Bioenergetika pohybu 4.ročník biochemie.

Prezentace na téma: "Bioenergetika pohybu 4.ročník biochemie."— Transkript prezentace:

1 Bioenergetika pohybu 4.ročník biochemie

2 Pohyb a tvar - jedny ze základních vlastností organismů
Biologická pohyblivost = interakce 2 složek „cyklický chemi-mechanický mechanismus“ 1) motorové proteiny – tvorba síly v molekulárních krocích poháněná hydrolýzou ATP 2 ) vláknité cytoskeletárními substráty Příklad: myosin – aktinová vlákna kinesin – mikrotubuly

3 Buněčný pohyb * vnitřní * vnější

4 Udržování tvaru - cytoskeleton
Mikrofilamenta 2 spletená aktinová vlákna - průměr 7nm až 7 cm dlouhé pohyb pseupodií (Amoebae) Střední filamenta 8 spletených mikrofilament odolnost vůči mechanickému namáhání Mikrotubuly - pohyb organel, cilií a bičíků pohyb chromozómů při buněčném dělení

5 Cytoskeleton

6 Molekulární motory Funkce: a) tvorba síly b) tvorba točivého momentu
c) kontrolovaný pohyb Typy proteinů myosiny kinesiny dyneiny (DNA-polymerasa)

7 Molekulární motory - struktura
Dvoudoménová organizace = společná vlastnost všech molekulárních motorů globulární hlava – pohybová a ATPasová aktivita protáhlá část – interakce se „zátěží“ motoru (organely, ..) nebo sama se sebou = supramolekulární struktury

8 Myosin II - síla pro svalové stahy

9 Myosin II – vazba na aktinová vlákna

10 Konformační změna myosinu II
Hydrolýza ATP

11 Doména pro vazbu nákladu
Myosin V Katalytická doména nesvalový myosin přenos vesiklů po aktinových „kabelech“ 6 lehkých řetězců Doména pro vazbu nákladu

12 Cyklus myosinu V Pi Pi ADP ADP ATP ADP ATP ATP ATP krok 36nm ADP
ADP+ Pi ADP ADP+ Pi ADP ADP ADP ADP ATP ADP ATP ATP ADP ADP ATP ATP ADP ATP krok 36nm

13 Kinesin pohyb podél mikrotubul nízká sekvenční homologie s myosinem
vysoká strukturní homologie s motorovou doménou

14 Kinesin – transport buněčných vesiklů

15 Model pohybu po vazbě ATP na dimer kinesinu

16 Flagella a cilia aneb „bičíky a brvy“

17 Pohyby brvy a bičíku

18 Typy bičíků bakteriální - helikální filamenta flagelinu
b) archebakteriální - modifikované flageliny c) eukaryontní - axonema = struktura „9+2“ z mikrotubulů

19 Struktura motoru bakteriálního bičíku E.coli

20 Pohon motoru bičíku H+-gradientem

21 Hnací síla motoru bičíku
Gradient H+ nebo Na+ Počet H+ na 1 otáčku ~ 1000 (energie na 1 proton) ~ 2.5 x J  Max. rychlost otáčení 300 Hz Torzní síla ~ 4 x Nm Maximální výkon ~ W Účinnost 50-100% (na místě)  ~ 5% (plavoucí buňka) Počet kroků na 1 otáčku ~ 50

22 Bičík E.coli a chemotaxe
„plavání“ = pohyb bičíku proti směru hodinových ručiček b) „převalování“ - při změně orientace pohybu bičíku poté nový náhodný směr pohybu baktérie Virtuální chemotaxe

23 Mechanismus chemotaxe
MCP = „methyl accepting chemotactic protein“ (1) váží se na něj proteiny CheA a CheW (2) CheA = autofosforylující membránová kinasa ( CheA-P) CheA-P přenáší fosfát na CheY (3) CheY-P spouší motor bičíku a pohyb (4) CheZ – fosfatása, desfosforyluje CheY-P(5) Mechanismus chemotaxe

24 Bičíky archebaktérií strukturní a funkční podobnost bakteriálním bičíkům Rozdíly pohon ATP (mechanismus neznámý) bičík nemá centrální dutiny – nemožnost dorůstání od konce koordinovaný pohyb více filament

25 Bičíky eukaryontů podobná struktura x brvy kratší
charakteristické uspořádání mikrotubul 9 + 2

26 Bičíky eukaryontů pohyb bičíku je umožněn klouzání párů mikrotubulů spojených raménky dyneinů navzájem po sobě

27 Dynein Dynein – posun subcelulárního materiálu podél mikrotubul
- pohyb od (+) směrem k (-) konci mikrotubulu - jeden krok = hydrolýza 1 molekuly ATP - pohyb do středu buňky x při mitóze do středu dceřinných buněk kinesin opačným směrem !! Dynein

28 Kinesin Kinesin - pohyb od (-) směrem k (+) konci mikrotubulu
směrem k vnějším částem buňky specifická funkce v nervech: = přesun materiálu z těla neuronu do zakončení Kinesin

29 Amoéba - pohyb pseudopodií
„pseudopodia“ = falešné nožky výběžky cytoplazmy (nejsou organely) pohyb umožněn cytoskeletem

30 Amoéba - pohyb pseudodopodií
taktika pohlcení potravy („engulfing“) voduvypuzující vesikuly

31 „Getting the Muscle cell to contract“
Svalový stah „Getting the Muscle cell to contract“

32 Kosterní sval - pruhovaná vlákna - multijaderné buňky - ovládání vůlí

33 Kosterní svalstvo

34 Hladký sval bez pruhování jedno jádro autonomní nervstvo

35 Srdeční sval pruhování gap junctions autonomní kontrola

36 Kontraktilní proteiny
Aktin – tenká vlákna Myosin – tlustá vlákna Tropomyosin - tenký Troponin - tenký Aktin a myosin ~ 55% celkového proteinu kosterního svalu

37 Kosterní svalstvo – typy vláken
typ I – pomalé stahy („aerobní – vytrvalecké“) červená vlákna oxidativní metabolismus více kapilár, myoglobinu a mitochondrií odolnost na únavu citlivost na hypoxii funkce – polohové svaly, pomalé pohyby

38 Kosterní svalstvo – typy vláken
typ II – rychlé stahy Typ IIa – rychlé oxidativní („aerobní“) více myoglobinu než typ I více myosin ATPasy Typ IIb – rychlé glykolytické („anaerobní“) nízka odolnost vůči únavě genetická předurčenost

39

40 Akční potenciál - opakování

41 Akční potenciál - mechanismus

42 Akční potenciál a svalová činnost
množství iontů Na+ and K+ přecházející membránu = malé ve srovnání s celkovým množstvím iontů rychlá obnova klidového potenciálu i při vysoké a dlouhotrvající intenzitě pohybu - „únava neuronů“

43 Motoneuron Napojení -motoneuronu na svalovou buňku -motoneuron používá acetylcholin (ACh) jako neurotransmitter

44 Motoneuron - anatomie

45 Nervosvalová ploténka
* axon motoneuroun se rozpojuje na výbežky přenášející vzruch na vlákna svalové buňky

46 Nervosvalová ploténka - funkce
Depolarizace terminálního axonu = zvýšení hladiny Ca2+ a fúze synaptických váčků z presynaptickou membránou

47 Svalové membrány v přenosu vzruchu
Transversální tubuly (T-tubuly) Sarcoplasmatické retikulum = přenos vzruchu z povrchu dovnitř buňky

48 Sarkoplasmatické retikulum
SR = složitý membránový váček obklopující každé svalové vlákénko funkce = uložení, uvolnění a odčerpání Ca2+ koncové cisterny – v kontaktu s T-tubuly propojení akčního potenciálu a kontrakce

49

50 Propojení vzruch - stah
zahrnuje: Sarcolemma T- tubuly Terminalní cisterny SR Ca2+ Troponin

51 Mechanismus svalového stahu

52 Mechanismus svalového stahu 2

53 Cross-Bridge Movement

54 Svalový stah

55 Stah sarkomery

56 Síla stimulu a svalový stah
Pravidlo „vše nebo nic“ Stah stejné síly při odpovědi na stejný akční potenciál Podprahový stimul Prahový stimul Silnější než prahový stimul Motorická jednotka jeden neuron a všechny svalová vlákna jím inervovaná Stupňovaně pro celé svaly Síla stahu od slabé posilnou závisí na síle stimulu

57 Zdroje energie pro svalový stah
Zdroje pro syntézu ATP Kreatinfosfát (CP) uložení zásobní energie během klidu Anaerobní glykolýza tvorba laktátu Aerobní dýchání odbourání glukosy na CO2 a H2O účinnější než anaerobní proces

58 Přenos vzruchu a stah srdečního svalu

59 Zpětné odčerpání Ca2+ Vápníkové pumpy – na membráně SR
snížení koncentrace Ca2+ = uvolnění svalu zpětný pohyb je daleko pomalejší nez pohyb ven z SR = cyklus tvorby můstků pokračuje nějaký čas po skončení akčního potenciálu „rigor mortis“ = posmrtná ztuhlost

60 Konec