция
хлородыхания как регуляция редокс-статуса пула пластохинонов.
Подвижные переносчики в составе компелксов. Одно- и двухэлектронные
переносчики.
8. Взаимосвязь между фотосинтетической функцией и ультраструктурой
хлоропластов. Локализация белковых комплексов на мембранах тилакоидов
(ССК, ФСII, ФСI, цитохром-b/f-комплекс, АТФ-синтаза). Переключение с
нециклического на циклический поток электронов по ЭТЦ фотосинтеза и
связанное с ним изменение локализации комплексов.
9. Фиксация СO2 в растительной клетке. Сравнительная характеристика
основных карбоксилаз клетке:RubisCO и ФЕП-карбоксилазы. Роль
карбоангидразы в фиксации СO2. Механизм концентрирования CO2 у С-4 -
растений. Регуляторные функции углекислоты в реакции
открывания/закрывания устьиц, активация темновых и световых реакций
фотосинтеза.
10. Восстановительный пентозофосфатный путь (цикл Кальвина). Основные
этапы и биохимические реакции, входящий в цикл. Характеристика RubisCO
как ключевого фермента. Регуляция активности ферментов цикла Кальвина.
Связь цикла со световыми реакциями фотосинтеза. Экспорт метаболитов
цикла Кальвина из хлоропласта в цитозоль. Челночные механизмы.
11. Взаимозавсимость световой и темновой фазы фотосинтеза. Регуляция цикла
Кальвина. Участие тиоредоксиновой системы, концентрации Mg2+, рН.
Специфика активации и инактивации RubisCO. Участие ядерного и
хлоропластного генома в биосинтезе RubisCO.
12. Фотодыхание. Ключевая реакция, запускающая процесс фотодыхания.
Экологические условия, повышающие интенсивность фотодыхания. Биохимия
превращений веществ при фотодыхании. Интеграция метаболизма
хлоропластов, митохондрий и пероксисом. Связь фотодыхания с другими
процессами: метаболизмом серы и азота. Понятие об углекислотном
компенсационном пункте фотосинтеза. Сравнение углекислотного
компенсационного пункта у С3 и С4 растений.
13. Экологическая роль С-4 фотосинтеза. Химизм первичных процессов
ассимиляции углекислоты. Обмен метаболитами между клетками мезофилла и
обкладки на примере НАДФ-зависимого МДГ-пути С-4 фотосинтеза.
14. С-4 фотосинтез. ФЕП-карбоксилаза как основной фермент. Анатомические
особенности С-4 растений. Многообразие путей декарбоксилирования при С-
4 фотосинтезе. Три варианта цикла. Адаптивное экологическое значение С-
4 фотосинтеза.
15. Разнообразие типов декарбоксилирования при C-4 фотосинтезе: НАДФ-
зависимый и НАДФ-завсисмый МДГ и ФЕП-карбоксикиназный варианты С-4.
Связь типа декарбоксилирования с ультраструктурой хлоропластов,
анатомическими и цитологическими особенностями листьев.
16. САМ-метаболизм. Основные особенности САМ-растений. Суточная динамика
процессов фиксации и восстановления СО2 у САМ-растений. Экологическое
значение САМ-метаболизма.
17. Адаптивное экологическое значение САМ-метаболизма. Суточная динамика
фотосинтетических процессов и их компартментация. Три варианта
декарбоксилирования при САМ-метаболизме. Облигатные и факультативные
САМ-растения.


Дыхание

1. Гликолиз. Общий химизм реакций. Особенности гликолиза у растений.
Регуляция. Роль фруктозо-2,6-бисфосфата как сигнальной молекулы,
регулирующей отношение между гексозами и триозами. Молочнокислое и
спиртовое брожение. Связь гликолиза с другими процессами: С-4, САМ,
окислительным пентозофосфатным циклом, циклом Кребса, циклом Кальвина.
Обращение реакций гликолиза (глюконеогенез) у растений.
2. Цикл Кребса. Последовательность реакций. Пируватдегидрогеназный
комплекс. Связь цикла Кребса с САМ, метаболизмом азота, гликолизом.
Взаимодействие цикла Кребса и ЭТЦ митохондрий.
3. Мобилизация запасных нейтральных липидов при прорастании семян.
Биохимическое взаимодействие олеосом, глиоксисом и митохондрий.
Гидролиз триглицеридов, ?-окисление жирных кислот, глиоксилатный цикл
и глюконеогенез. Связь с процессами электронного транспорта на
мембранах митохондрий и с циклом трикарбоновых кислот (цикл Кребса).
4. Электрон-транспортная цепь митохондрий. Особенности растительных
митохондрий: альтернативные дегидрогеназы, альтернативная оксидаза.
Комплексы I, II, III и IV. Синтез АТФ на мембране митохондрий.
Эффективность переноса протонов через мембрану в зависимости от
альтернативных путей передачи электрона.
5. Альтернативная оксидаза митохондрий. Экологическая роль для
привлечения опылителей у ароидных. Механизмы регуляции активности,
защитная функция альтернативной оксидазы.

Фотосинтез+Дыхание

1. Сравнение окислительного и восстановительного пентозофосфатного пути.
Общие черты и особенности. Связь пентозофосфатных циклов с
метаболическими процессами: синтезом фенольных соединений, полимеров
клеточной стенки, нуклеиновых кислот. Роль окислительного и
восстановительного пентозофосфатного пути как источника
восстановительных эквивалентов.
2. Сравнение Q-цикла фотосинтеза и дыхания. Стехиометрия переноса
протонов через мембрану. Особенности FeS-центра Риске. Локализация
компонентов Q-цикла в мембране. Изображение Q цикла в Z-схеме и в
схеме редокс-потенциалов при дыхании.
3. Преобразование энергии протонного градиента (?µH+) в энергию
химических связей (АТФ) на внутренней мембране хлоропластов и
митохондрий. Строение АТФ-синтазного комплекса и механизм его работы.
Особенности регуляции синтеза АТФ в хлоропластах.

Водный обмен растений

1. Водный обмен растений. Термодинамические показатели воды: активность,
химический потенциал, водный потенциал. Составляющие водного
потенциала: осмотический, матричный, гидравлический и гравитационный.
Понятия о тургоре, плазмолиз. Поток воды через мембрану:
гидравлическое сопротивление, коэффициент отражения, способы регуляции
потоков воды через клетку. Аквапорины.
2. Верхний и нижний концевой двигатель водного потока. Поглощение воды
корнем, создание корневого давления. Капиллярные эффекты. Силы адгезии
и когезии. Транспирация и способы её регуляции. Устьичные движения.
Гуттация. Строение и функции гидатод.
3. Загрузка терминальной флоэмы листа фотоассимилятами. Симпластический и
апопластический путь. Значение клеток-спутниц в загрузке ситовидных
элементов. Состав флоэмного сока в зависимости от типа загрузки.
Информационные макромолекулы, перемещающиеся по флоэме на примере
флоригена (FT-фактора).


Клетка

1. Симбиогенетическая теория происхождения хлоропластов. Структура и
функции хлоропластного генома. Взаимодействие с ядерным геномом.
Взаимные превращения пластид. Физиологическая роль разных типов
пластид.
2. Геном пластид и геном митохондрий. Общие черты и особенности каждого
из геномов. Генетическая ёмкость: гены домашнего хозяйства и гены,
отвечающие за специфические функции хлоропластов и митохондрий.
Феномен цитоплазматической мужской стерильности как взаимодействие
между ядерным и митохондриальным геномами. Спорофитный и гаметофитный
контроль ЦМС. Взаимодействие хлоропластного и ядерного геномов,
примеры двойного кодирования.
3. Основные структурные полимеры клеточной стенки. Ковалентные,
водородные и ионные связи между полимерными сетями. Биосинтез
целлюлозы, сшивочных гликанов, пектиновых веществ. Структурные белки и
ферменты, входящие в состав клеточной стенки. Изменение состава
клеточной стенки по мере роста и дифференцировки.
4. Внутриклеточные рецепторы. Роль убиквитинирования и протеолиза в
передаче сигнала. Факторы транскрипции, представлении о многообразии.
Регуляторные элементы (боксы) в промоторах генов. Механизмы
специфического изменения экспрессии генома в ответ на сигнальные
молекулы.

Рост и Развитие.

1. Передача сигнала от рецепторов к мишеням. Основные типы рецепторов.
Примеры систем вторичных мессенджеров. Двухкомпонентные киназы и
каскады фосфорилирования, МАР-киназы. Гетеротримерные G-белки.
Мембранные липиды как источник вторичных мессенджеров. Факторы
транскрипции, регуляторные элементы в промоторах генов.
2. Ауксин. История открытия. Биосинтез, депонирование и необратимое
окисление. Транспорт ауксина через клетку. Основные физиологические
эффекты. Роль ауксина в регуляции. Гербицидные свойства аналогов
ауксина.
3. Явление фототропизма. Высоко- и низкоэнергетический ответ.
Фототропины: строение фоторецептора, роль в запуске реакции
фототропического изгиба. Ауксин как молекула-медиатор ответа.
4. Геотропизм. Методы исследования. Первичная реакция растения на
ускорение масс. Распределение гравичувствительных зон по растению.
Участие внутриклеточных структур в развитии геотропического изгиба.
Роль ауксинов в явлении геотропизма.
5. Цитокинины. История открытия. Биосинтез. Активные и неактивные формы
цитокининов. Основные физиологические эффекты. Взаимодействие
ауксинов и цитокининов в различных физиологических реакциях.
6. Фитопатогенные организмы как продуценты растительных гормонов.
Agrobacterium - специализированные паразиты растений. Молекулярный
механизм взаимодействия растений и агробактерий. Трансформация.
Трансгенные растения. Основные проекты, связанные с траснсгенными
растениями.
7. Гиббереллины, история открытия. Биосинтез. Многообразие
гиббереллинов, активные и неактивные формы. Регуляция уровня
гиббереллинов в растении. Основные физиологические эффекты
гиббереллинов. Мобилизация запаса питательных веществ в зерновках
злаков. Роль GA в регуляции цветения. Брассиностероиды как
синергисты GA и ауксинов.
8. Абсцизовая кислота. Особенности биосинтеза. Использование мутантов
для исследования путей биосинтеза АБК. Основные физиологические
эффекты. Регуляция работы устьиц абсцизовой кислотой. АБК как
регулятор состояния покоя. Адаптации к стрессу, опосредованные АБК.
9. Этилен. Особенности биосинтеза и рецепции. Тройной ответ проростков
на этилен. Роль этилена в созревании плодов и в листопаде.
Физиологические ответы растения, связанные с поранением и нападением
патогенов и травоядных. Этилен как регулятор цветения. Практическое
использование эффектов этилена.
10. Жасмонаты, салицилат, оксилипины, олигосахарины и короткие пептиды,
их роль в ответе растений при патогенезе. PR - белки. Понятие об
элиситоре, концепция «ген - на - ген» в вертикальной устойчивости.
Горизонтальная устойчивость. Роль активных форм кислорода,
фитоалексинов и программированной гибели клеток в иммунитете
растения.
11. Фоторецепторы растений: фототропины, криптохромы и фитохромы.
Хромофорные группировки и основные принципы передачи сигнала.
Фитохромы А и В, различие в спектрах поглощения и физиологических
реакциях. Реакции на сверхнизкую, низкую и высокую освещённость. К -
ДК переходы при поглощении света фитохромами.
12. Значение фотопериодических физиологических реакций в адаптации
растений к климатическим условиям. Деление растений на группы в
зависимости от реакции на фотопериод. Восприятие фотопериодического
сигнала. Опыты Чайлахяна. Понятие о биологических часах. Эффект
прерывания ночи. Гормональная теория цветения: понятие о флоригене.
Молекулярные основы перехода к цветению.
13. Фотоморфогенез. Деэтиоляция. Использование мутантов для изучения
молекулярных основ деэтиоляции. Синдром избегания тени.
Светозависимое прорастание семян. Фототропизм. Рецепторы, играющие
главную роль в реакциях фотоморфогенеза.
14. Термопериодизм. Явления яровизации. Восприятие температурного
сигнала. Опыты Чайлахяна. Стресс-периодизм.
15. Циркадные процессы в растениях. Понятие о внутренних биологических
часах. «Подстройка» внутренних часов по внешним ритмам. Молекулярные
механизмы восприятия фотопериода, и физиологические реакции,
находящиеся под их контролем.

Минеральное питание.

1. Понятие о доступных формах азота. Поглощение нитрата: метаболический,
транспортный и запасной пул. Нитрат-редуктаза: строение, принципы
работы, регуляция активности. Нитрит-редуктаза. Локализация, источник
восстановительных эквивалентов. Распределение активности нитрат- и
нитрит-редуктазы по органам растений. Изоформы ферментов.
2. Понятие о пулах нитрата в растительной клетке. Особенности
восстановления нитрата у разных растений. Нитрат как регуляторная
молекула. Связь процесса ассимиляции нитрата со световой фазой
фотосинтеза, циклом трикарбоновых кислот (цикл Кребса), С-4
метаболизмом.
3. Вовлечение иона аммония в метаболизм. Глутаминсинтетаза (ГС),
глутамин:оксоглутаратаминотрансфераза (ГОГАТ), глутаматдегидрогеназа
(ГДГ). Особенности метаболических путей аммония в хлоропласте,
цитоплазме, митохондриях. Превращение кетокислот в аминокислоты. Связь
метаболизма азота с основными метаболическими путями: гликолизом,
циклом Кребса, циклом Карпилова-Хэтча-Слэка, фотодыханием.
4. Симбиотическая фиксация азота. Виды бактерий, способных вступать в
симбиоз. Факторы нодуляции (на примере бобовых). Этапы колонизации
корней бобовых симбиотическими бактериями. Нитрогеназа - основной
фермент, фиксирующий атмосферный азот. Принцип строения, особенности
работы. Роль лег-гемоглобина в функционировании клубенька.
5. Значение соединений серы для растений. Коферменты, содержащие серу.
Регуляторная роль соединений серы. Тиоредоксиновая система. Глутатион
и его производные. Защита от ионов тяжелых металлов. Вторичные
метаболиты, содержащие серу, и их экологическая роль.
6. Поступление сульфата в клетку с использованием вторично-активного
транспорта. Ассимиляция серы. Компартментация основных процессов
метаболизма серы. Реакции сульфатирования. Дальнейшее восстановление
сульфата, сульфита и образование цистеина.
7. Многообразие органических соединений, содержащих серу. Поглощение
сульфата и его вовлечение в метаболизм. Сульфатирование и
восстановление до сульфида. Синтез цистеина, глутатиона, фитохелатина.
Роль серы в поддержании редокс-статуса клетки и в защите от
окислительного стресса. Регуляции активности ферментов за счёт
окисления/восстановления остатков цистеина. Примеры ферментов,
регулируемых тиоредоксиновой системой.
8. Основные принципы генерации, потенциала на плазмалемме и тонопласте.
Н+АТФазы р- и V-типа, Н+-пирофосфатаза. Са2+-АТФаза. Понятие о
первично- и вторично-активном переносе ионов. Примеры помп,
антипортеров, симпортеров. Пассивный транспорт через каналы и
переносчики. Регуляция мембранного потенциала.
9. Поступление К+ в растительную клетку. Физико-химические закономерности
поступления ионов. Понятие о кажущемся свободном пространстве
апопласта. Доннановский и диффузионный потенциал. Многообразие каналов
и переносчиков, переносящих калий.
10. Особенности поглощения железа из почвы: две стратегии поглощения. Роль
соединений железа как редокс-кофакторов электрон-транспортных цепей.
Ферменты, содержащие железо. Участие железа в восстановлении
соединений азота и серы. Лег-гемоглобин - уникальное соединение,
участвующее в переносе молекулярного кислорода.
11. Уникальность систем транспорта Са2+ в растительных клетках. Системы
пассивного, первично- и вторично-активного транспорта Са2+. Динамика
изменения концентрации Са2+ в цитозоле: всплески (spikes), осцилляции
и волны. Примеры процессов, сопровождающихся изменением концентрации
кальция. Понятие о «кальциевом росчерке» (signature) при передаче
сигнала.
12. Са2+ как вторичный мессенджер. Многообразие систем трансмембранного
активного и пассивного транспорта Са2+. Временные и пространственные
особенности Са2+-сигнала. Кальмодулины и другие белки, содержащие EF-
«руки» (EF-hand), Са2+-зависимые протеинкиназы, их роль в передаче
сигналов. Основные депо кальция. Связь Са2+ с различными системами
вторичных мессенджеров. Клеточная стенка и цитоскелет как участники
передачи Са2+-сигнала.
13. Фосфор. Органические соединения, содержащие фосфор. Роль фосфора в
энергетике клетки и редокс-реакциях. Сигнальная роль фосфатсодержащих
вторичных мессенджеров. Каскады фосфорилирования. Протеинкиназы и
протеинфосфатазы. Роль 14-3-3 белков в регуляции активности ферментов.
Пирофосфат как источник энергии. Роль фосфора в транспортных и
метаболических процессах, челночных механизмам транспорта. Поддержание
рН в клетке.

Устойчивость и вторичный метаболизм растений.

1. Устойчивость растений к солевому стрессу. Общие механизмы
солеустойчивости и устойчивости к засухе. Гликофиты и галофиты.
Специфика адаптации к засолению. Механизмы поступления NaCl в клетку.
Токсичное действие солей.
2. Адаптация растений к солевому стрессу. Механизмы, связанные с
понижением водного потенциала в вакуолях и цитоплазме .Изменение
матричного потенциала биополимеров. Защита от токсического действия
высокой ионной силы (на примере Na+-засоления).
3. Механизмы защиты растений от патогенных микроорганизмов и грибов.
Конститутивная, полуиндуцибельная и индуцибельная защита. Понятие об
элиситоре. Роль ферментов, фитогормонов, вторичных метаболитов и
активных форм кислорода в реакциях иммунитета.
4. Вторичный метаболизм. Признаки вторичных метаболитов. Функции,
выполняемые вторичными метаболитами. Конститутивные,
полуконститутивные, индуцибельные вторичные метаболиты. Группы
вторичных метаболитов: изопреноиды, алкалоиды, фенольные соединения,
цианогенные гликозиды, глюкозинолаты. Общие принципы биосинтеза.
5. Алкалоиды - группа азотсодержащих вторичных метаболитов. Биохимическая
классификация: протоалкалоиды, истинные алкалоиды и псевдоалкалоиды.
Примеры растений, содержащих аклкалоиды. Экологическая роль
алкалоидов.
6. Биосинтез терпеноидов. Примеры монотерпенов. Вторичные метаболиты и
фитогормоны терпеноидной природы. Каротиноиды как пример изопреноидных
соединений. Другие терпеноидные соединения, входящие в состав липидов
и мембранных комплексов тилакоидов.