Osmo%cký stres, vysychání, zamrzání

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Osmo%cký stres, vysychání, zamrzání"

Bohumil Novák
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Osmo%cký stres, vysychání, zamrzání

2 Voda v buňce Voda v buňce: 1. chemicky vázaná 2. nekovalentně vázaná na ionty a makromolekuly díky dipólu 3. ve vakuolách 4. v apoplastu Důležitá pro všechny metabolické procesy Hydratace proteinů zásadní pro zachování jejich 3D struktury a stability:

3 Voda v buňce Vodní potenciál = chemický potenciál vody vztažený na jednotku molárního objemu 3 složky: 1. Osmo%cký potenciál 2. Turgor 3. Gravitace Turgor vnitřní hydrosta%cký tlak buňky, nezbytný pro růst, udržení tvaru, vzpřímené pozice ve vodě apod. Když není turgor, vodní poteciál je roven osmo%ckému potenciálu Plně hydratovaná buňka bude mít maximální možný osmo%cký potenciál pokud BS, udržuje konstantní turgor, pokud ne, tak konstantní tvar Řasy bez pevné BS

4 Složky vodního potenciálu: Plantphys.info

5 Voda v buňce Voda proudí do míst s nižším vodním potenciálem Dehydrace buňky snižování buněčného osmo%ckého potenciálu Osmo%cký stres je důsledkem salinity, vysychání i mrazu, proto jsou tyto stresy podobné Nad roztokem bude menší tlak páry než nad vodou

6 Osmo%cký stres Vnější zdroje změna osmo%ckého tlaku prostředí např změna salinity nebo vysychání Rozdíl v působení roztoku cukrů a roztoku solí Řasy bez pevné buněčné stěny budou reagovat změnou objemu buňky Hraniční plazmolýza wikipedia

7 Salinita v přírodě V otevřeném moři stabilní koncentrace (35g/l NaCl) Hypersalinní prostředí i přes 300g/l Prostředí s kolísající salinitou: estuária, inter%dální zóna, brakická voda, mořský led, jezera,...

8 Jak se bránit osmo%ckému stresu Žádný oxygenní autotrof neakumuluje sůl v koncentraci odpovídající prostředí média Osmo%cká aklimace regulace produkce rozpuštěných látek v buňce, aby stabilní turgor nebo tvar buňky když nemá BS Zápornější osmo%cký potenciál umožní buňce lépe zadržovat vodu

9 Ionty Druhy osmolytů u řas Organické osmolyty Uhlovodíky Cukry monosacharidy disacharidy Polyoly Heterosidy Aminokyseliny a jejich deriváty

10 Bisson & Kirst 1995

11 Ionty Na +, K +, Cl -, méně významné Mg 2+, Ca 2+ anionty (nitrát, fosfát) jsou metabolizovány, ale ve vysokých koncentracích jako osmolyty Efek%vní, levné, rychlé a snadno regulovatelné vysoké koncentrace nega%vně ovlivňují metabolismus především ve vakuolách

12 Organické osmolyty Akumulace především při dlouhodobém stresu Po skončení stresu degradují na zásobní látky Řada řas akumuluje více než 1 osmolyt Vyrovnání osmo%ckého stresu u mikrořas 1-2 hodiny, u makrořas 15-20x pomalejší

13 Compa%ble solutes Další funkce těchto látek, často nepřesně používané jako synonymum neovlivňují metabolismus ani při vysokých koncentracích Nemají celkový náboj Dobře rozpustné Ochrana proteinů a stabilizace membrán Mechanismy stabilizace ne úplně jasné

14 Polyoly Alkoholy obsahující více hydroxylových skupin Různé funkce v buňce: Osmolyty Compa%ble solutes An%oxidanty zhášení ROS Kryoprotektanty Substrát pro respiraci mannitol ribitol sorbitol glycerol

15 Glycerol Levný na syntézu 30 ATP Neomezeně rozpustný ve vodě Další funkce: ochrana pro% zamrznut Typický pro nejhypersalinnější řasy Zdá se být ideální proč není univerzální? 77ingredients.com Dunaliella salina

Cukry Jednoduché cukry nejsou časté mannóza např.

více různých osmolytů, pak cukry jsou jen krátkodobou odpovědí na

makromolekulách - vitrifikace Sacharóza stojí 109 ATP Sacharóza

16 Cukry Jednoduché cukry nejsou časté mannóza např. u rozsivky Cylindrotheca fusiformis Pokud organismus produkuje více různých osmolytů, pak cukry jsou jen krátkodobou odpovědí na stres Trehalóza u anhydrobiontů, nahrazuje strukturně vodu v makromolekulách - vitrifikace Sacharóza stojí 109 ATP Sacharóza významná u některých mořských zelených makrořas nemají vůbec polyoly trehalóza sacharóza mannóza

17 Heterosidy Deriváty monosacharidů Ruduchy, Chrysophyceae

18 Dusíkaté látky Prolin (aminokyselina) rozsivky, zelené řasy Betainy metylované AK u sinic ty nejhalofilnější (Halothece, Halospirulina) produkují glycin betain, opro% tomu sladkovodní mají disacharidy prolin Glycin betain

19 DMSP Velký rozdíl v koncentraci mezi příbuznými skupinami a rody Jako osmolyt funguje až při dlouhodobém stresu Navíc funguje jako kryoprotektant: stabilizace proteinů, snižuje bod mrazu Výhodný v moři - např. Phaeocys7s, Cera7um, Gyrodinium, Ulva

20 Typické osmolyty některých halofilních a halotolerantních sinic a řas Oren (2007)

21 Vysychání V zásadě podobné osmo%ckému stresu, ale: Při vysychání hraje kromě osmo%ckého stresu roli tzv. matriční stres Na druhou stranu, nemění se poměr iontů anhydrobióza pravá tolerance

22 Související stres z osvětlení Gray et al. 2007

23 Schéma pro zelené řasy:

24 Extracelulární polysacharidy Knowles & Castenholz (2008)

25 Klebsormidium Aeroterestrické řasy Stres v cukerném roztoku: Ψ= 2.09 MPa Ψ= 1.67 MPa Kaplan et al. (2012)

26 Celkově ale málo rozpusných uhlovodíků (1,2% suché hmotnos%) Kaplan et al. (2012) Ve vyschlých vzorcích 3.6krát více organických osmolytů (Morison & Sheath) Stenohalinní Nemá polyoly Mechanická flexibilita

27 Cold acclima%on Nagao et al. (2008)

28 Nagao et al. (2008)

29 Trebouxiophyceae polyoly: chemotaxonomický marker jednotlivých cladů Ribitol: Eliptochloris, Watanabea clade Sorbitol: Prasiola clade Apatococcus lobatus k ribitolu navíc erythritol Chlorella žádné Gustavs et al. (2006, 2011)

30 Trentepohlia: glycerol, erythritol, ribitol, arabitol, mannitol, volemitol

31 Mráz 2 problémy: nedostatek vody a nízká teplota Mechanický stres Tuhnut membrán zmenšení elas%city Intra X extracelulární led

32 Ochrana Cold acclima%on Změna složení lipidů Akumulace osmolytů sacharóza Akumulace kryoprotektantů avoidance (podchlazení) - prolin, glycerol, glykoproteiny An% freeze proteins (AFP), např. mořské rozsivky Fragillariopsis) Větší produkce enzymů (např. Rubisco)

34 Morgan-Kiss et al. (2006)

35 Řasy v mořském ledu Velmi stresující prostředí nízké teploty, nedostatek světla, hypersalinita Bacillariophyceae, Chrysophyceae, Chlorophyceae, Cryptophyta, Dinophyta, Prymnesiophyceae, Prasinophyceae ak%vní fotosyntéza měřena při -8 C, v laboratorních podmínkách i při -17 C Rozsivky (nejen) mají speciální adaptaci - ice binding proteins

36 ICE BINDING PROTEINS Effect of ice-binding proteins (IBP) on freezing of seawater medium. Seawater medium (LeC) and seawater medium with IBP (Right) are shown in centrifuge tubes a er expulsion of most of the brine by centrifuga%on. IBP ice has a finer, more homogeneous appearance, apparently caused by smaller brine pockets. (Scale bar: 1 cm.)

37 Effect of ice-binding (IBP) on brine reten%on by frozen seawater. Saltwater medium samples containing semipure IBP (triangles) at close to normal concentra%on and without IBP (circles) were frozen overnight and then subjected to increasing centrifuga%on. The cumula%ve amount of expelled brine was measured, they appear to trap small pockets of water between the branches. Scale bar, 1 mm.

38 Různý efekt jednotlivých faktorů Různé antark%cké zelené řasy a sinice Šabacká & Elster (2006)

39 Osmo%cký a matriční stres (Gustavs et al. 2010)

Podobné dokumenty

Obrana proti nebezpečným účinkům UV

Obrana proti nebezpečným účinkům UV Samozastínění Bischof et al. (2002) Ulva sp. screening Není jasné, jestli mají pasivní UV screening Z chemické povahy by mohly konjugované dvojné vazby musely by ale