1
Nevizuální fotorecepce
Cirkadiánní rytmy
Milan Číž
2
Nevizuální fotorecepce
savci
- oční sítnice
- melanopsin
ostatní obratlovci
- komplex šišinky (intrakraniální, parapineální, extrakraniální třetí oko –
tuatara, parietální oči – některé ještěrky, frontální orgán – žáby),
fotoreceptory mezimozku, duhovka, kožní fotoreceptory
- pinopsin, parapinopsin, parietopsin
3
Nevizuální fotorecepce
periferní oscilátory
epifýza
(šišinka)
mozek
oko
duhovka
retina
(sítnice)
kožní iridofory/melanofory
mezimozek
4
Nevizuální fotorecepce
extracelulární prostor
vnitrobuněčný prostor
buněčná
membrána
C-konec
N-konec
retinal
5
Nevizuální fotorecepce
Melanopsin
• fotopigment specializovaných fotosenzitivních ganglií v sítnici
• senzitivní na modré světlo
• připomíná opsiny bezobratlých
• receptor vázající G-proteiny
6
Nevizuální fotorecepce
vlnová délka (nm)
relativníhodnota(%)
spektrum fotopické sensitivity
spektrum oceánského světla (hloubka 200m)
spektrum aktivity melanopsinu
7
Nevizuální fotorecepce
vlnová délka (nm)
relativníkvantováúčinnost
fotopické
vidění
cirkadiánní
vstup
8
Cirkadiánní rytmy
zdroj světla detektor oscilátor výstupní rytmus
9
Cirkadiánní rytmy
časovač
(synchronizer)
oscilátor
cirkadiánní
rytmus
vstup
výstup
např. cyklus
světlo/tma
např. SCN
např. tělesná
teplota
10
Cirkadiánní rytmy
Časovač
(Zeitgeber, synchronizer)
• exogenní (externí) podnět
• synchronizuje endogenní (interní) biologické hodiny organismu k
zemskému 24-hodinovému cyklu světla a tmy
• nejsilnějším synchronizerem je světlo
• ostatní časovače
• teplota
• společenské vztahy
• farmakologická manipulace
• stravovací vzory
11
Cirkadiánní rytmy
periferní oscilátory
metabolismus hormony nervová soustava
retino-hypotalamický trakt
12
Cirkadiánní rytmy
• spánkový cyklus
• hladiny hormonů
• duševní
soustředěnost
• fyzická síla
• teplota těla
• krevní tlak
• krevní viskozita
vstupní složka
výstupní složka
světlo
světlo
Melanopsin
Cryptochrom
Rhodopsin
Suprachiasmatické
jádro (SCN)
hypotalamus
hypofýza mícha
mozeček
kalózní těleso
mozková kúra
SCN
13
Cirkadiánní rytmy
PACAP = Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide
PRs
iPRGCs
RHT
PACAP
glutamát
VPAC
NMDA
ostatní
receptory
14
Cirkadiánní rytmy
světlo
změny v cirkadiánních rytmech, kontrolované SCN
retina
glutamát
glutamát glutamát
glutaminglutamin
glutaminasa
glutaminasa
SCN
neuron astrocyt
GluR GLAST
GLT-1
cílové geny cílové geny
15
Cirkadiánní rytmy
světlo
(napěťově-závislé
vápníkové kanály)ryanodinové
receptory
neuron SCN
ER
Glu
NMDA-R
VDCC
Ca2+
Ca2+
IP3R
cílové geny
rytmicita
fosfatasy
kinasy
16
Cirkadiánní rytmy
světlo
výstup
proteasom (degradace)
17
Cirkadiánní rytmy
cytoplasma
proteasomjádro
cílové geny
18
Cirkadiánní rytmy
19
Podle doby aktivity rozeznáváme druhy živočichů:
• denní (diurnální)
• noční (nokturnální)
• soumračné (krepuskulární)
• indiferentní (arytmické)
Cirkadiánní rytmy
20
Cirkadiánní rytmy
Hodiny
Den
Aktivita (myš)
Aktivita (člověk)
Hodiny
Den Melatonin (myš i člověk)
21
Cirkadiánní rytmy
Změny světelných podmínek v různých etapách historie (podle Maireové
(2015)
Pravěk
Středověk
19. století
Současnost
22
Cirkadiánní rytmy
Osvětlenost horizontální roviny (v lx) za různých světelných podmínek,
citlivost lidského oka, režim zraku a aktivita fotoreceptorů (podle Maireové
(2015)
• svítání a západ slunce dosahují přibližně 1000 lx – tj. hodnoty potřebné k
aktivaci nevizuálního systému člověka
23
Hlavní příčinou sezónní periodicity života živočichů jsou změny v délce
světelné části dne – fotoperiody.
• rozmnožování
• sezónní dimorfismus (polymorfismus)
Fotoperiodismus
24
Dormance:
rozsáhlé období snížené nebo silně redukované činnosti - snížení
metabolismu + útlum ostatních biologických funkcí
• hibernace
– klidový stav organismu v zimním období (zimní spánek)
• estivace
– klidový stav organismu v letním období (letní spánek)
• diapauza
– stav, kdy je pozastaven vývoj nebo růst, silně oslabený
metabolizmus
• kviescence
– klid, dočasný odpočinek, klidové období se sníženým
metabolizmem
Fotoperiodismus