Pohyb bičíky a fyzikální zvláštnosti života v mikrosvětě Vladimír Hampl.

Prezentace na téma: "Pohyb bičíky a fyzikální zvláštnosti života v mikrosvětě Vladimír Hampl."— Transkript prezentace:

1 Pohyb bičíky a fyzikální zvláštnosti života v mikrosvětě Vladimír Hampl

2 BIČÍKY, ŘASINKY, BRVY Řasinkový epitelNálevník Bičíkovec Prokaryotický bičík = „lodní šroub“Eukaryotický bičík = „had“

3 Vnější páry mikrotubulů Středový pár mikrotubulů Dyneinová raménka Radiální paprsky Průřez bičíkem Bičíky Průřez bazálním tělískem Bazální tělísko Plazmatická membrána Triplety Dyneinová raménka Pohyb bičíku EUKARYOTICKÝ BIČÍK - CILIUM

4 Jana a kol. 2013 Bičík je tvořen cca 331 proteiny u Trypanosoma brucei, 279 proteiny u Chlamydomonas reinhardtii a 263 proteiny u Tetrahymena thermophila. EUKARYOTICKÝ BIČÍK - CILIUM

5 DE NOVO TVORBA BIČÍKU - NAEGLERIA

6

7

8 STRUKTURA BIČÍKU - AXONEMA (Mitchell, 2000)

9 JAK VZNIKAJÍ PRAVIDELNÉ REPETICE Oda a kol. 2014

10 JAK VZNIKAJÍ PRAVIDELNÉ REPETICE Oda a kol. 2014

11 JAK VZNIKAJÍ PRAVIDELNÉ REPETICE Oda a kol. 2014

12 PRINCIP OHYBU BIČÍKU

13 Chlamydomonas (Ginger a kol, 2008) Spermie ježovky (Nicastro a kol, 2005) ROLE CENTRÁLNÍHO PÁRU Video

14 TVAR CENTRÁLNÍHO PÁRU Pigino a kol. 2012 Tetrahymena Chlamydomonas

15 ROLE RADIÁLNÍCH PAPRSKŮ (Smith a kol, 2004)

16 STRUKTURA BIČÍKU - AXONEMA (Mitchell, 2000)

17 Chlamydomonas Trypanosoma MODIFIKACE STRUKTURY BIČÍKU (Ginger a kol, 2008)

18 PRODUKCE ATP V BIČÍKU

19 PRODUKCE ATP V BIČÍKU TREPKY

20 Rychlost metabolismu protist Velmi závisí na fyziologickém stavu buňky. Hladovějící buňky se zmenší a jejich metabolismus se výrazně zpomalí.

21 ENEGETICKÝ ÚČET ZA POHYB BIČÍKEM Katsu-Kimura 2009 Nárůst spotřeby O 2 při zvyšující se rychlosti pohybu u trepky. Paramecium pohybující se rychlostí 1 mm/s spotřebovává cca 70% energie na pohyb. Spotřeba v klidu Spotřeba v pohybu 1mm/s

22 Bičíky bijí normálně 50x, ale až 70x (Crithidia), 90x (úhoří spermie) za sekundu. Většina bičíkovců – až 0,2 mm/s Obrněnky – až 0,5 mm/s Nálevníci – až 1 mm/s Bičík působí silou 1-4 pN a vykoná práci cca 2 x 10 -16 J. Účinnost pohybu je velmi nízká. Jen asi 0,1% vložené energie se u trepky projeví pohybem vpřed (Katsu-Kimura 2009). U pstruha je to 10 %. PARAMETRY POHYBU BIČÍKEM

23 Dává do souvislosti setrvačné síly a viskozitu (tedy odpor prostředí v důsledku vnitřního tření). Pomocí toho čísla je možné určit, zda je proudění tekutiny laminární a nebo turbulentní. Čím je Reynoldsovo číslo vyšší, tím nižší je vliv třecích sil částic tekutiny na celkový odpor. R= Velikost částice Rychlost částice Kinematická viskozita prostředí POHYB ČÁSTICE V PROSTŘEDÍ < 2-4.10 3 < Laminární proudění Turbulentní proudění

24 R = 10 4 R = 10 6 R = 10 -3 1 cSt = 10 -6 m 2 /s ν ŽIVOT VE SVĚTĚ MALÝCH R

25 Mezní vrstva (šedě) je vrstva kapaliny, ve které se proudění vlivem blízkosti povrchu zpomaluje nebo zcela zastaví. MEZNÍ VRSTVA KAPALINY

26 ŘASINKOVÝ POHYB

27 VLNA

28

29

30

31 MASTIGONEMY Chrysophycae

32 DLOUHÝ BIČÍK NEZNAMENÁ RYCHLEJŠÍ POHYB

33

34

35 Malawimonas Směr pohybu Přední bičík pádluje jako řasinka, zřejmě řídí směr pohybu a natáčí buňku Zadní bičík se vlní směrem od báze a žene buňku vpřed HETERODYNAMICKÉ BIČÍKY

36

37 OBRNĚNKY

38

39

40 ZMĚNA POHYBU BIČÍKŮ U CHLAMYDOMONAS

41 Video - Leishmania FOTORECEPCE

42 Nejsou sice fyzicky spojeny, ale leží v mezní vrstvě souseda. V důsledku toho mají tendenci se pohybovat koordinovaně, aniž by musely být jinak regulovány. MEMBRANELY A CIRY

43 Euplotes CHŮZE POMOCÍ BIČÍKŮ

44 SHRNUTÍ Eukaryotický bičík je „had“. Sestává ze stovek proteinů a je strukturně velmi konzervovaný. Motorem pohybu je klouzání dyneinů po mikrotubulech na obvodu. Aktivita dyneinů je regulována centálním komplexem, paprsky a blízkostí mikrotubulů, po kterých kráčí. Protista žijí ve světě malých Reynoldových čísel, kde neexistuje setrvačnost. Hydrodynamiku ovlivňuje také existence mezní vrstvy. Hladký bičík žene 2x více tekutiny, pokud se pohybuje ve směru příčném než ve směru podélném U bičíku s mastigonematy se toto pravidlo obrací a obrací se také směr pohybu.

45 KLOUZAVÝ POHYB

46 BIČÍKOVÝ PROTEOM TRYPANOSOMY