Wiki FKKT - User contributions [en]

RNA kataliza: napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine

2025-04-16T07:51:27Z

Julijadolinsek: /* Zaključek */

=Uvod=
===RNA kataliza in hipoteza o RNA svetu===
RNA molekule, imenovane ribocimi, so encimi sestavljeni iz RNA namesto proteinov. Znani ribocimi v celicah vključujejo nukleolitične ribocime, samoizrezujoče introne, RNaz P (procesira tRNA) in peptidil transferaze v ribosomu. Kataliza z ribocimi je bila odkrita v 80. letih prejšnjega stoletja. Funkcije zgodnjih ribocimov so bile različne: spajanje RNA molekul, procesiranje tRNA molekul, kataliziranje cepitev glede na specifično mesto (tudi obratno ligacijo) RNA. Kasnejša odkritja so pokazala, da so nekatere ključne celične reakcije katalizirane s pomočjo RNA. To je na primer prenos peptidov v ribosomih in spajanje mRNA. Odkritje encimske funkcije RNA je tako dopolnilo teorijo o nastanku življenja.

Molekularna biologija temelji na principih, da nukleinske kisline shranjujejo in prenašajo genetske informacije, medtem ko proteini katalizirajo reakcije, vključno z replikacijo in translacijo. O samem začetku teh funkcij in procesov je težko sklepati, zato je bila predlagana poenostavitev te teorije, imenovana hipoteza o RNA svetu. Ta opušča idejo DNA in proteinov ter se osredotoča na RNA, kateri pripisuje dvojno vlogo (shranjevanje informacij, kataliza reakcij). Predvideva se, da je takšen RNA svet obstajal le kratek čas, saj so celice z RNA metabolizmom relativno hitro prepoznale prednosti uporabe peptidov in proteinov. Ta faza je bila morda ključna in je omogočila začetek celotnega procesa. Da bi lahko popolnoma potrdili to hipotezo primanjkuje neposrednih dokazov, vendar glede na to, da je ribosom še vedno ribocim po vsem tem času (več milijard let), je to najprepričljivejši dokaz.

V nadaljevanju bodo predstavljene nove raziskave in dokazi, ki nakazujejo na to, da je RNA lahko katalizirala presnovne reakcije v prvih celicah. Pozornost pa bo usmerjena na reakcije s prenosom alkilnih skupin.

=Reakcije, ki jih ribocimi katalizirajo=
===Znane reakcije ribocimov===
Vsi znani naravni ribocimi izvajajo eno od naslednjih reakcij: prenos peptida ali prenos fosforilne skupine. V prvo skupino spada ribosomska RNA, v drugo pa več vrst ribocimov, katere lahko naprej delimo po tipu, ali po mehanizmu reakcije, ki jo katalizirajo. Prvi tip reakcije je transesterifikacija, ki jo katalizirata samoizrezujoča introna 1 in 2 ter RNA, ki sodelije v spliceosomu. Drugi tip je cepitev na specifičnem mestu, katero katalizirajo nukleolitični ribocimi, na primer ribocim kladivo, twister ribocim, ribocim hepatitisa delta itd. Glede na mehanizem poznamo dve glavni skupini: tisto, ki reakcije katalizira na osnovi kovinskih ionov, in tisto, ki uporablja kislinsko-bazno katalizo.
V prvo skupino spadata samoizrezovalna introna tipa 1 in 2 in RNaza P, v drugo pa vsi ostali. Te lahko še naprej delimo po točnem mehanizmu kislinsko-bazne katalize, glede na kateri atomi imajo vlogo kisline oziroma baze. Kislina je pogosto eden od dušikov na adeninu ali citozinu, 2’ hidroksilna skupina na ribozi ali hidratirani kovinski ion, kot bazo pa večina ribocimov uporablja 1. dušik na gvaninu, nekateri pa tudi hidratiran kovinski ion.

===Bolj kompleskne reakcije ribocimov===
Da že za en tip reakcije ribocimi uporabljajo veliko različnih mehanizmov, kaže na to, da so možne reakcije večih vrst, z večjo kompleksnostjo, kar teorija RNA sveta tudi zahteva. Še posebej pomembne so reakcije, kjer nastanejo nove vezi med dvema ogljikoma (C-C), ogljikom in dušikom (C-N) ter ogljikom in žveplom (C-S). Ribocime, ki katalizirajo takšne reakcije, iščemo z in vitro selekcijskimi metodami, kjer na delno ali celotno naključno določeno RNA zaporedje vežemo en reaktant, drugi reaktant pa na biotin. Če RNA zaporedje reakcijo katalizira, se veriga veže na biotin, kar omogoča njeno izolacijo. To zaporedje lahko uporabimo za naslednji cikel selekcije1. Na tak način so našli ribocime, ki lahko lahko katalizirajo kompleksne reakcije kot so aldolna adicija, adicija po Michaelu, prenos acilne skupine, Diels-Alder ciklizacija in ostale.

Večina teh ribocimov še nima določene strukture, skoraj noben določenega mehanizma. Od vseh so najbolj opisani tisti, ki katalizirajo premestitve metilnih ali alkilnih skupin, kjer se tvorijo vezi med ogljikovimi in dušikovimi atomi (C-N). Skupine, ki jih te ribocimi lahko prenašajo so raznolike: od enostavne metilne skupine do bolj kompleksnih alkilnih skupin, kot so na primer propargilna skupina, ki se uporablja pri klik kemiji, polietrska veriga z epoksidno skupino in ostale. Donorji skupin so lahko SAM (S-adenozil metionin), ki prispeva metilno skupino, ali spremenjeni nukleotidi za ostale skupine.

Struktura je bila določena večim v tej skupini. Nekateri so zgrajeni iz enostavnih struktur iz lasničnih zank, na primer ribocim SMRZ-1. Ta veže SAM v velikem žlebu, podobno kot pri RNA stikalu SAM-V, in metilira RNA. Glede na strukturo aktivnega mesta lahko sklepamo, da za katalizo poleg orientacije in bližine reaktantov, RNA in kofaktorja, ni potrebna nobena druga skupina. Enako je tudi pri epoksid-vezavnem ribocimu, ki ima podobno strukturo iz lasnične zanke in tudi ne potrebuje drugih skupin za katalizo reakcije. Ker za določitev ribocimov, ki so sami sposobni vezati kofatorje v pravi orientaciji za katalizo reakcije, potrebujemo le nekaj ponovitev selekcije, lahko sklepamo, da se po še večih ponovitvah selekcije lahko razvijejo ribocimi, ki uporabljajo bolj kompleksne mehanizme katalize.

=MTR1, ribocim, ki katalizira prenos alkilne skupine=
MTR1 je in vitro razvita katalitična RNA, ki veže različne spojine O6-alkilgvanina in omogoča prenos alkilne skupine na N1 izbranega adenina v RNA. Podobno funkcijo ima encim za popravljanje DNA (DNA O6-metilgvanin transferaza). Izdelavo MTR1 so začeli z oblikovanjem izbočenega trikrakega stičišča, ki je vsebovalo osrednji del s 40 naključnimi nukleotidi. Sledila je inkubacija z biotiniliranim O6-benzilgvaninom, pri čemer je bila selekcija usmerjena tako, da se je biotinsko označena alkilna skupina kovalentno vezala na RNA. S pomočjo še dodatnega inženiringa pa so na koncu ustvarili MTR1. Njegova funkcija je katalizacija prenosa alkilne skupine na N1 položaj adeninske nukleobaze v jedru stičišča. Zagotavlja popoln in hiter prenos (1 min⁻¹ v optimalnih pogojih).

===Osnovne značilnosti in struktura MTR1===
3D struktura je bila določena s kristalografijo. Ta je potrdila, da reakcija poteče do konca. Rezultat reakcije je popoln prenos alkilne skupine z zunanje O6-alkilgvaninske spojine na N1 adenina A63 v tarčni verigi. Aktivna struktura je sestavljena iz trikrakega helikalnega stičišča, v katerem se odvijajo vse reakcije. Jedro sestavljajo štiri ravnine baznih interakcij. Ravnino 1 in 2 predstavljata bazna para G:C. Na vrhu je ravnina 4, ki je sestavljena iz trojne interakcije med tremi adeninovimi nukleotidi. Produkt reakcije (eksogeni gvanin) tvori ravnino 3. Gvanin je vezan z vodikovimi vezmi na nukleobaze C10 in U45 ter na N6 tarčnega A63, katere so v isti ravnini. Ta kompleks predstavlja aktivno središče ribocima.
Pred reakcijo je eksogeni produkt gvanina prisoten kot O6-alkilgvanin, po reakciji pa se stabilizira s sedmimi vodikovimi vezmi: tri vezi z nukleobazo C10, tri z U45 in ena z A63. Poleg tega je umeščen med G:C bazni par na spodnji strani ter trojno interakcijo treh adeninov, ki sestavljajo zgornjo ravnino 4.

===Katalitski mehanizem alkiltranferazne aktivnosti MTR1===
Struktura ribocima narekuje mehanizem katalize, ki jo omogočajo trije ključni dejavniki. O6-alkilgvanin se močno poveže z ribocimom, kar zmanjša aktivacijsko entropijo. Geometrija omogoča poravnavo neveznih elektronov na N1 adenina 63 z vezjo C-O, kar vodi do optimalnega prekrivanja σ* orbital. Struktura ribocima prav tako nakazuje mehanizem, kjer se citozin 10 obnaša kot kislina in protonira O6-alkilgvanin.
Pri nevtralnem pH je citozin 10 neprotoniran, vendar vezava O6-alkilgvanina pri aktivnem MTR1 ribocimu povzroči protonacijo N3 in stabilizacijo preko tvorbe vodikove vezi z N12.

Mehanizem predvideva, da se alkilna skupina prenese na tarčni N1 adenina 63, ponovno vzpostavljena karbonilna dvojna vez na gvaninu (brez alkila) pa ustvari negativni naboj na N1. Citozin 10 s protoniranim N3, ki deluje kot kislina, omogoči nastanek vodikove vezi med N3 in N1 O6-alkilgvanina, kar stabilizira protonirano obliko citozina 10 in njegov pKa dvigne na 6,3. Eksperimentalno dokazano se reakcijska hitrost povečuje z nižanjem pH, optimalen pa je pH 6,0. Prenos protona iz N3 na N1 gvanina nevtralizira negativen naboj na N1 in ponovno regenerira citozin na njemu lasten pKa ~3,53.

Predlagan mehanizem je podprt z mutagenetskimi študijami, poskusi so pokazali, da mutacija citozina 10 povzroči skoraj popolno izgubo aktivnosti ribocima. Uporabljeni so bili mutanti citozina s spremenjeno pKa vrednostjo protonskega donorja N3, ki so ohranili Watson-Crickov rob, odgovoren za tvorbo vezi s substratom. 1-Deazacitozin [C(n1c)], kjer zamenjava N1 z ogljikom povzroči pKa 11,4; kar N3 onemogoči kislinsko katalizo, in psevdo izocitozin [C(n1c, c5n)], ki ima zaradi zamenjave C5 z dušikom pKa 3,7 oz. 9,4; kar ponovno vzpostavi za katalizo primerno nizek pKa. Hitrost transferazne aktivnosti ribocima je bila izmerjena z denaturirajočo poliakrilamidno gelsko elektroforezo, kjer so kot substrat k radioaktivno označeni RNA dodali O6-(4-aminometil-benzil)-gvanin. RNA z vezanim 4-aminometil-benzilom zaradi povečane mase v gelu potuje počasneje, zato pride do učinkovite separacije, ki omgoča kvantitativno meritev pretvorbe skozi čas3.

Kvantnomehanski izračuni pokažejo, da protonacija in prenos alkilne skupine ne nastopita sočasno, saj bi takšna reakcija zahtevala premostitev visoke energijske bariere. Najprej pride do prenosa protona, ki naredi alkilno skupino bolj elektrofilno, šele nato do prenosa alkilne skupine4.

=Zaključek=
Zaradi ovir, ki jih ribocimu povzroča njegova lastna kemijska sestava, je najverjetneje deloval skupaj s koencimom, saj RNA, kot prikazano pri RNA stikalih, z lahkoto veže majhne ligande2. Tudi mnogi moderni koencimi vsebujejo RNA kofaktorje, npr. NAD⁺, FAD, CoA, ATP. Prisotnost RNA v ključnih koencimih nakazuje na možno vlogo RNA v evolucijsko zgodnjih metabolnih procesih, pred začetkom encimske katalize. Obstoj ribocimov, ki lahko katalizirajo širok nabor reakcij ostaja še neodgovorjeno vprašanje, odgovor nanj pa morda skriva povezava z RNA stikali, pri katerih lahko zaradi možnosti vezave ligandov sklepamo na evolucijsko podobnost z ribocimi1.

=Viri=
*1 Wilson TJ, Lilley DMJ. The potential versatility of RNA catalysis. WIREs RNA 2021; 12: e1651.
*2 Lilley DMJ, Huang L. RNA catalysis moving towards metabolic reactions: progress with ribozyme catalyzed alkyl transfer. Trends in Biochemical Sciences 2025; : S096800042500026X.
*3 Wilson TJ, McCarthy E, Ekesan Ş, et al. The Role of General Acid Catalysis in the Mechanism of an Alkyl Transferase Ribozyme. ACS Catal 2024; 14: 15294–305.
*4 McCarthy E, Ekesan Ş, Giese TJ, et al. Catalytic mechanism and pH dependence of a methyltransferase ribozyme (MTR1) from computational enzymology. Nucleic Acids Research 2023; 51: 4508–18.

RNA kataliza: napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine

2025-04-16T07:50:41Z

Julijadolinsek:

=Uvod=
===RNA kataliza in hipoteza o RNA svetu===
RNA molekule, imenovane ribocimi, so encimi sestavljeni iz RNA namesto proteinov. Znani ribocimi v celicah vključujejo nukleolitične ribocime, samoizrezujoče introne, RNaz P (procesira tRNA) in peptidil transferaze v ribosomu. Kataliza z ribocimi je bila odkrita v 80. letih prejšnjega stoletja. Funkcije zgodnjih ribocimov so bile različne: spajanje RNA molekul, procesiranje tRNA molekul, kataliziranje cepitev glede na specifično mesto (tudi obratno ligacijo) RNA. Kasnejša odkritja so pokazala, da so nekatere ključne celične reakcije katalizirane s pomočjo RNA. To je na primer prenos peptidov v ribosomih in spajanje mRNA. Odkritje encimske funkcije RNA je tako dopolnilo teorijo o nastanku življenja.

Molekularna biologija temelji na principih, da nukleinske kisline shranjujejo in prenašajo genetske informacije, medtem ko proteini katalizirajo reakcije, vključno z replikacijo in translacijo. O samem začetku teh funkcij in procesov je težko sklepati, zato je bila predlagana poenostavitev te teorije, imenovana hipoteza o RNA svetu. Ta opušča idejo DNA in proteinov ter se osredotoča na RNA, kateri pripisuje dvojno vlogo (shranjevanje informacij, kataliza reakcij). Predvideva se, da je takšen RNA svet obstajal le kratek čas, saj so celice z RNA metabolizmom relativno hitro prepoznale prednosti uporabe peptidov in proteinov. Ta faza je bila morda ključna in je omogočila začetek celotnega procesa. Da bi lahko popolnoma potrdili to hipotezo primanjkuje neposrednih dokazov, vendar glede na to, da je ribosom še vedno ribocim po vsem tem času (več milijard let), je to najprepričljivejši dokaz.

V nadaljevanju bodo predstavljene nove raziskave in dokazi, ki nakazujejo na to, da je RNA lahko katalizirala presnovne reakcije v prvih celicah. Pozornost pa bo usmerjena na reakcije s prenosom alkilnih skupin.

=Reakcije, ki jih ribocimi katalizirajo=
===Znane reakcije ribocimov===
Vsi znani naravni ribocimi izvajajo eno od naslednjih reakcij: prenos peptida ali prenos fosforilne skupine. V prvo skupino spada ribosomska RNA, v drugo pa več vrst ribocimov, katere lahko naprej delimo po tipu, ali po mehanizmu reakcije, ki jo katalizirajo. Prvi tip reakcije je transesterifikacija, ki jo katalizirata samoizrezujoča introna 1 in 2 ter RNA, ki sodelije v spliceosomu. Drugi tip je cepitev na specifičnem mestu, katero katalizirajo nukleolitični ribocimi, na primer ribocim kladivo, twister ribocim, ribocim hepatitisa delta itd. Glede na mehanizem poznamo dve glavni skupini: tisto, ki reakcije katalizira na osnovi kovinskih ionov, in tisto, ki uporablja kislinsko-bazno katalizo.
V prvo skupino spadata samoizrezovalna introna tipa 1 in 2 in RNaza P, v drugo pa vsi ostali. Te lahko še naprej delimo po točnem mehanizmu kislinsko-bazne katalize, glede na kateri atomi imajo vlogo kisline oziroma baze. Kislina je pogosto eden od dušikov na adeninu ali citozinu, 2’ hidroksilna skupina na ribozi ali hidratirani kovinski ion, kot bazo pa večina ribocimov uporablja 1. dušik na gvaninu, nekateri pa tudi hidratiran kovinski ion.

===Bolj kompleskne reakcije ribocimov===
Da že za en tip reakcije ribocimi uporabljajo veliko različnih mehanizmov, kaže na to, da so možne reakcije večih vrst, z večjo kompleksnostjo, kar teorija RNA sveta tudi zahteva. Še posebej pomembne so reakcije, kjer nastanejo nove vezi med dvema ogljikoma (C-C), ogljikom in dušikom (C-N) ter ogljikom in žveplom (C-S). Ribocime, ki katalizirajo takšne reakcije, iščemo z in vitro selekcijskimi metodami, kjer na delno ali celotno naključno določeno RNA zaporedje vežemo en reaktant, drugi reaktant pa na biotin. Če RNA zaporedje reakcijo katalizira, se veriga veže na biotin, kar omogoča njeno izolacijo. To zaporedje lahko uporabimo za naslednji cikel selekcije1. Na tak način so našli ribocime, ki lahko lahko katalizirajo kompleksne reakcije kot so aldolna adicija, adicija po Michaelu, prenos acilne skupine, Diels-Alder ciklizacija in ostale.

Večina teh ribocimov še nima določene strukture, skoraj noben določenega mehanizma. Od vseh so najbolj opisani tisti, ki katalizirajo premestitve metilnih ali alkilnih skupin, kjer se tvorijo vezi med ogljikovimi in dušikovimi atomi (C-N). Skupine, ki jih te ribocimi lahko prenašajo so raznolike: od enostavne metilne skupine do bolj kompleksnih alkilnih skupin, kot so na primer propargilna skupina, ki se uporablja pri klik kemiji, polietrska veriga z epoksidno skupino in ostale. Donorji skupin so lahko SAM (S-adenozil metionin), ki prispeva metilno skupino, ali spremenjeni nukleotidi za ostale skupine.

Struktura je bila določena večim v tej skupini. Nekateri so zgrajeni iz enostavnih struktur iz lasničnih zank, na primer ribocim SMRZ-1. Ta veže SAM v velikem žlebu, podobno kot pri RNA stikalu SAM-V, in metilira RNA. Glede na strukturo aktivnega mesta lahko sklepamo, da za katalizo poleg orientacije in bližine reaktantov, RNA in kofaktorja, ni potrebna nobena druga skupina. Enako je tudi pri epoksid-vezavnem ribocimu, ki ima podobno strukturo iz lasnične zanke in tudi ne potrebuje drugih skupin za katalizo reakcije. Ker za določitev ribocimov, ki so sami sposobni vezati kofatorje v pravi orientaciji za katalizo reakcije, potrebujemo le nekaj ponovitev selekcije, lahko sklepamo, da se po še večih ponovitvah selekcije lahko razvijejo ribocimi, ki uporabljajo bolj kompleksne mehanizme katalize.

=MTR1, ribocim, ki katalizira prenos alkilne skupine=
MTR1 je in vitro razvita katalitična RNA, ki veže različne spojine O6-alkilgvanina in omogoča prenos alkilne skupine na N1 izbranega adenina v RNA. Podobno funkcijo ima encim za popravljanje DNA (DNA O6-metilgvanin transferaza). Izdelavo MTR1 so začeli z oblikovanjem izbočenega trikrakega stičišča, ki je vsebovalo osrednji del s 40 naključnimi nukleotidi. Sledila je inkubacija z biotiniliranim O6-benzilgvaninom, pri čemer je bila selekcija usmerjena tako, da se je biotinsko označena alkilna skupina kovalentno vezala na RNA. S pomočjo še dodatnega inženiringa pa so na koncu ustvarili MTR1. Njegova funkcija je katalizacija prenosa alkilne skupine na N1 položaj adeninske nukleobaze v jedru stičišča. Zagotavlja popoln in hiter prenos (1 min⁻¹ v optimalnih pogojih).

===Osnovne značilnosti in struktura MTR1===
3D struktura je bila določena s kristalografijo. Ta je potrdila, da reakcija poteče do konca. Rezultat reakcije je popoln prenos alkilne skupine z zunanje O6-alkilgvaninske spojine na N1 adenina A63 v tarčni verigi. Aktivna struktura je sestavljena iz trikrakega helikalnega stičišča, v katerem se odvijajo vse reakcije. Jedro sestavljajo štiri ravnine baznih interakcij. Ravnino 1 in 2 predstavljata bazna para G:C. Na vrhu je ravnina 4, ki je sestavljena iz trojne interakcije med tremi adeninovimi nukleotidi. Produkt reakcije (eksogeni gvanin) tvori ravnino 3. Gvanin je vezan z vodikovimi vezmi na nukleobaze C10 in U45 ter na N6 tarčnega A63, katere so v isti ravnini. Ta kompleks predstavlja aktivno središče ribocima.
Pred reakcijo je eksogeni produkt gvanina prisoten kot O6-alkilgvanin, po reakciji pa se stabilizira s sedmimi vodikovimi vezmi: tri vezi z nukleobazo C10, tri z U45 in ena z A63. Poleg tega je umeščen med G:C bazni par na spodnji strani ter trojno interakcijo treh adeninov, ki sestavljajo zgornjo ravnino 4.

===Katalitski mehanizem alkiltranferazne aktivnosti MTR1===
Struktura ribocima narekuje mehanizem katalize, ki jo omogočajo trije ključni dejavniki. O6-alkilgvanin se močno poveže z ribocimom, kar zmanjša aktivacijsko entropijo. Geometrija omogoča poravnavo neveznih elektronov na N1 adenina 63 z vezjo C-O, kar vodi do optimalnega prekrivanja σ* orbital. Struktura ribocima prav tako nakazuje mehanizem, kjer se citozin 10 obnaša kot kislina in protonira O6-alkilgvanin.
Pri nevtralnem pH je citozin 10 neprotoniran, vendar vezava O6-alkilgvanina pri aktivnem MTR1 ribocimu povzroči protonacijo N3 in stabilizacijo preko tvorbe vodikove vezi z N12.

Mehanizem predvideva, da se alkilna skupina prenese na tarčni N1 adenina 63, ponovno vzpostavljena karbonilna dvojna vez na gvaninu (brez alkila) pa ustvari negativni naboj na N1. Citozin 10 s protoniranim N3, ki deluje kot kislina, omogoči nastanek vodikove vezi med N3 in N1 O6-alkilgvanina, kar stabilizira protonirano obliko citozina 10 in njegov pKa dvigne na 6,3. Eksperimentalno dokazano se reakcijska hitrost povečuje z nižanjem pH, optimalen pa je pH 6,0. Prenos protona iz N3 na N1 gvanina nevtralizira negativen naboj na N1 in ponovno regenerira citozin na njemu lasten pKa ~3,53.

Predlagan mehanizem je podprt z mutagenetskimi študijami, poskusi so pokazali, da mutacija citozina 10 povzroči skoraj popolno izgubo aktivnosti ribocima. Uporabljeni so bili mutanti citozina s spremenjeno pKa vrednostjo protonskega donorja N3, ki so ohranili Watson-Crickov rob, odgovoren za tvorbo vezi s substratom. 1-Deazacitozin [C(n1c)], kjer zamenjava N1 z ogljikom povzroči pKa 11,4; kar N3 onemogoči kislinsko katalizo, in psevdo izocitozin [C(n1c, c5n)], ki ima zaradi zamenjave C5 z dušikom pKa 3,7 oz. 9,4; kar ponovno vzpostavi za katalizo primerno nizek pKa. Hitrost transferazne aktivnosti ribocima je bila izmerjena z denaturirajočo poliakrilamidno gelsko elektroforezo, kjer so kot substrat k radioaktivno označeni RNA dodali O6-(4-aminometil-benzil)-gvanin. RNA z vezanim 4-aminometil-benzilom zaradi povečane mase v gelu potuje počasneje, zato pride do učinkovite separacije, ki omgoča kvantitativno meritev pretvorbe skozi čas3.

Kvantnomehanski izračuni pokažejo, da protonacija in prenos alkilne skupine ne nastopita sočasno, saj bi takšna reakcija zahtevala premostitev visoke energijske bariere. Najprej pride do prenosa protona, ki naredi alkilno skupino bolj elektrofilno, šele nato do prenosa alkilne skupine4.

=Zaključek=
Zaradi ovir, ki jih ribocimu povzroča njegova lastna kemijska sestava, je najverjetneje deloval skupaj s koencimom, saj RNA, kot prikazano pri RNA stikalih, z lahkoto veže majhne ligande2. Tudi mnogi moderni koencimi vsebujejo RNA kofaktorje, kot so NAD⁺, FAD, CoA, ATP. prisotnost RNA v ključnih koencimih nakazuje na možno vlogo RNA v evolucijsko zgodnjih metabolnih procesih, pred začetkom encimske katalize. Obstoj ribocimov, ki lahko katalizirajo širok nabor reakcij ostaja še neodgovorjeno vprašanje, odgovor nanj pa morda skriva povezava z RNA stikali, pri katerih lahko zaradi možnosti vezave ligandov sklepamo na evolucijsko podobnost z ribocimi1.

=Viri=
*1 Wilson TJ, Lilley DMJ. The potential versatility of RNA catalysis. WIREs RNA 2021; 12: e1651.
*2 Lilley DMJ, Huang L. RNA catalysis moving towards metabolic reactions: progress with ribozyme catalyzed alkyl transfer. Trends in Biochemical Sciences 2025; : S096800042500026X.
*3 Wilson TJ, McCarthy E, Ekesan Ş, et al. The Role of General Acid Catalysis in the Mechanism of an Alkyl Transferase Ribozyme. ACS Catal 2024; 14: 15294–305.
*4 McCarthy E, Ekesan Ş, Giese TJ, et al. Catalytic mechanism and pH dependence of a methyltransferase ribozyme (MTR1) from computational enzymology. Nucleic Acids Research 2023; 51: 4508–18.

Molekularna biologija RNA

2025-04-14T20:26:31Z

Julijadolinsek:

Seminarji pri Molekularni biologiji v študijskem letu 2024/25 obravnavajo široko področje RNA, od njenih posebnih strukturnih lastnosti, različnih tipov RNA v živih celicah, proteinov, ki se vežejo na RNA, regulatorne vloge pri izražanju genov, pa vse do sprememb, ki so povezane s patološkimi stanji in do uporabe RNA pri pripravi cepiv in razvoju zdravil.

Naslovi seminarskih tem so navedeni na spodnjem seznamu.

Vse teme temeljijo na preglednih člankih, kar pomeni, da obravnavajo zaključene tematike, na katerih je bilo opravljenega že veliko dela. Zato praviloma vsako temo obdelajo po trije študenti. Vsaka skupina mora pripraviti povzetek seminarja z vsaj 1200 besedami in ne več kot 1800 besedami in ga objaviti na tem wikiju. Povzetek ne vsebuje slikovnega gradiva, lahko pa vključuje povezave do slik in videov na spletu. Navedite do 5 ključnih virov (ti ne štejejo v vsoto 1200–1800 besed), ki ste jih uporabili. Če izjemoma seminar pripravita dva študenta, je obseg povzetka 1000-1500 besed, če je študent sam, pa 800-1200 besed.

Vsaka skupina mora objaviti povzetek seminarja na wikiju najkasneje 24 h pred predstavitvijo svojega seminarja. Kateri del povzetka je napisal kdo, navedite v zavihku 'discussion'. Predstavitev naj bo dolga 15–20 minut, temu pa bo sledila razprava (pribl. 5 minut). Vsak član skupine mora predstaviti en del seminarja, pri čemer mora biti delo enakomerno razdeljeno med vse. Osredotočite se na osnovno temo, ki ste si jo izbrali, in vključite le malo splošnega uvoda, kjer je mogoče pa izpostavite ključne razlike v procesih med bakterijami, evkarionti in arhejami. Če seminar predstavljata dva študenta, imata na voljo 12-15 minut, če je študent sam, pa 8-10 minut.

Seminarske predstavitve bodo potekale med 16. aprilom in 14. majem 2024. V tem času ne bo klasičnih predavanj, torej bodo tako ponedeljkovi kot sredini termini namenjeni seminarjem.

Vsebina seminarjev je izpitna snov. Iz teme seminarjev je ~10 % vprašanj na izpitu (oz. ~10 % točk dobite za odgovore iz snovi seminarjev).

Razdelitev seminarjev je potekala v okolju Google Drive, kjer so (bile) navedene povezave do izhodiščnih člankov, s katerimi lahko začnete iskanje literature. Večinoma navedeni viri ne zadoščajo, da bi pripravili kvaliteten 15-minutni seminar, zato boste morali pregledati tudi nekaj primarnih virov (raziskovalnih člankov), ki jih boste poiskali sami oz. jih boste našli citirane v preglednih člankih. Vaši seminarji naj se osredotočijo na osnovno temo iz naslova in naj nimajo dolgih splošnih uvodov. Seminarji si bodo namreč sledili dokaj hitro eden za drugim, tako da boste osnove hitro osvojili in jih ni treba ponavljati.

Ko boste pripravljali povzetek, naslov izbrane teme, ki ga vpišete na spodnji seznam, povežite z novo wiki stranjo, ki bo vsebovala povzetek. Na koncu besedila povzetka (pod viri) v novo vrstico dodajte oznako: <nowiki>[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]</nowiki>. Primer, kako so bili urejeni seminarji lani, si lahko ogledate na strani [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Molekularna_biologija_plazmidov Molekularna biologija plazmidov].

Seznam tem in referenti:

16. april: 
* [[RNA kataliza: napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine]] (Julija Dolinšek, Tjaša Turk, Jošt Žulič)
* [[Kanonične in nekanonične funkcije nekodirajoče RNA-komponente (TERC) telomeraznega kompleksa]] (Veronika Štrekelj Istinič, Anamarija Rozina, Hana Funa)
* [[Vloga metilacije RNA pri uravnavanju usode matičnih celic]] (Tinkara Pepelnjak, Lana Traven) 
* [[Vpliv strukturnih značilnosti 5’-UTR na kontrolo translacije pri evkariontih]] (Vita Šavli, Zala Kek, Anja Kokol)

23. april: 
* seminar 1
* seminar 2
* seminar 3
* seminar 4

5. maj: 
* seminar 1
* seminar 2
* seminar 3
* seminar 4

7. maj: 
* seminar 1
* seminar 2
* seminar 3
* seminar 4

12. maj: 
* seminar 1
* seminar 2
* seminar 3
* seminar 4

14. maj: 
* seminar 1

Talk:RNA kataliza: Napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine

2025-04-14T20:26:07Z

Julijadolinsek: Julijadolinsek moved page Talk:RNA kataliza: Napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine to Talk:RNA kataliza: napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine: sprememba naslova

#REDIRECT [[Talk:RNA kataliza: napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine]]

Talk:RNA kataliza: napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine

2025-04-14T20:26:07Z

Razporeditev dela:

*Uvod: Tjaša Turk

*Reakcije, ki jih ribocimi katalizirajo: Jošt Žulič

*MTR1, ribocim, ki katalizira prenos alkilne skupine: Tjaša Turk
**Osnovne značilnosti in struktura MTR1: Tjaša Turk
**Katalitski mehanizem alkiltranferazne aktivnosti MTR1: Julija Dolinšek

*Zaključek: Julija Dolinšek

*Viri: Vsi

RNA kataliza: Napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine

2025-04-14T20:26:07Z

Julijadolinsek: Julijadolinsek moved page RNA kataliza: Napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine to RNA kataliza: napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine: sprememba naslova

#REDIRECT [[RNA kataliza: napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine]]

RNA kataliza: napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine

2025-04-14T20:26:07Z

=Uvod=
===RNA kataliza in hipoteza o RNA svetu===
RNA molekule, imenovane ribocimi, so encimi sestavljeni iz RNA namesto proteinov. Znani ribocimi v celicah vključujejo nukleolitične ribocime, samoizrezujoče introne, RNaz P (procesira tRNA) in peptidil transferaze v ribosomu. Kataliza z ribocimi je bila odkrita v 80. letih prejšnjega stoletja. Funkcije zgodnjih ribocimov so bile različne: spajanje RNA molekul, procesiranje tRNA molekul, kataliziranje cepitev glede na specifično mesto (tudi obratno ligacijo) RNA. Kasnejša odkritja so pokazala, da so nekatere ključne celične reakcije katalizirane s pomočjo RNA. To je na primer prenos peptidov v ribosomih in spajanje mRNA. Odkritje encimske funkcije RNA je tako dopolnilo teorijo o nastanku življenja.

Molekularna biologija temelji na principih, da nukleinske kisline shranjujejo in prenašajo genetske informacije, medtem ko proteini katalizirajo reakcije, vključno z replikacijo in translacijo. O samem začetku teh funkcij in procesov je težko sklepati, zato je bila predlagana poenostavitev te teorije, imenovana hipoteza o RNA svetu. Ta opušča idejo DNA in proteinov ter se osredotoča na RNA, kateri pripisuje dvojno vlogo (shranjevanje informacij, kataliza reakcij). Predvideva se, da je takšen RNA svet obstajal le kratek čas, saj so celice z RNA metabolizmom relativno hitro prepoznale prednosti uporabe peptidov in proteinov. Ta faza je bila morda ključna in je omogočila začetek celotnega procesa. Da bi lahko popolnoma potrdili to hipotezo primanjkuje neposrednih dokazov, vendar glede na to, da je ribosom še vedno ribocim po vsem tem času (več milijard let), je to najprepričljivejši dokaz.

V nadaljevanju bodo predstavljene nove raziskave in dokazi, ki nakazujejo na to, da je RNA lahko katalizirala presnovne reakcije v prvih celicah. Pozornost pa bo usmerjena na reakcije s prenosom alkilnih skupin.

=Reakcije, ki jih ribocimi katalizirajo=
===Znane reakcije ribocimov===
Vsi znani naravni ribocimi izvajajo eno od naslednjih reakcij: prenos peptida ali prenos fosforilne skupine. V prvo skupino spada ribosomska RNA, v drugo pa več vrst ribocimov, katere lahko naprej delimo po tipu, ali po mehanizmu reakcije, ki jo katalizirajo. Prvi tip reakcije je transesterifikacija, ki jo katalizirata samoizrezujoča introna 1 in 2 ter RNA, ki sodelije v spliceosomu. Drugi tip je cepitev na specifičnem mestu, katero katalizirajo nukleolitični ribocimi, na primer ribocim kladivo, twister ribocim, ribocim hepatitisa delta itd. Glede na mehanizem poznamo dve glavni skupini: tisto, ki reakcije katalizira na osnovi kovinskih ionov, in tisto, ki uporablja kislinsko-bazno katalizo.
V prvo skupino spadata samoizrezovalna introna tipa 1 in 2 in RNaza P, v drugo pa vsi ostali. Te lahko še naprej delimo po točnem mehanizmu kislinsko-bazne katalize, glede na kateri atomi imajo vlogo kisline oziroma baze. Kislina je pogosto eden od dušikov na adeninu ali citozinu, 2’ hidroksilna skupina na ribozi ali hidratirani kovinski ion, kot bazo pa večina ribocimov uporablja 1. dušik na gvaninu, nekateri pa tudi hidratiran kovinski ion.

===Bolj kompleskne reakcije ribocimov===
Da že za en tip reakcije ribocimi uporabljajo veliko različnih mehanizmov, kaže na to, da so možne reakcije večih vrst, z večjo kompleksnostjo, kar teorija RNA sveta tudi zahteva. Še posebej pomembne so reakcije, kjer nastanejo nove vezi med dvema ogljikoma (C-C), ogljikom in dušikom (C-N) ter ogljikom in žveplom (C-S). Ribocime, ki katalizirajo takšne reakcije, iščemo z in vitro selekcijskimi metodami, kjer na delno ali celotno naključno določeno RNA zaporedje vežemo en reaktant, drugi reaktant pa na biotin. Če RNA zaporedje reakcijo katalizira, se veriga veže na biotin, kar omogoča njeno izolacijo. To zaporedje lahko uporabimo za naslednji cikel selekcije1. Na tak način so našli ribocime, ki lahko lahko katalizirajo kompleksne reakcije kot so aldolna adicija, adicija po Michaelu, prenos acilne skupine, Diels-Alder ciklizacija in ostale.

Večina teh ribocimov še nima določene strukture, skoraj noben določenega mehanizma. Od vseh so najbolj opisani tisti, ki katalizirajo premestitve metilnih ali alkilnih skupin, kjer se tvorijo vezi med ogljikovimi in dušikovimi atomi (C-N). Skupine, ki jih te ribocimi lahko prenašajo so raznolike: od enostavne metilne skupine do bolj kompleksnih alkilnih skupin, kot so na primer propargilna skupina, ki se uporablja pri klik kemiji, polietrska veriga z epoksidno skupino in ostale. Donorji skupin so lahko SAM (S-adenozil metionin), ki prispeva metilno skupino, ali spremenjeni nukleotidi za ostale skupine.

Struktura je bila določena večim v tej skupini. Nekateri so zgrajeni iz enostavnih struktur iz lasničnih zank, na primer ribocim SMRZ-1. Ta veže SAM v velikem žlebu, podobno kot pri RNA stikalu SAM-V, in metilira RNA. Glede na strukturo aktivnega mesta lahko sklepamo, da za katalizo poleg orientacije in bližine reaktantov, RNA in kofaktorja, ni potrebna nobena druga skupina. Enako je tudi pri epoksid-vezavnem ribocimu, ki ima podobno strukturo iz lasnične zanke in tudi ne potrebuje drugih skupin za katalizo reakcije. Ker za določitev ribocimov, ki so sami sposobni vezati kofatorje v pravi orientaciji za katalizo reakcije, potrebujemo le nekaj ponovitev selekcije, lahko sklepamo, da se po še večih ponovitvah selekcije lahko razvijejo ribocimi, ki uporabljajo bolj kompleksne mehanizme katalize.

=MTR1, ribocim, ki katalizira prenos alkilne skupine=
MTR1 je in vitro razvita katalitična RNA, ki veže različne spojine O6-alkilgvanina in omogoča prenos alkilne skupine na N1 izbranega adenina v RNA. Podobno funkcijo ima encim za popravljanje DNA (DNA O6-metilgvanin transferaza). Izdelavo MTR1 so začeli z oblikovanjem izbočenega trikrakega stičišča, ki je vsebovalo osrednji del s 40 naključnimi nukleotidi. Sledila je inkubacija z biotiniliranim O6-benzilgvaninom, pri čemer je bila selekcija usmerjena tako, da se je biotinsko označena alkilna skupina kovalentno vezala na RNA. S pomočjo še dodatnega inženiringa pa so na koncu ustvarili MTR1. Njegova funkcija je katalizacija prenosa alkilne skupine na N1 položaj adeninske nukleobaze v jedru stičišča. Zagotavlja popoln in hiter prenos (1 min⁻¹ v optimalnih pogojih).

===Osnovne značilnosti in struktura MTR1===
3D struktura je bila določena s kristalografijo. Ta je potrdila, da reakcija poteče do konca. Rezultat reakcije je popoln prenos alkilne skupine z zunanje O6-alkilgvaninske spojine na N1 adenina A63 v tarčni verigi. Aktivna struktura je sestavljena iz trikrakega helikalnega stičišča, v katerem se odvijajo vse reakcije. Jedro sestavljajo štiri ravnine baznih interakcij. Ravnino 1 in 2 predstavljata bazna para G:C. Na vrhu je ravnina 4, ki je sestavljena iz trojne interakcije med tremi adeninovimi nukleotidi. Produkt reakcije (eksogeni gvanin) tvori ravnino 3. Gvanin je vezan z vodikovimi vezmi na nukleobaze C10 in U45 ter na N6 tarčnega A63, katere so v isti ravnini. Ta kompleks predstavlja aktivno središče ribocima.
Eksogeni gvaninski produkt, ki je pred reakcijo O6-alkilgvanin je stabiliziran s skupno sedmimi vodikovimi vezmi (po tri na C10 in U45 ter ena na A63), poleg tega pa je zložen med G:C bazni par spodaj in trojno adeninsko interakcijo ravnine 4 zgoraj.
Pred reakcijo je eksogeni produkt gvanina prisoten kot O6-alkilgvanin, po reakciji pa se stabilizira s sedmimi vodikovimi vezmi: tri vezi z nukleobazo C10, tri z U45 in ena z A63. Poleg tega je umeščen med G:C bazni par na spodnji strani ter trojno interakcijo treh adeninov, ki sestavljajo zgornjo ravnino 4.

===Katalitski mehanizem alkiltranferazne aktivnosti MTR1===
Struktura ribocima narekuje mehanizem katalize, ki jo omogočajo trije ključni dejavniki. O6-alkilgvanin se močno poveže z ribocimom, kar zmanjša aktivacijsko entropijo. Geometrija omogoča poravnavo neveznih elektronov na N1 adenina 63 z vezjo C-O, kar vodi do optimalnega prekrivanja σ* orbital. Struktura ribocima prav tako nakazuje mehanizem, kjer se citozin 10 obnaša kot kislina in protonira O6-alkilgvanin.
Pri nevtralnem pH je citozin 10 neprotoniran, vendar vezava O6-alkilgvanina pri aktivnem MTR1 ribocimu povzroči protonacijo N3 in stabilizacijo preko tvorbe vodikove vezi z N12.

Mehanizem predvideva, da se alkilna skupina prenese na tarčni N1 adenina 63, ponovno vzpostavljena karbonilna dvojna vez na gvaninu (brez alkila) pa ustvari negativni naboj na N1. Citozin 10 s protoniranim N3, ki deluje kot kislina, omogoči nastanek vodikove vezi med N3 in N1 O6-alkilgvanina, kar stabilizira protonirano obliko citozina 10 in njegov pKa dvigne na 6,3. Eksperimentalno dokazano se reakcijska hitrost povečuje z nižanjem pH, optimalen pa je pH 6,0. Prenos protona iz N3 na N1 gvanina nevtralizira negativen naboj na N1 in ponovno regenerira citozin na njemu lasten pKa ~3,53.

Predlagan mehanizem je podprt z mutagenetskimi študijami, poskusi so pokazali, da mutacija citozina 10 povzroči skoraj popolno izgubo aktivnosti ribocima. Uporabljeni so bili mutanti citozina s spremenjeno pKa vrednostjo protonskega donorja N3, ki so ohranili Watson-Crickov rob, odgovoren za tvorbo vezi s substratom. 1-Deazacitozin [C(n1c)], kjer zamenjava N1 z ogljikom povzroči pKa 11,4; kar N3 onemogoči kislinsko katalizo, in psevdo izocitozin [C(n1c, c5n)], ki ima zaradi zamenjave C5 z dušikom pKa 3,7 oz. 9,4; kar ponovno vzpostavi za katalizo primerno nizek pKa. Hitrost transferazne aktivnosti ribocima je bila izmerjena z denaturirajočo poliakrilamidno gelsko elektroforezo, kjer so kot substrat k radioaktivno označeni RNA dodali O6-(4-aminometil-benzil)-gvanin. RNA z vezanim 4-aminometil-benzilom zaradi povečane mase v gelu potuje počasneje, zato pride do učinkovite separacije, ki omgoča kvantitativno meritev pretvorbe skozi čas3.

Kvantnomehanski izračuni pokažejo, da protonacija in prenos alkilne skupine ne nastopita sočasno, saj bi takšna reakcija zahtevala premostitev visoke energijske bariere. Najprej pride do prenosa protona, ki naredi alkilno skupino bolj elektrofilno, šele nato do prenosa alkilne skupine4.

=Zaključek=
Zaradi ovir, ki jih ribocimu povzroča njegova lastna kemijska sestava, je najverjetneje deloval skupaj s koencimom, saj RNA, kot prikazano pri RNA stikalih, z lahkoto veže majhne ligande2. Tudi mnogi moderni koencimi vsebujejo RNA kofaktorje, kot so NAD⁺, FAD, CoA, ATP. prisotnost RNA v ključnih koencimih nakazuje na možno vlogo RNA v evolucijsko zgodnjih metabolnih procesih, pred začetkom encimske katalize. Obstoj ribocimov, ki lahko katalizirajo širok nabor reakcij ostaja še neodgovorjeno vprašanje, odgovor nanj pa morda skriva povezava z RNA stikali, pri katerih lahko zaradi možnosti vezave ligandov sklepamo na evolucijsko podobnost z ribocimi1.

=Viri=
*1 Wilson TJ, Lilley DMJ. The potential versatility of RNA catalysis. WIREs RNA 2021; 12: e1651.
*2 Lilley DMJ, Huang L. RNA catalysis moving towards metabolic reactions: progress with ribozyme catalyzed alkyl transfer. Trends in Biochemical Sciences 2025; : S096800042500026X.
*3 Wilson TJ, McCarthy E, Ekesan Ş, et al. The Role of General Acid Catalysis in the Mechanism of an Alkyl Transferase Ribozyme. ACS Catal 2024; 14: 15294–305.
*4 McCarthy E, Ekesan Ş, Giese TJ, et al. Catalytic mechanism and pH dependence of a methyltransferase ribozyme (MTR1) from computational enzymology. Nucleic Acids Research 2023; 51: 4508–18.

Molekularna biologija RNA

2025-04-14T20:25:44Z

Julijadolinsek:

Seminarji pri Molekularni biologiji v študijskem letu 2024/25 obravnavajo široko področje RNA, od njenih posebnih strukturnih lastnosti, različnih tipov RNA v živih celicah, proteinov, ki se vežejo na RNA, regulatorne vloge pri izražanju genov, pa vse do sprememb, ki so povezane s patološkimi stanji in do uporabe RNA pri pripravi cepiv in razvoju zdravil.

Naslovi seminarskih tem so navedeni na spodnjem seznamu.

Vse teme temeljijo na preglednih člankih, kar pomeni, da obravnavajo zaključene tematike, na katerih je bilo opravljenega že veliko dela. Zato praviloma vsako temo obdelajo po trije študenti. Vsaka skupina mora pripraviti povzetek seminarja z vsaj 1200 besedami in ne več kot 1800 besedami in ga objaviti na tem wikiju. Povzetek ne vsebuje slikovnega gradiva, lahko pa vključuje povezave do slik in videov na spletu. Navedite do 5 ključnih virov (ti ne štejejo v vsoto 1200–1800 besed), ki ste jih uporabili. Če izjemoma seminar pripravita dva študenta, je obseg povzetka 1000-1500 besed, če je študent sam, pa 800-1200 besed.

Vsaka skupina mora objaviti povzetek seminarja na wikiju najkasneje 24 h pred predstavitvijo svojega seminarja. Kateri del povzetka je napisal kdo, navedite v zavihku 'discussion'. Predstavitev naj bo dolga 15–20 minut, temu pa bo sledila razprava (pribl. 5 minut). Vsak član skupine mora predstaviti en del seminarja, pri čemer mora biti delo enakomerno razdeljeno med vse. Osredotočite se na osnovno temo, ki ste si jo izbrali, in vključite le malo splošnega uvoda, kjer je mogoče pa izpostavite ključne razlike v procesih med bakterijami, evkarionti in arhejami. Če seminar predstavljata dva študenta, imata na voljo 12-15 minut, če je študent sam, pa 8-10 minut.

Seminarske predstavitve bodo potekale med 16. aprilom in 14. majem 2024. V tem času ne bo klasičnih predavanj, torej bodo tako ponedeljkovi kot sredini termini namenjeni seminarjem.

Vsebina seminarjev je izpitna snov. Iz teme seminarjev je ~10 % vprašanj na izpitu (oz. ~10 % točk dobite za odgovore iz snovi seminarjev).

Razdelitev seminarjev je potekala v okolju Google Drive, kjer so (bile) navedene povezave do izhodiščnih člankov, s katerimi lahko začnete iskanje literature. Večinoma navedeni viri ne zadoščajo, da bi pripravili kvaliteten 15-minutni seminar, zato boste morali pregledati tudi nekaj primarnih virov (raziskovalnih člankov), ki jih boste poiskali sami oz. jih boste našli citirane v preglednih člankih. Vaši seminarji naj se osredotočijo na osnovno temo iz naslova in naj nimajo dolgih splošnih uvodov. Seminarji si bodo namreč sledili dokaj hitro eden za drugim, tako da boste osnove hitro osvojili in jih ni treba ponavljati.

Ko boste pripravljali povzetek, naslov izbrane teme, ki ga vpišete na spodnji seznam, povežite z novo wiki stranjo, ki bo vsebovala povzetek. Na koncu besedila povzetka (pod viri) v novo vrstico dodajte oznako: <nowiki>[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]</nowiki>. Primer, kako so bili urejeni seminarji lani, si lahko ogledate na strani [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Molekularna_biologija_plazmidov Molekularna biologija plazmidov].

Seznam tem in referenti:

16. april: 
* [[RNA kataliza: Napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine]] (Julija Dolinšek, Tjaša Turk, Jošt Žulič)
* [[Kanonične in nekanonične funkcije nekodirajoče RNA-komponente (TERC) telomeraznega kompleksa]] (Veronika Štrekelj Istinič, Anamarija Rozina, Hana Funa)
* [[Vloga metilacije RNA pri uravnavanju usode matičnih celic]] (Tinkara Pepelnjak, Lana Traven) 
* [[Vpliv strukturnih značilnosti 5’-UTR na kontrolo translacije pri evkariontih]] (Vita Šavli, Zala Kek, Anja Kokol)

23. april: 
* seminar 1
* seminar 2
* seminar 3
* seminar 4

5. maj: 
* seminar 1
* seminar 2
* seminar 3
* seminar 4

7. maj: 
* seminar 1
* seminar 2
* seminar 3
* seminar 4

12. maj: 
* seminar 1
* seminar 2
* seminar 3
* seminar 4

14. maj: 
* seminar 1

Molekularna biologija RNA

2025-04-14T20:25:23Z

Julijadolinsek:

Talk:RNA kataliza: napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine

2025-04-14T20:23:05Z

Julijadolinsek: Created page with "Razporeditev dela: *Uvod: Tjaša Turk *Reakcije, ki jih ribocimi katalizirajo: Jošt Žulič *MTR1, ribocim, ki katalizira prenos alkilne skupine: Tjaša Turk **Osnovne značilnosti in struktura MTR1: Tjaša Turk **Katalitski mehanizem alkiltranferazne aktivnosti MTR1: Julija Dolinšek *Zaključek: Julija Dolinšek *Viri: Vsi"

RNA kataliza: napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine

2025-04-14T20:15:16Z

Julijadolinsek:

=Uvod=
===RNA kataliza in hipoteza o RNA svetu===
RNA molekule, imenovane ribocimi, so encimi sestavljeni iz RNA namesto proteinov. Znani ribocimi v celicah vključujejo nukleolitične ribocime, samoizrezujoče introne, RNaz P (procesira tRNA) in peptidil transferaze v ribosomu. Kataliza z ribocimi je bila odkrita v 80. letih prejšnjega stoletja. Funkcije zgodnjih ribocimov so bile različne: spajanje RNA molekul, procesiranje tRNA molekul, kataliziranje cepitev glede na specifično mesto (tudi obratno ligacijo) RNA. Kasnejša odkritja so pokazala, da so nekatere ključne celične reakcije katalizirane s pomočjo RNA. To je na primer prenos peptidov v ribosomih in spajanje mRNA. Odkritje encimske funkcije RNA je tako dopolnilo teorijo o nastanku življenja.

Molekularna biologija temelji na principih, da nukleinske kisline shranjujejo in prenašajo genetske informacije, medtem ko proteini katalizirajo reakcije, vključno z replikacijo in translacijo. O samem začetku teh funkcij in procesov je težko sklepati, zato je bila predlagana poenostavitev te teorije, imenovana hipoteza o RNA svetu. Ta opušča idejo DNA in proteinov ter se osredotoča na RNA, kateri pripisuje dvojno vlogo (shranjevanje informacij, kataliza reakcij). Predvideva se, da je takšen RNA svet obstajal le kratek čas, saj so celice z RNA metabolizmom relativno hitro prepoznale prednosti uporabe peptidov in proteinov. Ta faza je bila morda ključna in je omogočila začetek celotnega procesa. Da bi lahko popolnoma potrdili to hipotezo primanjkuje neposrednih dokazov, vendar glede na to, da je ribosom še vedno ribocim po vsem tem času (več milijard let), je to najprepričljivejši dokaz.

V nadaljevanju bodo predstavljene nove raziskave in dokazi, ki nakazujejo na to, da je RNA lahko katalizirala presnovne reakcije v prvih celicah. Pozornost pa bo usmerjena na reakcije s prenosom alkilnih skupin.

=Reakcije, ki jih ribocimi katalizirajo=
===Znane reakcije ribocimov===
Vsi znani naravni ribocimi izvajajo eno od naslednjih reakcij: prenos peptida ali prenos fosforilne skupine. V prvo skupino spada ribosomska RNA, v drugo pa več vrst ribocimov, katere lahko naprej delimo po tipu, ali po mehanizmu reakcije, ki jo katalizirajo. Prvi tip reakcije je transesterifikacija, ki jo katalizirata samoizrezujoča introna 1 in 2 ter RNA, ki sodelije v spliceosomu. Drugi tip je cepitev na specifičnem mestu, katero katalizirajo nukleolitični ribocimi, na primer ribocim kladivo, twister ribocim, ribocim hepatitisa delta itd. Glede na mehanizem poznamo dve glavni skupini: tisto, ki reakcije katalizira na osnovi kovinskih ionov, in tisto, ki uporablja kislinsko-bazno katalizo.
V prvo skupino spadata samoizrezovalna introna tipa 1 in 2 in RNaza P, v drugo pa vsi ostali. Te lahko še naprej delimo po točnem mehanizmu kislinsko-bazne katalize, glede na kateri atomi imajo vlogo kisline oziroma baze. Kislina je pogosto eden od dušikov na adeninu ali citozinu, 2’ hidroksilna skupina na ribozi ali hidratirani kovinski ion, kot bazo pa večina ribocimov uporablja 1. dušik na gvaninu, nekateri pa tudi hidratiran kovinski ion.

===Bolj kompleskne reakcije ribocimov===
Da že za en tip reakcije ribocimi uporabljajo veliko različnih mehanizmov, kaže na to, da so možne reakcije večih vrst, z večjo kompleksnostjo, kar teorija RNA sveta tudi zahteva. Še posebej pomembne so reakcije, kjer nastanejo nove vezi med dvema ogljikoma (C-C), ogljikom in dušikom (C-N) ter ogljikom in žveplom (C-S). Ribocime, ki katalizirajo takšne reakcije, iščemo z in vitro selekcijskimi metodami, kjer na delno ali celotno naključno določeno RNA zaporedje vežemo en reaktant, drugi reaktant pa na biotin. Če RNA zaporedje reakcijo katalizira, se veriga veže na biotin, kar omogoča njeno izolacijo. To zaporedje lahko uporabimo za naslednji cikel selekcije1. Na tak način so našli ribocime, ki lahko lahko katalizirajo kompleksne reakcije kot so aldolna adicija, adicija po Michaelu, prenos acilne skupine, Diels-Alder ciklizacija in ostale.

Večina teh ribocimov še nima določene strukture, skoraj noben določenega mehanizma. Od vseh so najbolj opisani tisti, ki katalizirajo premestitve metilnih ali alkilnih skupin, kjer se tvorijo vezi med ogljikovimi in dušikovimi atomi (C-N). Skupine, ki jih te ribocimi lahko prenašajo so raznolike: od enostavne metilne skupine do bolj kompleksnih alkilnih skupin, kot so na primer propargilna skupina, ki se uporablja pri klik kemiji, polietrska veriga z epoksidno skupino in ostale. Donorji skupin so lahko SAM (S-adenozil metionin), ki prispeva metilno skupino, ali spremenjeni nukleotidi za ostale skupine.

Struktura je bila določena večim v tej skupini. Nekateri so zgrajeni iz enostavnih struktur iz lasničnih zank, na primer ribocim SMRZ-1. Ta veže SAM v velikem žlebu, podobno kot pri RNA stikalu SAM-V, in metilira RNA. Glede na strukturo aktivnega mesta lahko sklepamo, da za katalizo poleg orientacije in bližine reaktantov, RNA in kofaktorja, ni potrebna nobena druga skupina. Enako je tudi pri epoksid-vezavnem ribocimu, ki ima podobno strukturo iz lasnične zanke in tudi ne potrebuje drugih skupin za katalizo reakcije. Ker za določitev ribocimov, ki so sami sposobni vezati kofatorje v pravi orientaciji za katalizo reakcije, potrebujemo le nekaj ponovitev selekcije, lahko sklepamo, da se po še večih ponovitvah selekcije lahko razvijejo ribocimi, ki uporabljajo bolj kompleksne mehanizme katalize.

=MTR1, ribocim, ki katalizira prenos alkilne skupine=
MTR1 je in vitro razvita katalitična RNA, ki veže različne spojine O6-alkilgvanina in omogoča prenos alkilne skupine na N1 izbranega adenina v RNA. Podobno funkcijo ima encim za popravljanje DNA (DNA O6-metilgvanin transferaza). Izdelavo MTR1 so začeli z oblikovanjem izbočenega trikrakega stičišča, ki je vsebovalo osrednji del s 40 naključnimi nukleotidi. Sledila je inkubacija z biotiniliranim O6-benzilgvaninom, pri čemer je bila selekcija usmerjena tako, da se je biotinsko označena alkilna skupina kovalentno vezala na RNA. S pomočjo še dodatnega inženiringa pa so na koncu ustvarili MTR1. Njegova funkcija je katalizacija prenosa alkilne skupine na N1 položaj adeninske nukleobaze v jedru stičišča. Zagotavlja popoln in hiter prenos (1 min⁻¹ v optimalnih pogojih).

===Osnovne značilnosti in struktura MTR1===
3D struktura je bila določena s kristalografijo. Ta je potrdila, da reakcija poteče do konca. Rezultat reakcije je popoln prenos alkilne skupine z zunanje O6-alkilgvaninske spojine na N1 adenina A63 v tarčni verigi. Aktivna struktura je sestavljena iz trikrakega helikalnega stičišča, v katerem se odvijajo vse reakcije. Jedro sestavljajo štiri ravnine baznih interakcij. Ravnino 1 in 2 predstavljata bazna para G:C. Na vrhu je ravnina 4, ki je sestavljena iz trojne interakcije med tremi adeninovimi nukleotidi. Produkt reakcije (eksogeni gvanin) tvori ravnino 3. Gvanin je vezan z vodikovimi vezmi na nukleobaze C10 in U45 ter na N6 tarčnega A63, katere so v isti ravnini. Ta kompleks predstavlja aktivno središče ribocima.
Eksogeni gvaninski produkt, ki je pred reakcijo O6-alkilgvanin je stabiliziran s skupno sedmimi vodikovimi vezmi (po tri na C10 in U45 ter ena na A63), poleg tega pa je zložen med G:C bazni par spodaj in trojno adeninsko interakcijo ravnine 4 zgoraj.
Pred reakcijo je eksogeni produkt gvanina prisoten kot O6-alkilgvanin, po reakciji pa se stabilizira s sedmimi vodikovimi vezmi: tri vezi z nukleobazo C10, tri z U45 in ena z A63. Poleg tega je umeščen med G:C bazni par na spodnji strani ter trojno interakcijo treh adeninov, ki sestavljajo zgornjo ravnino 4.

===Katalitski mehanizem alkiltranferazne aktivnosti MTR1===
Struktura ribocima narekuje mehanizem katalize, ki jo omogočajo trije ključni dejavniki. O6-alkilgvanin se močno poveže z ribocimom, kar zmanjša aktivacijsko entropijo. Geometrija omogoča poravnavo neveznih elektronov na N1 adenina 63 z vezjo C-O, kar vodi do optimalnega prekrivanja σ* orbital. Struktura ribocima prav tako nakazuje mehanizem, kjer se citozin 10 obnaša kot kislina in protonira O6-alkilgvanin.
Pri nevtralnem pH je citozin 10 neprotoniran, vendar vezava O6-alkilgvanina pri aktivnem MTR1 ribocimu povzroči protonacijo N3 in stabilizacijo preko tvorbe vodikove vezi z N12.

Mehanizem predvideva, da se alkilna skupina prenese na tarčni N1 adenina 63, ponovno vzpostavljena karbonilna dvojna vez na gvaninu (brez alkila) pa ustvari negativni naboj na N1. Citozin 10 s protoniranim N3, ki deluje kot kislina, omogoči nastanek vodikove vezi med N3 in N1 O6-alkilgvanina, kar stabilizira protonirano obliko citozina 10 in njegov pKa dvigne na 6,3. Eksperimentalno dokazano se reakcijska hitrost povečuje z nižanjem pH, optimalen pa je pH 6,0. Prenos protona iz N3 na N1 gvanina nevtralizira negativen naboj na N1 in ponovno regenerira citozin na njemu lasten pKa ~3,53.

Predlagan mehanizem je podprt z mutagenetskimi študijami, poskusi so pokazali, da mutacija citozina 10 povzroči skoraj popolno izgubo aktivnosti ribocima. Uporabljeni so bili mutanti citozina s spremenjeno pKa vrednostjo protonskega donorja N3, ki so ohranili Watson-Crickov rob, odgovoren za tvorbo vezi s substratom. 1-Deazacitozin [C(n1c)], kjer zamenjava N1 z ogljikom povzroči pKa 11,4; kar N3 onemogoči kislinsko katalizo, in psevdo izocitozin [C(n1c, c5n)], ki ima zaradi zamenjave C5 z dušikom pKa 3,7 oz. 9,4; kar ponovno vzpostavi za katalizo primerno nizek pKa. Hitrost transferazne aktivnosti ribocima je bila izmerjena z denaturirajočo poliakrilamidno gelsko elektroforezo, kjer so kot substrat k radioaktivno označeni RNA dodali O6-(4-aminometil-benzil)-gvanin. RNA z vezanim 4-aminometil-benzilom zaradi povečane mase v gelu potuje počasneje, zato pride do učinkovite separacije, ki omgoča kvantitativno meritev pretvorbe skozi čas3.

Kvantnomehanski izračuni pokažejo, da protonacija in prenos alkilne skupine ne nastopita sočasno, saj bi takšna reakcija zahtevala premostitev visoke energijske bariere. Najprej pride do prenosa protona, ki naredi alkilno skupino bolj elektrofilno, šele nato do prenosa alkilne skupine4.

=Zaključek=
Zaradi ovir, ki jih ribocimu povzroča njegova lastna kemijska sestava, je najverjetneje deloval skupaj s koencimom, saj RNA, kot prikazano pri RNA stikalih, z lahkoto veže majhne ligande2. Tudi mnogi moderni koencimi vsebujejo RNA kofaktorje, kot so NAD⁺, FAD, CoA, ATP. prisotnost RNA v ključnih koencimih nakazuje na možno vlogo RNA v evolucijsko zgodnjih metabolnih procesih, pred začetkom encimske katalize. Obstoj ribocimov, ki lahko katalizirajo širok nabor reakcij ostaja še neodgovorjeno vprašanje, odgovor nanj pa morda skriva povezava z RNA stikali, pri katerih lahko zaradi možnosti vezave ligandov sklepamo na evolucijsko podobnost z ribocimi1.

=Viri=
*1 Wilson TJ, Lilley DMJ. The potential versatility of RNA catalysis. WIREs RNA 2021; 12: e1651.
*2 Lilley DMJ, Huang L. RNA catalysis moving towards metabolic reactions: progress with ribozyme catalyzed alkyl transfer. Trends in Biochemical Sciences 2025; : S096800042500026X.
*3 Wilson TJ, McCarthy E, Ekesan Ş, et al. The Role of General Acid Catalysis in the Mechanism of an Alkyl Transferase Ribozyme. ACS Catal 2024; 14: 15294–305.
*4 McCarthy E, Ekesan Ş, Giese TJ, et al. Catalytic mechanism and pH dependence of a methyltransferase ribozyme (MTR1) from computational enzymology. Nucleic Acids Research 2023; 51: 4508–18.

RNA kataliza: napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine

2025-04-14T19:58:52Z

Julijadolinsek: Created page with "==Uvod== ===RNA kataliza in hipoteza o RNA svetu=== RNA molekule, imenovane ribocimi, so encimi sestavljeni iz RNA namesto proteinov. Znani ribocimi v celicah vključujejo nukleolitične ribocime, samoizrezujoče introne, RNaz P (procesira tRNA) in peptidil transferaze v ribosomu. Kataliza z ribocimi je bila odkrita v 80. letih prejšnjega stoletja. Funkcije zgodnjih ribocimov so bile različne: spajanje RNA molekul, procesiranje tRNA molekul, kataliziranje cepitev glede..."

==Uvod==
===RNA kataliza in hipoteza o RNA svetu===
RNA molekule, imenovane ribocimi, so encimi sestavljeni iz RNA namesto proteinov. Znani ribocimi v celicah vključujejo nukleolitične ribocime, samoizrezujoče introne, RNaz P (procesira tRNA) in peptidil transferaze v ribosomu. Kataliza z ribocimi je bila odkrita v 80. letih prejšnjega stoletja. Funkcije zgodnjih ribocimov so bile različne: spajanje RNA molekul, procesiranje tRNA molekul, kataliziranje cepitev glede na specifično mesto (tudi obratno ligacijo) RNA. Kasnejša odkritja so pokazala, da so nekatere ključne celične reakcije katalizirane s pomočjo RNA. To je na primer prenos peptidov v ribosomih in spajanje mRNA. Odkritje encimske funkcije RNA je tako dopolnilo teorijo o nastanku življenja.

Molekularna biologija temelji na principih, da nukleinske kisline shranjujejo in prenašajo genetske informacije, medtem ko proteini katalizirajo reakcije, vključno z replikacijo in translacijo. O samem začetku teh funkcij in procesov je težko sklepati, zato je bila predlagana poenostavitev te teorije, imenovana hipoteza o RNA svetu. Ta opušča idejo DNA in proteinov ter se osredotoča na RNA, kateri pripisuje dvojno vlogo (shranjevanje informacij, kataliza reakcij). Predvideva se, da je takšen RNA svet obstajal le kratek čas, saj so celice z RNA metabolizmom relativno hitro prepoznale prednosti uporabe peptidov in proteinov. Ta faza je bila morda ključna in je omogočila začetek celotnega procesa. Da bi lahko popolnoma potrdili to hipotezo primanjkuje neposrednih dokazov, vendar glede na to, da je ribosom še vedno ribocim po vsem tem času (več milijard let), je to najprepričljivejši dokaz.

V nadaljevanju bodo predstavljene nove raziskave in dokazi, ki nakazujejo na to, da je RNA lahko katalizirala presnovne reakcije v prvih celicah. Pozornost pa bo usmerjena na reakcije s prenosom alkilnih skupin.

==Reakcije, ki jih ribocimi katalizirajo==
===Znane reakcije ribocimov===
Vsi znani naravni ribocimi izvajajo eno od naslednjih reakcij: prenos peptida ali prenos fosforilne skupine. V prvo skupino spada ribosomska RNA, v drugo pa več vrst ribocimov, katere lahko naprej delimo po tipu, ali po mehanizmu reakcije, ki jo katalizirajo. Prvi tip reakcije je transesterifikacija, ki jo katalizirata samoizrezujoča introna 1 in 2 ter RNA, ki sodelije v spliceosomu. Drugi tip je cepitev na specifičnem mestu, katero katalizirajo nukleolitični ribocimi, na primer ribocim kladivo, twister ribocim, ribocim hepatitisa delta itd. Glede na mehanizem poznamo dve glavni skupini: tisto, ki reakcije katalizira na osnovi kovinskih ionov, in tisto, ki uporablja kislinsko-bazno katalizo.
V prvo skupino spadata samoizrezovalna introna tipa 1 in 2 in RNaza P, v drugo pa vsi ostali. Te lahko še naprej delimo po točnem mehanizmu kislinsko-bazne katalize, glede na kateri atomi imajo vlogo kisline oziroma baze. Kislina je pogosto eden od dušikov na adeninu ali citozinu, 2’ hidroksilna skupina na ribozi ali hidratirani kovinski ion, kot bazo pa večina ribocimov uporablja 1. dušik na gvaninu, nekateri pa tudi hidratiran kovinski ion.

===Bolj kompleskne reakcije ribocimov===
Da že za en tip reakcije ribocimi uporabljajo veliko različnih mehanizmov, kaže na to, da so možne reakcije večih vrst, z večjo kompleksnostjo, kar teorija RNA sveta tudi zahteva. Še posebej pomembne so reakcije, kjer nastanejo nove vezi med dvema ogljikoma (C-C), ogljikom in dušikom (C-N) ter ogljikom in žveplom (C-S). Ribocime, ki katalizirajo takšne reakcije, iščemo z in vitro selekcijskimi metodami, kjer na delno ali celotno naključno določeno RNA zaporedje vežemo en reaktant, drugi reaktant pa na biotin. Če RNA zaporedje reakcijo katalizira, se veriga veže na biotin, kar omogoča njeno izolacijo. To zaporedje lahko uporabimo za naslednji cikel selekcije1. Na tak način so našli ribocime, ki lahko lahko katalizirajo kompleksne reakcije kot so aldolna adicija, adicija po Michaelu, prenos acilne skupine, Diels-Alder ciklizacija in ostale.

Večina teh ribocimov še nima določene strukture, skoraj noben določenega mehanizma. Od vseh so najbolj opisani tisti, ki katalizirajo premestitve metilnih ali alkilnih skupin, kjer se tvorijo vezi med ogljikovimi in dušikovimi atomi (C-N). Skupine, ki jih te ribocimi lahko prenašajo so raznolike: od enostavne metilne skupine do bolj kompleksnih alkilnih skupin, kot so na primer propargilna skupina, ki se uporablja pri klik kemiji, polietrska veriga z epoksidno skupino in ostale. Donorji skupin so lahko SAM (S-adenozil metionin), ki prispeva metilno skupino, ali spremenjeni nukleotidi za ostale skupine.

Struktura je bila določena večim v tej skupini. Nekateri so zgrajeni iz enostavnih struktur iz lasničnih zank, na primer ribocim SMRZ-1. Ta veže SAM v velikem žlebu, podobno kot pri RNA stikalu SAM-V, in metilira RNA. Glede na strukturo aktivnega mesta lahko sklepamo, da za katalizo poleg orientacije in bližine reaktantov, RNA in kofaktorja, ni potrebna nobena druga skupina. Enako je tudi pri epoksid-vezavnem ribocimu, ki ima podobno strukturo iz lasnične zanke in tudi ne potrebuje drugih skupin za katalizo reakcije. Ker za določitev ribocimov, ki so sami sposobni vezati kofatorje v pravi orientaciji za katalizo reakcije, potrebujemo le nekaj ponovitev selekcije, lahko sklepamo, da se po še večih ponovitvah selekcije lahko razvijejo ribocimi, ki uporabljajo bolj kompleksne mehanizme katalize.
==MTR1, ribocim, ki katalizira prenos alkilne skupine==
MTR1 je in vitro razvita katalitična RNA, ki veže različne spojine O6-alkilgvanina in omogoča prenos alkilne skupine na N1 izbranega adenina v RNA. Podobno funkcijo ima encim za popravljanje DNA (DNA O6-metilgvanin transferaza). Izdelavo MTR1 so začeli z oblikovanjem izbočenega trikrakega stičišča, ki je vsebovalo osrednji del s 40 naključnimi nukleotidi. Sledila je inkubacija z biotiniliranim O6-benzilgvaninom, pri čemer je bila selekcija usmerjena tako, da se je biotinsko označena alkilna skupina kovalentno vezala na RNA. S pomočjo še dodatnega inženiringa pa so na koncu ustvarili MTR1. Njegova funkcija je katalizacija prenosa alkilne skupine na N1 položaj adeninske nukleobaze v jedru stičišča. Zagotavlja popoln in hiter prenos (1 min⁻¹ v optimalnih pogojih).
===Osnovne značilnosti in struktura MTR1===
3D struktura je bila določena s kristalografijo in potrjeno je bilo, da reakcija poteče do konca. Rezultat reakcije je popoln prenos alkilne skupine z zunanje O6-alkilgvaninske spojine na N1 adenina A63 v tarčni verigi. Aktivna struktura je sestavljena iz trikrakega helikalnega stičišča, v katerem se odvijajo vse reakcije. Jedro sestavljajo štiri ravnine baznih interakcij. Ravnino 1 in 2 predstavljata bazna para G:C. Na vrhu je ravnina 4, ki je sestavljena iz trojne interakcije med tremi adeninovimi nukleotidi. Produkt reakcije (eksogeni gvanin) tvori ravnino 3. Gvanin je vezan z vodikovimi vezmi na nukleobaze C10 in U45 ter na N6 tarčnega A63, katere so v isti ravnini. Ta kompleks predstavlja aktivno središče ribocima.
Eksogeni gvaninski produkt, ki je pred reakcijo O6-alkilgvanin je stabiliziran s skupno sedmimi vodikovimi vezmi (po tri na C10 in U45 ter ena na A63), poleg tega pa je zložen med G:C bazni par spodaj in trojno adeninsko interakcijo ravnine 4 zgoraj.
Pred reakcijo je eksogeni produkt gvanina prisoten kot O6-alkilgvanin, po reakciji pa se stabilizira s sedmimi vodikovimi vezmi: tri vezi z nukleobazo C10, tri z U45 in ena z A63. Poleg tega je umeščen med G:C bazni par na spodnji strani ter trojno interakcijo treh adeninov, ki sestavljajo zgornjo ravnino 4.

===Katalitski mehanizem alkiltranferazne aktivnosti MTR1===
Struktura ribocima narekuje mehanizem katalize, ki jo omogočajo trije ključni dejavniki. O6-alkilgvanin se močno poveže z ribocimom, kar zmanjša aktivacijsko entropijo. Geometrija omogoča poravnavo neveznih elektronov na N1 adenina 63 z vezjo C-O, kar vodi do optimalnega prekrivanja σ* orbital. Struktura ribocima prav tako nakazuje mehanizem, kjer se citozin 10 obnaša kot kislina in protonira O6-alkilgvanin.
Pri nevtralnem pH je citozin 10 neprotoniran, vendar vezava O6-alkilgvanina pri aktivnem MTR1 ribocimu povzroči protonacijo N3 in stabilizacijo preko tvorbe vodikove vezi z N12.

Mehanizem predvideva, da se alkilna skupina prenese na tarčni N1 adenina 63, ponovno vzpostavljena karbonilna dvojna vez na gvaninu (brez alkila) pa ustvari negativni naboj na N1. Citozin 10 s protoniranim N3, ki deluje kot kislina, omogoči nastanek vodikove vezi med N3 in N1 O6-alkilgvanina, kar stabilizira protonirano obliko citozina 10 in njegov pKa dvigne na 6,3. Eksperimentalno dokazano se reakcijska hitrost povečuje z nižanjem pH, optimalen pa je pH 6,0. Prenos protona iz N3 na N1 gvanina nevtralizira negativen naboj na N1 in ponovno regenerira citozin na njemu lasten pKa ~3,53.

Predlagan mehanizem je podprt z mutagenetskimi študijami, poskusi so pokazali, da mutacija citozina 10 povzroči skoraj popolno izgubo aktivnosti ribocima. Uporabljeni so bili mutanti citozina s spremenjeno pKa vrednostjo protonskega donorja N3, ki so ohranili Watson-Crickov rob, odgovoren za tvorbo vezi s substratom. 1-Deazacitozin [C(n1c)], kjer zamenjava N1 z ogljikom povzroči pKa 11;4, kar N3 onemogoči kislinsko katalizo, in psevdo izocitozin [C(n1c, c5n)], ki ima zaradi zamenjave C5 z dušikom pKa 3,7 oz. 9,4, kar ponovno vzpostavi za katalizo primerno nizek pKa. Hitrost transferazne aktivnosti ribocima je bila izmerjena z denaturirajočo poliakrilamidno gelsko elektroforezo, kjer so kot substrat k radioaktivno označeni RNA dodali O6-(4-aminometil-benzil)-gvanin. RNA z vezanim 4-aminometil-benzilom zaradi povečane mase v gelu potuje počasneje, zato pride do učinkovite separacije, ki omgoča kvantitativno meritev pretvorbe skozi čas3.

Kvantnomehanski izračuni pokažejo, da protonacija in prenos alkilne skupine ne nastopita sočasno, saj bi takšna reakcija zahtevala premostitev visoke energijske bariere. Najprej pride do prenosa protona, ki naredi alkilno skupino bolj elektrofilno, šele nato do prenosa alkilne skupine4.
==Zaključek==
Zaradi ovir, ki jih ribocimu povzroča njegova lastna kemijska sestava, je najverjetneje deloval skupaj s koencimom, saj RNA, kot prikazano pri RNA stikalih, z lahkoto veže majhne ligande2. Tudi mnogi moderni koencimi vsebujejo RNA kofaktorje, kot so NAD⁺, FAD, CoA, ATP. prisotnost RNA v ključnih koencimih nakazuje na možno vlogo RNA v evolucijsko zgodnjih metabolnih procesih, pred začetkom encimske katalize. Obstoj ribocimov, ki lahko aktalizirajo širok nabor reakcij ostaja še neodgovorjeno vprašanje, odgovor nanj pa morda skriva povezava z RNA stikali, pri katerih lahko zaradi možnosti vezave ligandov sklepamo na evolucijsko podobnost z ribocimi1.
==Viri==
*1 Wilson TJ, Lilley DMJ. The potential versatility of RNA catalysis. WIREs RNA 2021; 12: e1651.
*2 Lilley DMJ, Huang L. RNA catalysis moving towards metabolic reactions: progress with ribozyme catalyzed alkyl transfer. Trends in Biochemical Sciences 2025; : S096800042500026X.
*3 Wilson TJ, McCarthy E, Ekesan Ş, et al. The Role of General Acid Catalysis in the Mechanism of an Alkyl Transferase Ribozyme. ACS Catal 2024; 14: 15294–305.
*4 McCarthy E, Ekesan Ş, Giese TJ, et al. Catalytic mechanism and pH dependence of a methyltransferase ribozyme (MTR1) from computational enzymology. Nucleic Acids Research 2023; 51: 4508–18.

Molekularna biologija RNA

2025-04-14T19:41:25Z

Julijadolinsek:

Seminarji pri Molekularni biologiji v študijskem letu 2024/25 obravnavajo široko področje RNA, od njenih posebnih strukturnih lastnosti, različnih tipov RNA v živih celicah, proteinov, ki se vežejo na RNA, regulatorne vloge pri izražanju genov, pa vse do sprememb, ki so povezane s patološkimi stanji in do uporabe RNA pri pripravi cepiv in razvoju zdravil.

Naslovi seminarskih tem so navedeni na spodnjem seznamu.

Vse teme temeljijo na preglednih člankih, kar pomeni, da obravnavajo zaključene tematike, na katerih je bilo opravljenega že veliko dela. Zato praviloma vsako temo obdelajo po trije študenti. Vsaka skupina mora pripraviti povzetek seminarja z vsaj 1200 besedami in ne več kot 1800 besedami in ga objaviti na tem wikiju. Povzetek ne vsebuje slikovnega gradiva, lahko pa vključuje povezave do slik in videov na spletu. Navedite do 5 ključnih virov (ti ne štejejo v vsoto 1200–1800 besed), ki ste jih uporabili. Če izjemoma seminar pripravita dva študenta, je obseg povzetka 1000-1500 besed, če je študent sam, pa 800-1200 besed.

Vsaka skupina mora objaviti povzetek seminarja na wikiju najkasneje 24 h pred predstavitvijo svojega seminarja. Kateri del povzetka je napisal kdo, navedite v zavihku 'discussion'. Predstavitev naj bo dolga 15–20 minut, temu pa bo sledila razprava (pribl. 5 minut). Vsak član skupine mora predstaviti en del seminarja, pri čemer mora biti delo enakomerno razdeljeno med vse. Osredotočite se na osnovno temo, ki ste si jo izbrali, in vključite le malo splošnega uvoda, kjer je mogoče pa izpostavite ključne razlike v procesih med bakterijami, evkarionti in arhejami. Če seminar predstavljata dva študenta, imata na voljo 12-15 minut, če je študent sam, pa 8-10 minut.

Seminarske predstavitve bodo potekale med 16. aprilom in 14. majem 2024. V tem času ne bo klasičnih predavanj, torej bodo tako ponedeljkovi kot sredini termini namenjeni seminarjem.

Vsebina seminarjev je izpitna snov. Iz teme seminarjev je ~10 % vprašanj na izpitu (oz. ~10 % točk dobite za odgovore iz snovi seminarjev).

Razdelitev seminarjev je potekala v okolju Google Drive, kjer so (bile) navedene povezave do izhodiščnih člankov, s katerimi lahko začnete iskanje literature. Večinoma navedeni viri ne zadoščajo, da bi pripravili kvaliteten 15-minutni seminar, zato boste morali pregledati tudi nekaj primarnih virov (raziskovalnih člankov), ki jih boste poiskali sami oz. jih boste našli citirane v preglednih člankih. Vaši seminarji naj se osredotočijo na osnovno temo iz naslova in naj nimajo dolgih splošnih uvodov. Seminarji si bodo namreč sledili dokaj hitro eden za drugim, tako da boste osnove hitro osvojili in jih ni treba ponavljati.

Ko boste pripravljali povzetek, naslov izbrane teme, ki ga vpišete na spodnji seznam, povežite z novo wiki stranjo, ki bo vsebovala povzetek. Na koncu besedila povzetka (pod viri) v novo vrstico dodajte oznako: <nowiki>[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]</nowiki>. Primer, kako so bili urejeni seminarji lani, si lahko ogledate na strani [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Molekularna_biologija_plazmidov Molekularna biologija plazmidov].

Seznam tem in referenti:

16. april: 
* [[RNA kataliza: Napredek pri ribocimsko kataliziranem prenosu alkilne skupine]] (Julija Dolinšek, Tjaša Turk, Jošt Žulič)
* [[Kanonične in nekanonične funkcije nekodirajoče RNA-komponente (TERC) telomeraznega kompleksa]] (Veronika Štrekelj Istinič, Anamarija Rozina, Hana Funa)
* [[Vloga metilacije RNA pri uravnavanju usode matičnih celic]] (Tinkara Pepelnjak, Lana Traven) 
* seminar 4

23. april: 
* seminar 1
* seminar 2
* seminar 3
* seminar 4

5. maj: 
* seminar 1
* seminar 2
* seminar 3
* seminar 4

7. maj: 
* seminar 1
* seminar 2
* seminar 3
* seminar 4

12. maj: 
* seminar 1
* seminar 2
* seminar 3
* seminar 4

14. maj: 
* seminar 1

BIO2 Povzetki seminarjev 2024

2024-11-19T15:17:23Z

Julijadolinsek: /* POVZETKI SEMINARJEV BIOKEMIJA 2024/25 */

= POVZETKI SEMINARJEV BIOKEMIJA 2024/25 =

==Lan Tanko - Proteaze kot nepogrešljivi členi umetnih signalnih poti==
Virusne proteaze zaradi svoje visoke specifičnosti predstavljajo ključen člen umetnih signalnih poti, saj omogočajo natančen in ireverzibilen prenos informacij na tarčni protein, ki ga lahko s cepitvijo vezi bodisi aktivirajo ali inhibirajo. Za potek proteolitske cepitve tarčne sekvence mora proteaza vsebovati vse funkcionalne domene in biti v bližnjem ter neoviranem stiku z zaporedjem, ki ga cepi. Sintetične signalne poti za svoje delovanje tako temeljijo na medproteinskih interakcijah. Gre lahko za relativno preproste interakcije, ki izhajajo iz biokemijskih lastnostih proteinov, ali pa za bolj kompleksne operacije, ki se na inovativen način poslužujejo še logične algebre. Signalne poti so sposobne zaznati tako endogene kot eksogene signale ter zanje prirediti odgovor. Izhodna informacija lahko zgolj posreduje informacijo o aktivaciji receptorja preko sprostitve inertnega transkripcijskega faktorja, ki promovira ekspresijo fluorescenčnega markerja, ali pa sprosti protein, ki bo vplival na potek endogenih procesov. Tako je moč ustvariti najrazličnejše sintetične poti – take, ki ponujajo nove metode zaznavanja celičnih procesov, kot tudi take, ki bodo prepoznavale onkogeno obnašanje celice ter inducirale celično smrt. Zaradi svoje modularnosti in posledično variabilnosti v funkciji so umetne signalne poti tema mnogih raziskav s področji biokemijskih tehnologij, skozi katere se trudijo optimizirati ustvarjene poti za aplikativno rabo.

==Tadej Kranjc - Pomembnost mTORC1 v fitnesu: Njegova funkcija in delovanje==
Ste se kdaj spraševali, kako vaše telo postane močnejše in bolj definirano? V tej seminarski vam bom na podrobneje opisal to prav natančno uglašeno signalno pot, ki nadzoruje rast in regeneracijo mišic v našem telesu. Mehanizem mTORC1 (mehanistična tarča rapamicina kompleks 1) je pomemben za vse športnike, ki želijo izboljšati svojo telesno pripravljenost, saj ureja procese, kot sta sinteza beljakovin in zavira proces avtofagije. Sama aktivacija te poti se sproži ob zadostni količini aminokislin, predvsem levcin, zadostne hranilne energije v obliki glukoze in ob sprostitvi hormonov ter mehanskega napora na skeletne mišice. Aktivacija mTORC1 se zgodi ob translokaciji in lokalizaciji na membrani lizosoma, kjer se ob prisotnosti zadosti aminokislin in rastnih hormonov aktivirata beljakovini Rheb in kompleks Rag GTPaza. Aktiviran mTORC1 je pomemben pri športnikih, ki zrejo k povečanju mišične mase. Pri hipertrofiji pomaga s sintezo beljakovin, ki zacelijo mikroskopske poškodbe na skeletnih mišicah in zavira postopek avtofagije, kar pospeši postopek mišične rasti in hitrejše doseganje naših ciljev.

==Zoja Mramor- Etilenska signalizacija v rastlinah==
Etilen, preprost olefinski plin, ki ga rastline biosintetizirajo, deluje kot fitohormon in je ključni regulator različnih rastnih ter razvojnih procesov, kot so zorenje plodov, staranje in odziv na stres. Znanstvene raziskave, predvsem na modelni rastlini Arabidopsis thaliana, so odkrile kompleksnost signalne poti etilena, ki vključuje več ključnih komponent, kot so receptorji (ETR1, EIN2, CTR1) in transkripcijski faktorji (EIN3, ERF). Poleg osnovne signalne poti pa nove vpoglede v delovanje podajajo tudi alternativne poti signalizacije. Etilen ima tudi velik komercialni pomen, saj vpliva na zorenje pridelkov in omogoča njihovo dolgotrajnejše skladiščenje. Razumevanje signalizacije etilena je ključno za razvoj vedno bolj ustreznih metod za nadzor nad njegovimi učinki, kar vključuje tako inhibicijo dozorevanja plodov, kot tudi spodbujanje prezgodnje kalitve parazitskih rastlin.

==Manja Drobne - Stranski produkti glikolize in njihovo odstranjevanje==
Glikolizo si običajno predstavljamo kot urejen sklop desetih reakcij, ki v celici poteka nemoteno, vendar med procesom zaradi fizioloških razmer v celici prihaja tudi do napak. Pri tem imamo v mislih stranske toksične metabolite, ki našemu telesu predstavljajo nevarnost. Nastanejo zaradi napake metaboličnih encimov, ki namesto pravega substrata katalizirajo pretvorbe analogov oziroma na substratu izvedejo napačno reakcijo. Redko nekanonični metabolit nastane spontano. Nekanonični metaboliti običajno niso del metaboličnih poti, kar v celici povzroča veliko težav. Ker niso primarni substrati, se kopičijo v celici in lahko inhibirajo metabolične encime ali celo izpodrinejo osnovne produkte iz metaboličnih poti. Ključnega pomena je, da imamo v celici metabolične popravljalne encime, ki te produkte odstranjujejo. Nekateri jih pretvorijo v neškodljive snovi, ki se pogosto vračajo v metabolne poti, drugi pa posredno z zmanjšanjem koncentracije njihovih predhodnikov onemogočijo njihov nastanek. V seminarju sem se osredotočila na stranske produkte, ki nastanejo med glikolizo in pretvorbo piruvata v laktat. Mesta, na katerih prihaja do napak in kjer delujejo popravni encimi, sem tako razdelila na devet skupin in opisala delovanje naslednjih encimov: G6PC3, G6PT, PGP, ACYP1, NAXD, NAXE, L2HGDH, sedoheptuloza-1,7-bisfosfataza, GLO, FN3K, MDP1, AXGHT, GRHPR in HAO1/2.

==Vita Škarabot - Signalizacija sladkega okusa: signalne poti in regulatorni mehanizmi==
Okušanje organizmom omogoča, da ocenijo kemijsko sestavo hrane, še preden jo zaužijejo in jih obvaruje pred vnosom potencialno škodljivih snovi. Sladke molekule pri organizmih vzbudijo pozitiven odziv, kar je povezano z visoko energijsko vrednostjo številnih v naravi pojavljajočih se sladkih snovi. Signalne poti povezane z okušanjem sladkega aktivirajo naravni sladkorji, različna naravna ali umetna sladila ter nekatere D-aminokisline, vendar ne vsi po enakem mehanizmu. Glavna signalna pot pri okušanju sladkega je odvisna od heterodimerskega receptorja sestavljenega iz GPCR-jev Tas1R2 in Tas1R3, ki aktivira G-protein gustducin, ki je precej podoben transducinu. Signalna pot poteka preko fosfolipaze C in vključuje povišanje znotrajcelične koncentracije kalcija, ki povzroči depolarizacijo membrane in sproščanje živčnega prenašalca. Poleg te signalne poti pa obstajajo še nekatere od GPCR-jev neodvisne poti, v katerih sodelujejo membranski kanalčki SGLT1 ali GLUT1 in GLUT2. Opisana signalizacija je kompleksna, saj se signalne poti med sabo prepletajo, različne sladke molekule pa lahko sprožijo tako prekrivajoče se, kot tudi popolnoma različne signalne poti. Njihova regulacija poteka preko mehanizmov, kot so desenzitizacija in endocitoza receptorjev, preko povezovanja z različnimi G-proteini in s pomočjo pomožnih proteinov. Raziskovanje signalnih poti okušanja je pomembno za razvoj novih umetnih sladil, ki bi bolje posnemala naravne sladkorje, za lažje uravnavanje kaloričnega vnosa in vzdrževanje homeostaze glukoze ter celo za razvoj nekaterih zdravil za bolezni, kot je diabetes.

==Ema Mataln Smehov - Vloga encima PFKFB3 in povečane glikolitične aktivnosti pri sepsi==
Sepsa nastane zaradi pretiranega imunskega odziva na okužbo in je lahko tudi življenjsko nevarna. Povečana glikolitična aktivnost v imunskih celicah, kot so makrofagi in nevtrofilci, zagotavlja hitro energijo za intenziven imunski odziv. Encim PFKFB3 pospešuje glikolizo z uravnavanjem fruktoze-2,6-bifosfata, kar pospeši vnetne procese. Vendar pa lahko prekomerna aktivnost glikolize hitro postane škodljiva. Ob prekomerni aktivnosti glikolize v imunskih celicah pride do hitrejšega pridobivanja energije, kar podpira intenziven vnetni odziv. Vendar pa se ob tem kopičijo vnetni mediatorji, kot so citokini, ki povečujejo poškodbe tkiv in povzročijo zakisanje tkiva zaradi višje koncentracije mlečne kisline. To zakisanje lahko dodatno obremeni organe in vodi v organske odpovedi, še posebej pri hudih oblikah sepse. Podobno se tudi v neimunskih celicah, kot so endotelijske celice in pljučni fibroblasti, prekomerna aktivnost glikolize povezuje s škodljivimi učinki. V endotelijskih celicah visoka aktivnost PFKFB3 spodbuja privlačenje imunskih celic in migracijo na mesta vnetja, kar poslabša vnetne procese in prispeva k motnjam v prepustnosti tkiv. Pri fibroblastih, še posebej pljučnih, poveča aktivacijo in sintezo kolagena, kar lahko vodi v fibrozo in brazgotinjenje tkiva. Zaradi teh učinkov je zaviranje PFKFB3 izjemno pomembno, saj lahko omili intenzivnost vnetnega odziva in prepreči trajne poškodbe tkiv. Zaradi tega je ključnega pomena, da raziskovalci preučujejo in iščejo nove inhibitorje PFKFB3, ki pomagajo zmanjšati aktivacijo celic in preprečiti prekomerno aktivnost glikolize.

==Laura Savič - Vloga glikolize pri razvoju ateroskleroze==
Ateroskleroza je zelo pogosta kronična bolezen, kjer pride do nastanjanja maščobnih oblog na notranjih stenah žil, kar vodi do kroničnega vnetja in nastanka ateroskleroznih plakov. Vloga glikolize pri razvoju ateroskleroze pritegne vedno več pozornosti, saj raziskave kažejo, da bi uravnavanje glikolize lahko ponudilo nove možnosti zdravljenja te bolezni. Glikoliza, ključni proces pridobivanja energije v celicah, je v aterosklerotičnih območjih spremenjena in sodeluje pri disfunkciji endotelijskih celic, vnetnem odzivu makrofagov in razvoju žilne angiogeneze. Ta proces omogočajo različni encimi, ki povečajo glikolitično aktivnost celic, spodbudijo proizvodnjo mlečne kisline ter s tem povečujejo vnetje. Čeprav se raziskave trenutno osredotočajo na PFKFB3 (6-fosfofruktoza-2-kinaza/fruktoza-2,6-bisfosfataza 3), obstaja še veliko možnosti za raziskave drugih glikolitičnih encimov in inhibitorjev, kot sta heksokinaza in piruvat kinaza, ki bistveno vplivata na hitrost in učinkovitost glikolize. V nadaljnih študijah bo ključno odkrivanje novih, še bolj specifičnih inhibitorjev, ki bi omogočili boljše in natančnejše uravnavanje metabolnih poti v celicah spremenjenih pri aterosklerozi, ter za razvoj novih zdravil za preprečevanje pojava in napredovanja bolezni.

==Ema Kafol - Sonic Hedgehog signalna pot in njena povezava z depresijo==
Depresija je ena najpogostejših psiholoških motenj v sodobni družbi. Blagi kronični stres, ki prispeva k njenemu razvoju, lahko povzroči več pomembnih sprememb v možganih, predvsem v nevronih, kar vpliva na njihovo funkcijo, preživetje in komunikacijo. V zadnjih letih so znanstveniki začeli postavljati hipoteze o povezavi med motenimi pretvorbami signala v celici in nastankom, razvojem ter razširitvijo depresije. Osredotočili so se na raziskovanje vloge Sonic hedgehog (Shh) signalne poti v času razvoja depresivnih motenj. Prav tako so želeli odkriti ali bi lahko bila Shh signalna pot možna tarča zdravljenja depresije. Sonic Hedgehog signalna pot ima ključno vlogo pri razvoju centralnega živčnega sistema. Spodbuja razvoj novih nevronov v času hipokampalne nevrogeneze. Prispeva lahko tudi k obnavljanju nevronov, ki so bili poškodovani v času blagega stresa, s spodbujanjem nevrogeneze in nevroplastičnosti. Podobno vlogo imajo antidepresivi, kar odpira možnost povezave med Shh signalno potjo in depresivnimi motnjami. V hipokampusu so odkrili še druge signalne poti, ki pa se med seboj pogosto križajo. Med najbolj raziskanimi sta Wnt in BDNF signalni poti, za kateri je že znano da delujeta antidepresivno. Z raziskavami so uspeli dokazati povezavo med Shh, Wnt in BDNF. Bolj natančno poznavanje Shh signalne poti, bi lahko odprlo vrata do novih in boljših možnosti antidepresivnega zdravljenja.

==Maša Markun - Kako pride do srbečice: mehanizmi in molekule==
Srbečica ali pruritus je neprijeten občutek, ki v nas povzroča željo po praskanju. Lahko je posledica bolezni kože, vzrok pa je lahko tudi nevrološki ali psihološki. Do občutka srbečice vodi več mehanizmov, ki jih v grobem lahko razdelimo na histaminergično in nehistaminergično signalno pot. Histamin s svojima receptorjema sodeluje v histaminergični signalni poti, različne druge signalne molekule, kot so na primer citokini, pa s svojimi receptorji sodelujejo v nehistaminergični signalni poti. Preko fosfolipaznega sistema te signalne molekule aktivirajo ionske kanale iz družine TRP (transient receptor potential channels), ki se odprejo in omogočijo pretok kationov v celico, kar generira akcijski potencial. Posledično se odprejo napetostno odvisni natrijevi kanali, s pomočjo katerih se signal prenese naprej. Med primarnim senzoričnim nevronom in sekundarnim nevronom se signal prenese s pomočjo nevrotransmiterja glutamata. To se zgodi v hrbtenjači. Pruritični signal se nato prenese naprej do možganov, kjer se sprocesira in povzroči srbenje. Vzroki srbečice so pogosto nejasni in prepleteni med seboj, zato je zdravljenje dostikrat zahtevno. V zadnjem času so razvili različna nova zdravila proti srbečici, ki so usmerjena v bolj specifične tarče v teh mehanizmih in so zato bolj učinkovita ter imajo manj stranskih učinkov. V marsikaterem primeru pa vseeno še vedno nimamo optimalnih rešitev za lajšanje srbečice.

==Katarina Kolbl - Molekularni mehanizmi zgodnje in pozne faze LTP==
Dolgotrajno sinaptično ojačenje (LTP-long term potentiation) je proces, ki je ključen za delovanje naših možganov, ker ima pomembno vlogo pri mehanizmih, na katerih temeljita učenje in spomin. Za LTP je značilno dolgoročno povečanje moči sinaptičnih povezav, kot posledica stimulacije nevronov. V tem seminarju so predstavljeni biokemijski procesi, ki omogočajo LTP, s poudarkom na biosignalizaciji. Signalna pot se začne z vezavo nevrotransmiterja na receptorje postsinaptične membrane, kar omogoči vstop sekundarnega obveščevalca. Aktivirajo se nadaljni encimi odgovorni za biosignalizacijske poti, ki vodijo do dolgotrajnih struktrunih sprememb v nevronih. Seminar obravnava zgodnjo in pozno fazo LTP. Za zgodnjo fazo so značilne modifikacije že obstoječih proteinov, medtem ko je za pozno fazo potrebna regulacija izražanja genov in sinteza novih proteinov. Za optimalno delovanje živčevja pa je potrebno ravnotežje med dolgotrajnim sinaptičnim ojačenjem (LTP) in slabljenjem (LTD-long term depression). LTD zmanjša moč povezav in s tem poveča prilagodljivost možganov. Razumevanje mehanizmov LTP nam da boljši vpogled v delovanje živčevja, kar lahko koristi pri razvijanju novih načinov za izboljšanje kognitivnih funkcij in zdravljenje nevrodegenerativnih bolezni.

==Veronika Štrekelj Istinič - Regulacija metabolizma piruvata in s tem povezane neurodegenerativne bolezni==
Mitohondrijski nosilec piruvata (MPC) je beljakovinski kompleks, ki omogoča transport piruvata iz medmembranskega prostora v matriks mitohondrija, kjer se piruvat vključuje v Krebsov cikel. MPC povezuje glikolitični metabolizem v citosolu s Krebsovim ciklom. Pri ljudeh je MPC sestavljen iz dveh podenot: MPC1 in MPC2, katerih delovanje je regulirano glede na prisotnost hormonov, kot sta inzulin in glukagon. Transport piruvata poteka s simportom protona ali izmenjavo s hidroksidnim ionom, pri čemer je pomemben elektrokemični gradient.
Mutacije v MPC1 lahko povzročijo resne zdravstvene težave, kot so motnje transporta piruvata, laktacidoza in nevrološke okvare. Primeri mutacij so povezani z nevrodegenerativnimi boleznimi, kot sta Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen, kjer je moten mitohondrijski metabolizem. Nepravilnosti v metabolizmu piruvata so značilne tudi za bolezni, kot sta Leighov sindrom in srčno popuščanje. Nevrodegenerativne bolezni, kot sta Alzheimerjeva in Parkinsonova, so povezane z disfunkcijo mitohondrijev, oksidativnim stresom in zmanjšano aktivnostjo ključnih encimov, kot je piruvat dehidrogenaza (PDH). Disregulacija teh procesov vodi do zmanjšane sinteze ATP, kar prispeva k napredovanju bolezni. PDH igra ključno vlogo v celičnem metabolizmu in je strogo reguliran z energijskimi potrebami celice, kar vpliva na homeostazo in zdravje.
Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen sta si zelo podobni, saj imata skupne značilnosti kot je npr. povišan ROS, hipometabolično stanje in celotno okvaro celičnega metabolizma v regijah v možganih. Pri Alzheimerjevi bolezni zaviralci acetilholinesteraze in NMDA receptorjev zmerno izboljšajo simptome, pri Parkinsonovi pa L-Dopa poveča dopamin. Vendar te terapije ne rešujejo oksidativnega stresa in hipometabolizma. Piruvat, kot antioksidant, lahko blaži oksidativni stres in ščiti nevrone, zato je obetavna možnost za prihodnje zdravljenje nevrodegenerativnih bolezni

==Tjaša Turk - Metabolni encimi z dvojno funkcijo v jedru: metabolna regulacija transkripcije genov==
Odkrito je bilo, da lahko metabolni encimi s translokacijo prehajajo iz citoplazme v jedro, kjer opravljajo nove funkcije, kot je vpliv na izražanje genov. Nekateri izmed teh encimov so ACPE-ji, ki proizvajajo acetil-CoA (v jedru) in tako vplivajo na acetilacijo histonov. Razvita je tudi teorija o vplivu jedrnih metabolnih encimov na pomembne celične funkcije kot so proliferacija, diferenciacija in odziv na stradanje. Povezava med metabolizmom in specifičnim izražanjem genov pripomore k razumevanju prilagoditev celic na spremembe v okolju in tudi v mutiranih celicah (rakavih). Zaradi kompleksnosti mehanizma in pomankanja natančnih metod, v veliki večini te hipoteze oziroma trditve še niso dokončno potrjene. Nadaljnje raziskave se usmerjajo v izdelavo novih zdravil na osnovi povezave med metabolizmom in izražanjem genov. Cilj pa je, da bi poznali točen mehanizem translokacije metabolnih encimov v jedro, saj bi s pomočjo tega lahko razvijali nova zdravila s specifičnimi zaviralci translokacije. Tako bi lahko blokirali oziroma preprečili jedrne funkcije teh encimov, vendar pa bi morali zagotoviti, da se ne spremeni njihova vloga tudi v citoplazmi in mitohondrijih.

==Mia Plantan - Vpliv intermediatov cikla citronske kisline na glavne telesne sisteme==
Krebsov cikel, znan tudi kot cikel citronske kisline ali TCA cikel, je osrednji biokemični proces, ki poteka v mitohondrijih evkariontskih celic ali citoplazmi prokariontskih celic in omogoča pretvorbo glukoze v energijo v obliki ATP. Med procesom nastajajo ključni intermediati, kot so citrat, alfa-ketoglutarat, sukcinat in malat, ki poleg vloge v pridobivanju energije, delujejo tudi kot signalne molekule in vplivajo na različne celične funkcije in fiziološke sisteme. V endokrinem sistemu intermediati uravnavajo sintezo in sproščanje hormonov ter vplivajo na energijsko homeostazo, kar je ključno za pravilno delovanje telesa. Na imunski sistem vplivajo z modulacijo vnetnih poti in uravnavanjem aktivacije imunskih celic, kar omogoča učinkovit odziv na okužbe ter zaščito pred škodljivimi patogeni. Razumevanje vpliva teh intermediatov na fiziološke sisteme odpira nove možnosti za zdravljenje bolezni, saj presnovna neravnovesja in disfunkcije Krebsovega cikla prispevajo k razvoju kroničnih vnetnih bolezni, diabetesa, avtoimunskih bolezni in raka. Z usmerjanjem v specifične presnovne poti, ki jih intermediati uravnavajo, lahko razvijemo tarčna zdravljenja za obvladovanje bolezni in izboljšanje zdravja.

==Anamarija Rozina - Kaj se v resnici dogaja med staranjem? Pomen epigenetsko regulirane mitohondrijsko-jedrne komunikacije pri procesih staranja==
Staranje, ki ga povezujemo z oslabljenim delovanjem bioloških funkcij, pojavom bolezenskih stanj in na koncu s smrtjo, obsega več med seboj kompleksno povezanih procesov; čeprav je morda staranje težko absolutno definirati, ga spremljajo obsežne epigenetske spremembe in spremembe v metabolizmu. Eden od pomembnih faktorjev pri njegovi regulaciji je mitohondrijsko-jedrna komunikacija. Mitohondriji so osrednji organeli energijskega metabolizma, večina proteinskih kompleksov, ki pri tem sodeluje, pa je kodirana v jedrni DNA. Za zagotavljanje optimalnega delovanja mitohondrijev in usklajevanje izražanja genov in translacije je zato zelo pomembna stalna komunikacija med jedrom in temi organeli. Stresne okoliščine, ki jih povzročajo motnje in nepravilno delovanje mitohondrijev, npr. porušeno razmerje metabolitov, akumulacije mtDNA mutacij, oslabljeno celično dihanje, motena homeostaza mitohondrijskih proteinov in produkcija ROS, sprožijo vrsto različnih signalov, ki te informacije prenesejo v jedro; to povzroči aktivacijo ustreznih transkripcijskih signalov za ohranjanje homeostaze mitohondrijev in posledično celic, kar pa pomembno vpliva na uravnavanje procesov staranja in dolgoživosti. Nekateri izmed regulatornih signalov, katerih vloga pri regulaciji staranja je opisana v seminarski nalogi, so metaboliti cikla citronske kisline, ROS – reaktivne kisikove zvrsti in UPRmt (angl. mitochondrial unfolded protein response) – odziv na nezvite proteine. Ti preko vrste epigenetskih modifikacij spremenijo načine izražanja genov in vplivajo na procese staranja.

==Loti Rotar - Biokemijska podlaga zlorabe trimetazidina v športu==
Trimetazidin (TMZ) je zdravilo, razvito za zdravljenje angine pektoris. Za razliko od tradicionalnih zdravil deluje prek modulacije energijskega metabolizma srčne mišice. V normalnih razmerah so glavni vir energije za srce maščobne kisline. Njihova oksidacija proizvede veliko energije, a porabi tudi veliko kisika. Z inhibicijo encima 3-ketoacil-CoA tiolaze TMZ zmanjša oksidacijo dolgoverižnih maščobnih kislin in tako poveča uporabo glukoze kot energijskega substrata. Ta presnovna sprememba zmanjša potrebo srčne mišice po kisiku in zakisanost celic, kar izboljša učinkovitost srca brez vpliva na pretok krvi. Pri vrhunskih športnikih lahko TMZ zaradi podpore aerobnemu metabolizmu zmanjša zakisanost mišic in podaljša vzdržljivost pri visoko intenzivnih aktivnostih, kar je lahko ključno na tekmovanjih, kjer odločajo tisočinke sekunde. Zaradi potencialnih možnosti izboljšanja zmogljivosti je TMZ od leta 2014 uvrščen na seznam prepovedanih snovi Svetovne protidopinške organizacije. Čeprav ni bil povezan z neposrednimi zdravstvenimi tveganji za športnike, pa uporaba substanc za izboljšanje zmogljivosti ostaja v nasprotju s športnim načelom poštene igre.

== Nika Habič - Motnje β-oksidacije in njihov vpliv na celično smrt==
Beta oksidacija maščobnih kislin je ključna za energijsko produkcijo v primeru, da je dostop do glikogena omejen. Motnje mitohondrijske oksidacije so skupina genetskih bolezni, pri katerih so prizadeti encimi in proteini, ki sodelujejo v različnih stopnjah oksidacije. To lahko povzroči zmanjšano ali neučinkovito proizvodnjo ATP. Zaradi pomankanja energije lahko pride do poškodb celic, še posebej v energetsko bolj potratnih organih, kot so jetra, srce in skeletne mišice. Motnje se pogosto izražajo v obliki nevroloških in presnovnih težav, mišični oslabelosti in utrujenosti. Zdravljenje poteka simptomatsko ter temelji na dieti.
Posamezniki z mutacijami encimov, ki sodelujejo pri oksidaciji, ne morejo razgraditi maščobnih kislin, zato se te kopičijo v tkivih. Pomankanje energijskih rezerv in toksično kopičenje različnih derivatov v mitohondrijih povzroča nastanek oksidativnega stresa. Ta nastaja tudi zaradi prekinitev v dihalni verigi in inhibicije kompleksov, potrebnih za tvorbo ATP. Oksidativna škoda nastane, ko je ravnovesje zaradi prostih radikalov med oksidanti in antioksidanti porušeno ter lahko vodi v nastanek mitohondrijskih tranzicijskih por. Vse spremembe, ki pri tem nastanejo porušijo homeostazo in vodijo v programirano celično smrt oziroma apoptozo.

== Lola Ilievska - Cancer cells dependence on fatty acid catabolism for ATP production==
Over time, many metabolic pathways have been proposed to supply cancer cells with adenosine triphosphate (ATP), the energy molecule critical for cellular function, but still, the classical theories were not satisfied by the experimental data obtained from certain researches. Thus, new explanations have emerged to explain the ATP supply in cancer, including metabolic reprogramming in the tumor microenvironment. Moreover, substantial evidence suggests that obesity, particularly resulting from a high-fat diet, significantly promotes cancer progression and development, with findings indicating that fatty acids (FA) are the primary energy source fueling tumor growth in such cases. In addition, it has become clear that tumor cells exhibit plasticity in fatty acid metabolism to facilitate aggression and treatment resistance. These researches can lead to the detailed discovery of the metabolic pathways of fatty acid catabolism in cancer cells. Therefore, exploring the targets of FA metabolism in cancer to improve the efficiency of cancer therapy or to create new types of drugs is of great interest.

== Nina Kokalovikj - AMPK v možganih: njegova vloga pri metabolizmu glukoze in živčnem metabolizmu==
AMPK (od AMP odvisna kinaza) je esencialni encim, ki je izjemno pomemben pri celičnem metabolizmu. S svojo regulacijsko funkcijo skrbi, da celica vzdržuje zadostni nivo energije in hranilnih snovi za nemoteno delovanje. AMPK je alosterično reguliran encim. Odziva se na signale, ki nastanejo zaradi razlike v koncentraciji molekul adeninskih nukleotidov AMP:ATP in ADP:ATP. Vezava molekul AMP in ADP na AMPK povzroči vrsto konformacijskih sprememb. Najprej fosforilacijo ostanka treonina v aktivnem mestu, Thr-172, ki omogoča, da protein ostane v aktivni obliki in ga ščiti pred fosfatazami. Ta protein je mogoče najti v različnih tkivih. Eden od njih so možgani, kjer ima hipotalamus ključno vlogo. Natančneje v nevronih in astrocitih, kjer je njegova funkcija povezana z nadzorom vnosa glukoze, uravnavanjem apetita in njegovega metabolizma. Možgani in centralni živčni sistem namreč uporabljajo samo energijo, ki izvira iz glukoze.
AMPK poveča glikolizo s povečanjem privzema glukoze v celico s fosforilacijo proteinа TXNIP, kar povzroči translokacijo prenašalcev glukoze (GLUT1 ali 3) na plazmalemi. Aktivira encime, kot so: fosfofruktokinaza-1, piruvat kinaza in heksokinaza. Nadaljnje raziskave in študije v smeri AMPK pomagajo najti in razviti ustrezno zdravljenje nekaterih nevrodegenerativnih bolezni, pri čemer izkoriščajo njegov terapevtski potencial in metabolitsko regulativno vlogo.

== Hana Vozelj - Urea transportni proteini kot tarče za razvoj diuretikov ==
Urea, polarna molekula, nastaja kot produkt presnove dušika v jetrih in se izloča preko ledvic. Zaradi svoje polarnosti težko prehaja čez lipidno membrano, zato potrebuje posebne transportne proteine, imenovane urea transporterji (UT), ki omogočajo njen prehod. UT-ji se delijo na dve družini: UT-A in UT-B. Nahajajo se predvsem v ledvicah, kjer so ključni za nastanek koncentriranega urina, saj omogočajo recikliranje uree in ustvarjanje osmotskega gradienta, ki spodbuja reabsorpcijo vode, najdemo pa jih tudi v drugih tkivih. Raziskave so pokazale, da inhibitorji urea transporterjev (UT) delujejo kot diuretiki s posebnim mehanizmom, ki omogoča izločanje vode brez stranskih učinkov na ravnovesje soli in elektrolitov v telesu. Inhibitorji, kot je UTBinh-14 in UTAinh-E02, so pokazali visoko selektivnost in učinkovitost v zgodnjih študijah, zlasti na UT-A1 in UT-B, ki sta ključna za koncentriranje urina. UT inhibitorji zato predstavljajo obetaven pristop k diuretični terapiji, ki cilja na specifične mehanizme v ledvicah in bi lahko v kombinaciji s tradicionalnimi diuretiki izboljšali učinkovitost zdravljenja pri bolnikih, ki slabo reagirajo na običajne diuretike.

== Zala Kek - Vpliv ketogene diete na vzdraženost nevronov ==
Ketogena dieta (KD) je prehranski pristop, ki temelji na visokem vnosu maščob in nizki vsebnosti ogljikovih hidratov ter dokazano vpliva na zmanjšanje nevronske vzdraženosti. Uporablja se kot terapija pri zdravljenju trdovratne epilepsije, še posebej pri pacientih, ki se ne odzivajo na običajna proti epileptična zdravila. Ketonska telesca, kot sta acetoacetat in β-hidroksibutirat, nastanejo ob razgradnji maščobnih kislin in služijo kot alternativni vir energije, kadar primanjkuje glukoze. Ketoza, stanje, v katerem je telo, kadar se presnovno prilagodi na porabo maščob, pozitivno vpliva na sinaptično aktivnost v možganih. KD povečuje proizvodnjo ketonskih telesc, ki vplivajo na različne celične mehanizme, ki med drugim nadzorujejo potovanje električnih signalov med nevroni. Vplivajo na ionske kanalčke (predvsem od ATP-odvisne kalijeve kanalčke (K-ATP) in napetostno odvisne Ca2+ kanalčke (VDCCs)) in uravnavanje razmerja živčnih prenašalcev (glutamat - preko VGLUT in GABA). Delujejo tudi na BCL-2 povezan agonist celične smrti (BAD) ter na prepustnost mitohondrijske membrane (mPT). Mehanizmi, preko katerih KD vpliva na vzdraženost nevronov so zanimivi predvsem za razvoj novih proti epileptičnih zdravil, ki bi s posnemanjem učinkov KD omogočala enake rezultate z manjšo prehransko restrikcijo. Opisani procesi še niso povsem razumljeni, vendar kažejo na perspektivno področje nadaljnjih raziskav za zdravljenje epilepsije.

== Jana Likar Ivanov - Hiperamonijmija in mehanizmi urea cikla kot tarče za njeno zdravljenje ==
Hiperamonijmija je stanje, ko je koncentracija nam strupenega amonijaka v krvi previsoka. To lahko vodi v številne bolezni jeter, možganske okvare in celo smrt. Vzrok zanjo so večinoma genetske mutacije, ki povzročijo motnje v ciklu uree – procesu, odgovornem za odstranjevanje odvečnega amonijaka iz telesa. Poleg genetskih vzrokov pa lahko hiperamonijmijo povzročijo tudi nekatera zdravila, ki vplivajo na različne molekule, sodelujoče v ciklu uree. Cikel uree je petstopenjski cikel encimsko kataliziranih reakcij, pri katerem iz amonijaka preko različnih intermediatov nastane urea, ki se transportira v ledvice in izloči iz telesa. Je zelo kompleksen, natančno reguliran z velikim številom molekul in v veliki medsebojni odvisnosti z ostalimi metabolnimi procesi v jetrih, kot je Krebsov cikel v mitohondrijih. Sodelujoči encimi in drugi regulatorji cikla predstavljajo tako tarče za inhibitorje, ki povzročajo hiperamonijmijo (če gre za z zdravili inducirano HA), kot tudi tarče za razvoj novih zdravil za njeno zdravljenje. Na tem področju je potrebnih še veliko raziskav, velik korak naprej pri diagnozi hiperamonijmije pa bi predstavljalo tudi rutinsko merjenje prisotnosti amonijaka v krvi, zlasti pri pacientih z okvarami jeter.

== Hana Marovt - Metabolne poti aminokislin in njihov pomen pri imunskem odzivu ==
Celice imunskega sistema za diferenciacijo, proliferacijo in sintezo vseh produktov, ki jih potrebujejo za lastno presnovo ali jih izločajo, potrebujejo velike količine energije. Za uspešno obrambo pred tujki pogosto energijske zaloge iz glukoze niso dovolj – ključni regulatorji njihovega delovanja postanejo aminokisline. Razpoložljivost glutamina in še nekaterih ak postane ključna v obdobjih fiziološkega stresa, imunske celice, natančneje T limfociti pa skoraj popolnoma odvisni od njih. Če na glutamin deluje GLS (glutaminaza), nastaja glutamat, ki se lahko preko nadaljnjih reakcij pretvori v α-ketoglutarat in vstopi v cikel citronske kisline. V tej obliki je vir energije, drugače pa je glutamin transporter amonijaka in vir za sintezo proteinov in nukleotidov imunskih celic. Imunski odziv pa ni zgolj odvisen od metabolizma aminokislin kot vira energije in substratov za celice. V seminarju sta obravnavani katabolni poti arginina in triptofana, katerih encimi in produkti imajo pomembno vlogo v imunskem odzivu in lahko delujejo imunosupresivno ali imunoregulatorno. Pri katabolizmu arginina sta izpostavljeni arginaza in sintaza dušikovega oksida (NOS), pri triptofanu pa indolamin-2,3-dioksigenaza (IDO). Ta mehanizma med seboj sodelujeta, določene encime aktivirajo isti citokini (IFN-γ in izraža NOS in IDO) spet drugi imajo nasprotno delovanje (arginaza razgrajuje arginin, saj s tem zmanjšuje razpoložljivost substrata za produkcijo NO – zavira vnetje). S terapevstkimi sredstvi, ki vplivajo na specifične molekule ali celo signalne in metabolne poti, bi lahko še izboljšali imunoregulacijske učinke.

== Julija Dolinšek - Metabolne poti triptofana - potencialna patofiziološka povezava med depresijo in prekomerno prehranjenostjo? ==
Depresija in prekomerna prehranjenost sta vse bolj pereča problema sodobne zahodne družbe, ključ do mehanizma, ki ju povezuje, pa leži v eni od katabolnih poti aminokisline tripotafana – kinureninski poti. Prevelika aktivacija te poti vodi v pomanjkanje nevrotransmiterja serotonina, ki je produkt druge, serotoninske metabolne poti. Povišana raven vnetja v telesu in s tem vnetnih citokinov IFN-γ, TNFα in IL-1β inducira encim IDO, ta pa razgradnjo triptofana do katabolnih produktov – TRYCAT-ov. Ti so povezani z razvojem metabolnih bolezni in nevrotoksičnostjo, saj vplivajo na metabolne organe, imunski odziva telesa in nevrodegeneracijo. Pri depresiji so povišani TRYCAT-i prisotni zaradi stresa, aktivacije osi hipotalamus-hipofiza-nadledvična žleza (HPA) in povečanega vnetja. Vnetje sproži povečano izločanje ACTH hormona, posledično se zviša nivo kortizola, ki spodbudi encim TDO v jetrih, kar še dodatno zniža nivo triptofana. Aktivacija mikroglia celic poveča raven pro-vnetnih citokinov , kar ponovno vodi do katabolizma po kinureninski poti. Nekateri izmed katabolnih produktov neposredno vplivajo na adipocite in trebušno slinavko, kar povzroči povečanje sistemskega vnetja, s tem pa na inzulinsko rezistenco in spremembe v metabolizmu. Obe omenjeni bolezni sta povezani z možganskim vnetjem, zato so TRY kataboliti potencialna terapevtska tarča za razvoj učinkovin, ki bi hkrati izboljšale simptome depresije in debelosti.

BIO2 Seminar 2024

2024-11-19T15:14:45Z

Julijadolinsek: /* Seznam seminarjev */

= Biokemijski seminar =
doc. dr. Gregor Gunčar, K2.022

== Seznam seminarjev ==
{| {{table}}
! ime in priimek !! poglavje !! naslov seminarja !! recenzent 1 !! recenzent 2 !! datum oddaje !! datum recenzije !! datum predstavitve
|-
| Markun, Maša || 12 || Kako pride do srbečice: mehanizmi in molekule || Šinkovec, Jedrt || Kranjc, Lana || 14/10/2024 || 15/10/2024 || 16/10/2024
|-
| Kafol, Ema || 12 || Sonic Hedgehog signalna pot in njena povezava z depresijo || Kos, Aljaž || Kranjc, David || 14/10/2024 || 15/10/2024 || 16/10/2024
|-
| Špegel, Art || 12 || || Prodan, Neja || Zajc, Blaž || 14/10/2024 || 15/10/2024 || 16/10/2024
|-
| Kolbl, Katarina || 12 || Molekularni mehanizmi zgodnje in pozne faze LTP || Volovšek, Samo || Vince, Sara || 14/10/2024 || 15/10/2024 || 16/10/2024
|-
| Škarabot, Vita || 12 || Signalizacija sladkega okusa: signalne poti in regulatorni mehanizmi || Planinc, Luka || Schrader, Katja || 14/10/2024 || 15/10/2024 || 16/10/2024
|-
| Mramor, Zoja || 12 || Etilenska signalizacija v rastlinah || Traven, Lana || Šinkovec, Jedrt || 21/10/2024 || 22/10/2024 || 23/10/2024
|-
| Tanko, Lan || 12 || Proteaze kot nepogrešljivi členi umetnih signalnih poti || Sušnik, Rok || Kos, Aljaž || 21/10/2024 || 22/10/2024 || 23/10/2024
|-
| Kadunc, Nika || 12 || || Šuštar, David || Prodan, Neja || 21/10/2024 || 22/10/2024 || 23/10/2024
|-
| Krašna, Matic || 12 || Vloga receptorjev za rastni hormon pri zdravljenju sladkorne bolezni || Škerjanc, Žana || Volovšek, Samo || 21/10/2024 || 22/10/2024 || 23/10/2024
|-
| Kranjc, Tadej || 12 || Pomembnost mTORC1 v fitnesu: Njegova funkcija in delovanje || Šavli, Vita || Planinc, Luka || 21/10/2024 || 22/10/2024 || 23/10/2024
|-
| Mataln Smehov, Ema Agrafena || 14-15 || Vloga encima PFKFB3 in povečane glikolitične aktivnosti pri sepsi || Markun, Maša || Traven, Lana || 28/10/2024 || 29/10/2024 || 30/10/2024
|-
| Drobne, Manja || 14-15 || Stranski produkti glikolize in njihovo odstranjevanje || Kafol, Ema || Sušnik, Rok || 28/10/2024 || 29/10/2024 || 30/10/2024
|-
| Turk, Tjaša || 14-15 || || Špegel, Art || Šuštar, David || 28/10/2024 || 29/10/2024 || 30/10/2024
|-
| Savič, Laura || 14-15 || Vloga glikolize pri razvoju ateroskleroze || Kolbl, Katarina || Škerjanc, Žana || 28/10/2024 || 29/10/2024 || 30/10/2024
|-
| Kokalovikj, Nina || 14-15 || AMPK v možganih: njegova vloga pri metabolizmu glukoze in živčnem metabolizmu || Škarabot, Vita || Šavli, Vita || 28/10/2024 || 29/10/2024 || 30/10/2024
|-
| Rozina, Anamarija || 16 || || Mramor, Zoja || Markun, Maša || 04/11/2024 || 05/11/2024 || 06/11/2024
|-
| Hočevar, Toni || 16 || || Tanko, Lan || Kafol, Ema || 04/11/2024 || 05/11/2024 || 06/11/2024
|-
| Štrekelj Istinič, Veronika || 16 || Regulacija metabolizma piruvata in s tem povezane nevrodegenerativne bolezni || Kadunc, Nika || Špegel, Art || 04/11/2024 || 05/11/2024 || 06/11/2024
|-
| Kovačič, Nejc || 16 || || Krašna, Matic || Kranjc, David|| 04/11/2024 || 05/11/2024 || 06/11/2024
|-
| Plantan, Mia || 16 || Vpliv intermediatov Krebsovega cikla na glavne telesne sisteme || Kranjc, Tadej || Škarabot, Vita || 04/11/2024 || 05/11/2024 || 06/11/2024
|-
| Ilievska, Lola || 17 || Odvisnost rakastih celic od katabolizma maščobnih kislin za proizvodnjo ATP || Mataln Smehov, Ema Agrafena || Mramor, Zoja || 11/11/2024 || 12/11/2024 || 13/11/2024
|-
| Rotar, Loti || 17 || Biokemijska podlaga zlorabe trimetazidina v športu || Drobne, Manja || Tanko, Lan || 11/11/2024 || 12/11/2024 || 13/11/2024
|-
| Habič, Nika || 17 || Motnje β-oksidacije in njihov vpliv na celično smrt || Turk, Tjaša || Kadunc, Nika || 11/11/2024 || 12/11/2024 || 13/11/2024
|-
| Kek, Zala || 17 || Vpliv ketogene diete na vzdraženost nevronov || Savič, Laura || Krašna, Matic || 11/11/2024 || 12/11/2024 || 13/11/2024
|-
| Žerovnik, Klara || 17 || || Kokalovikj, Nina || Kranjc, Tadej || 11/11/2024 || 12/11/2024 || 13/11/2024
|-
| Marovt, Hana || 18 || Metabolne poti aminokislin in njihov pomen pri imunskem odzivu || Rozina, Anamarija || Mataln Smehov, Ema Agrafena || 18/11/2024 || 19/11/2024 || 20/11/2024
|-
| Poklečki, Žiga|| 18 || Vloga sprememb metabolizma aminokislin pri akutni ishemični možganski kapi || Hočevar, Toni || Drobne, Manja || 18/11/2024 || 19/11/2024 || 20/11/2024
|-
| Dolinšek, Julija || 18 || Metabolne poti triptofana - potencialna patofiziološka povezava med depresijo in prekomerno prehranjenostjo? || Štrekelj Istinič, Veronika || Turk, Tjaša || 18/11/2024 || 19/11/2024 || 20/11/2024
|-
| Likar Ivanov, Jana || 18 || Hiperamonijmija in mehanizmi urea cikla kot tarče za njeno zdravljenje || Kovačič, Nejc || Savič, Laura || 18/11/2024 || 19/11/2024 || 20/11/2024
|-
| Vozelj, Hana || 18 || Urea transportni proteini kot tarče za razvoj diuretikov || Plantan, Mia || Kokalovikj, Nina || 18/11/2024 || 19/11/2024 || 20/11/2024
|-
| Kos, Žan || 19 || || Ilievska, Lola || Rozina, Anamarija || 25/11/2024 || 26/11/2024 || 27/11/2024
|-
| Lenart, David || 19 || || Rotar, Loti || Hočevar, Toni || 25/11/2024 || 26/11/2024 || 27/11/2024
|-
| Kragelj, Sara || 19 || || Habič, Nika || Štrekelj Istinič, Veronika || 25/11/2024 || 26/11/2024 || 27/11/2024
|-
| Črv, Urban || 19 || || Kek, Zala || Kovačič, Nejc || 25/11/2024 || 26/11/2024 || 27/11/2024
|-
| Funa, Hana || 19 || || Žerovnik, Klara || Plantan, Mia || 25/11/2024 || 26/11/2024 || 27/11/2024
|-
| Velkavrh, Tjaša || 20 || || Marovt, Hana || Ilievska, Lola || 02/12/2024 || 03/12/2024 || 04/12/2024
|-
| Ljubič, Nejc || 20 || || Poklečki, Žiga || Rotar, Loti || 02/12/2024 || 03/12/2024 || 04/12/2024
|-
| Pintar, Manca || 20 || || Dolinšek, Julija || Habič, Nika || 02/12/2024 || 03/12/2024 || 04/12/2024
|-
| Pepelnjak, Tinkara || 20 || || Likar Ivanov, Jana || Kek, Zala || 02/12/2024 || 03/12/2024 || 04/12/2024
|-
| Gajanović, Sanja || 20 || || Vozelj, Hana || Žerovnik, Klara || 02/12/2024 || 03/12/2024 || 04/12/2024
|-
| Kovačič, Maša || 21 || || Kos, Žan || Marovt, Hana || 21/12/2023 || 22/12/2023 || 11/12/2024
|-
| Marinko, David || 21 || || Lenart, David || Poklečki, Žiga || 21/12/2023 || 22/12/2023 || 11/12/2024
|-
| Žavcer, Saška || 21 || || Kragelj, Sara || Dolinšek, Julija || 21/12/2023 || 22/12/2023 || 11/12/2024
|-
| Tepuš, Taja || 21 || || Črv, Urban || Likar Ivanov, Jana || 21/12/2023 || 22/12/2023 || 11/12/2024
|-
| Pajnič, Neja || 21 || || Funa, Hana || Vozelj, Hana || 21/12/2023 || 22/12/2023 || 11/12/2024
|-
| Kranjc, Lana || 22 || || Velkavrh, Tjaša || Kos, Žan || 16/12/2024 || 17/12/2024 || 18/12/2024
|-
| Kranjc, David || 22 || || Ljubič, Nejc || Lenart, David || 16/12/2024 || 17/12/2024 || 18/12/2024
|-
| Zajc, Blaž || 22 || || Pintar, Manca || Kragelj, Sara || 16/12/2024 || 17/12/2024 || 18/12/2024
|-
| Vince, Sara || 22 || || Pepelnjak, Tinkara || Črv, Urban || 16/12/2024 || 17/12/2024 || 18/12/2024
|-
| Schrader, Katja || 22 || || Gajanović, Sanja || Funa, Hana || 16/12/2024 || 17/12/2024 || 18/12/2024
|-
| Šinkovec, Jedrt || 23 || || Kovačič, Maša || Velkavrh, Tjaša || 06/01/2025 || 07/01/2025 || 08/01/2025
|-
| Kos, Aljaž || 23 || || Marinko, David || Ljubič, Nejc || 06/01/2025 || 07/01/2025 || 08/01/2025
|-
| Prodan, Neja || 23 || || Žavcer, Saška || Pintar, Manca || 06/01/2025 || 07/01/2025 || 08/01/2025
|-
| Volovšek, Samo || 23 || || Tepuš, Taja || Pepelnjak, Tinkara || 06/01/2025 || 07/01/2025 || 08/01/2025
|-
| Planinc, Luka || 23 || || Pajnič, Neja || Gajanović, Sanja || 06/01/2025 || 07/01/2025 || 08/01/2025
|-
| Traven, Lana || 23 || || Kranjc, Lana || Kovačič, Maša || 13/01/2025 || 14/01/2025 || 15/01/2025
|-
| Sušnik, Rok || 23 || || Kolbl, Katarina || Marinko, David || 13/01/2025 || 14/01/2025 || 15/01/2025
|-
| Šuštar, David || 23 || || Zajc, Blaž || Žavcer, Saška || 13/01/2025 || 14/01/2025 || 15/01/2025
|-
| Škerjanc, Žana || 23 || || Vince, Sara || Tepuš, Taja || 13/01/2025 || 14/01/2025 || 15/01/2025
|-
| Šavli, Vita || 23 || || Schrader, Katja || Pajnič, Neja || 13/01/2025 || 14/01/2025 || 15/01/2025
|}

*številka v okencu za temo pomeni poglavje v Lehningerju, v katerega naj izbrana tema spada
Razporeditev je začasna in se lahko še spremeni, načeloma pa se termini do vključno 18. poglavja ne bodo spreminjali.
Prosim, da mi sporočite morebitne napake ali če vas nisem razporedil.

== Gradivo za predavanja ==
Gradivo za predavanja in seminarje najdete na http://bio.ijs.si/~zajec/bio2/
username: bio2
password: samozame

==Naloga==
'''Vaša naloga za seminar je: '''
Samostojno pripraviti seminar o seminarski temi, ki vam je bila dodeljena. Za osnovo morate vzeti pregledni članek iz revije, ki ima faktor vpliva nad 5 (npr. [http://www.sciencedirect.com/science/journal/09680004/ TIBS]. Poiskati morate še vsaj tri znanstvene članke, ki se nanašajo na opisano temo, in jih uporabiti kot podlago za seminarsko nalogo! Članki so dostopni [https://libgen.is/ tukaj].

Za pripravo seminarja velja naslednje: 
* [[BIO2 Povzetki seminarjev 2024|Povzetek seminarja]] opišete na wikiju '''v 200 besedah''' (+- dvajset besed) - najkasneje do dne, ko morate oddati seminar recenzentom. Pvzetek je tudi del pisnega izdelka.
* Povezavo do povzetka vnesete v tabelo seminarjev tekočega letnika.
* Seminar pripravite v obliki seminarske naloge na ~5–12 straneh A4 (pisava 12, enojni razmak, 2,5 cm robovi). Obseg seminarja naj bo 2700 do 3000 besed , a ne več kot 3500 besed. Seminarska naloga mora vsebovati najmanj tri slike, bolje več. Eno sliko morate narisati sami in to pod sliko posebej označiti. Slika mora imeti legendo in v besedilu mora biti na ustreznem mestu sklic na sliko. 
* Seminar oddajte do datuma oddaje, ki je naveden v tabeli, v elektronski obliki z uporabo [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/ tega obrazca].
* Vsi seminarji so v elektronski obliki dostopni [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/bioseminar/ tukaj].
* Recenzenti do dneva, določenega v tabeli, določijo popravke (v elektronski obliki) in podajo oceno pisnega dela. Popravljen seminar oddajte z uporabo [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/ tega obrazca].
* Ustna predstavitev sledi na dan, ki je vpisan v tabeli. Za predstavitev je na voljo 15 minut. Recenzenti morajo biti na predstavitvi prisotni.
* Predstavitvi sledi razprava. Recenzenti podajo oceno predstavitve in postavijo najmanj dve vprašanji. Vsi ostali morajo postaviti še dve dodatni vprašanji v okviru celega seminarskega obdobja. Vprašanja, ki ste jih postavili, vpišite na [https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSdV9OFlNzI3XyS8FRGnuIbG89gwH_36uwz29ocigV--2CXSbQ/viewform tukaj].
* Na dan predstavitve morate docentu še pred predstavitvijo oddati končno (popravljeno) in natisnjeno verzijo seminarja v enem izvodu, elektronsko verzijo seminarja in predstavitev pa oddati na strežnik na dan predstavitve do polnoči.
* Seminarska naloga in povzetek morajo biti v slovenskem jeziku, razen za študente, katerih materni jezik ni slovenščina. Ti lahko oddajo seminar v angleškem jeziku.

==Imena datotek==
Prosim vas, da vse datoteke, ki mi jih pošiljate, poimenujete po naslednjem receptu:
* 312_BIO_Priimek_Ime.docx za seminar, npr. 312_BIO_Guncar_Gregor.docx
* 312_BIO_Priimek_ime_final.docx za končno verzijo seminarja
* 312_BIO_Priimek_Ime_rec_Priimek2.docx za recenzijo, kjer je Priimek2 priimek recenzenta, npr. 312_BIO_Guncar_Gregor_rec_Scott.docx (če se pišete Scott in odajate recenzijo za seminar, ki ga je napisal Gunčar)
* 312_BIO_Priimek_Ime.pptx za prezentacijo, npr 312_BIO_Guncar_Gregor.pptx
* 312_BIO_Priimek_ime_poprava.doc(x) za popravljeno končno verzijo seminarja, če so popravki manjši

==Ocenjevanje seminarjev==
Recenzenti ocenijo seminar tako, da izpolnijo [https://docs.google.com/forms/d/1EQDYwFO-DEzZ2R7jf8DhLqIeV4FFxRd3-ScceEASpt4/viewform recenzentsko poročilo] na spletu. Recenzentsko poročilo morate oddati najkasneje do 21:00, en dan pred predstavitvijo seminarja.

== Mnenje o predstavitvi ==
Vsak posameznik odda svoje mnenje o predstavitvi takoj po predstavitvi z online glasovanjem.

==Urejanje spletnih strani na wikiju==
Wiki so razvili zato, da lahko spletne vsebine ureja vsakdo. Ukazi so preprosti, dokler si ne zamislite česa prav posebnega. Vseeno pa je Word v primerjavi z wikijem pravo čudežno orodje ... Če imate težave z oblikovanjem besedila, si preberite poglavje o urejanju wiki-strani na Wikipediji ([http://en.wikipedia.org/wiki/Help:Editing tule] v angleščini in [http://sl.wikipedia.org/wiki/Wikipedija:Urejanje_strani tu] v slovenščini). Pomaga tudi, če pogledate, kako je zapisana kakšna stran, ki se vam zdi v redu: kliknite na zavihek 'Uredite stran' in si poglejte, kako so vpisane povezave, kako nov odstavek in podobno. ''Na koncu seveda pod oknom za urejanje kliknite na 'Prekliči'.''

==Citiranje virov==
V seminarskih nalogah uporabljajte način citiranja, ki je predpisan za [https://fkkt.uni-lj.si/fileadmin/datoteke/1-O_fakulteti/3-Pravilniki__akti/2_stopnja_Pravilnik_Priloge/Navodila_za_izdelavo_dipl_mag_dela_PB3.pdf diplomska in magistrska dela na FKKT].
Temeljno načelo je, da je treba vir navesti na tak način, da ga je mogoče nedvoumno poiskati.