Ke2 Povzetki seminarjev

Neva Klančar in Katja Bokalič: Razvoj raka

Prav tako kot pri drugih procesih tudi pri prenosu signalov naletimo na motnje. V tem primeru lahko govorimo o razvoju raka. Ta bolezen nam vzbuja strah iz razloga, ker se v veliko primerih lahko konča s smrtjo. Pri tem procesu gre za nenadzorovano delitev celic. Pri kopiranju dednega zapisa lahko pride do mutacij, kontrolni sistem celičnega cikla pa sodeluje pri popravljanju teh napak. V kolikor napake niso zaznane in odpravljene, celica sproži proces apoptoze, ki pomeni programirano celično smrt. Ob tem razvoju in nastanku raka pa velja omeniti pomembne proteine kot sta na primer tirozin-kinaza in Ras protein. Rak pa je lahko lokaliziran na enem področju ali pa z odcepljanjem celic nastane sekundarni tumor, ta potek se imenuje metastaziranje. Stadije raka lahko klasificiramo s splošnim razvrščanjem ali pa TNM oznakami. S tem opišemo, kako je rak razširjen, ali so vpletene bezgavke in če so prisotne metastaze. Vsak bolnik, ki ima raka pa si seveda želi, da bi bil ozdravljen. Tako se specializirano osebje lahko posluži različnih metod zdravljenja, najbolj so v uporabi kirurški posegi, radioterapija in zdravila ali pa se uporablja kombinacija le-teh. Za konec pa še podatek, da je pri moških najpogostejši rak prostate, pri ženskah pa rak dojke.

Matija Uršič in Andrej Mihevc: Fenilketonurija

Fenilketonurija je bolezen, katere definirajoči simptom je povišan nivo fenilalanina v krvi. Glavni vzrok za bolezen je recesivna mutacija gena fenilalanin hidroksilaze, ki skrbi za izražanje encima fenilalanin hidroksilaze, v manjši meri pa je za bolezen odgovorna mutacija na genih, povezanih z tetrahidrobiopterinom, ki je kofaktor pri razgradnji fenilalanina v človeškem organizmu. Od tipa mutacije je odvisna resnost bolezni. Visoki nivoji fenilalanina povzročijo duševno in motorično zaostalost ter druge nevrološke motnje, ki so posledica motenj v sintezi možganskih proteinov in nevrotransmiterjev, opazni znaki so pomanjkanje melanina in značilen vonj telesnih tekočin zaradi sekundarnih metabolitov fenilalanina. V nosečnosti delujejo izjemno teratogeno in v zarodku povzročijo vrsto predvsem možganskih okvar. Preventivna diagnostika temelji na določitvi motnje že v zarodku, takoj po rojstvu se uporablja t.i. Guthrijev test. Zdravljenje je bazirano na nadzorovanju vnosa fenilalanina z restriktivno dieto. Metode, ki bi omogočile vzpostavitev ali nadomestitev funkcije encima fenilalanin hidroksilaze so še v testni fazi.

Brigita Krajnc in Mateja Kožar: Aldosteron in njegovo delovanje v telesu

Aldosteron je hormon, ki spada v skupino kortikosteroidov, to so steroidni hormoni, ki nastajajo v skorji nadledvične žleze. Kortikosteroidi se delijo na glukokortikoide in mineralokortikoide. Aldosteron sodi med mineralkortikoide in nadzira raven elektrolitov in vode, tako da spodbuja resorbcijo natrija (Na+) in sekrecijo kalijevih (K+) ionov v ledvicah. Izločanje aldosterona iz skorje nadledvične žleze povroča angiotenzin II, ki se sprošča v kri, kot odgovor na znižanje krvnega tlaka ali zmanjšanja prostornine krvi. Ledvice so parni organ, kjer s pomočjo hormonov poteka uravnavanje osmotskega tlaka krvi, števila eritrocitov, kislinsko-baznega ravnovesja krvi in koncentraciji kalcijevih(Ca+) ionov. Čiščenje krvi in izločanje za telo strupeni produktov poteka v ledvičnih nefronih ali cedilnih zankah. Aktivni transport kalijevih(K+) ionov, ki se izločajo iz celice in natrijevih(Na+) ionov, ki vstopajo v celico, poteka preko membranskih proteinov, ki jim pravimo črpalke. Do izmenjave ionov pride zaradi razlike potenciala v notranjosti celice in njene okolice, porablja pa se tudi ATP. Antidiuretski hormon(ADH) imenovan tudi vazopresin je kratek polipeptid. Izloča se iz nevrohipofize in povzroči večjo prepustnost končnih delov tubulov in zbiralcih, kjer je resorbcija zaradi neprepustnega epitela zavrta, če je zmanjšan volumen krvi ali zvišan osmotski tlak. Dednost, starost, spol, prevelika telesna teža, čezmerno uživanje soli in pitje alkoholnih pijač, so dejavniki, ki vplivajo na razvoj visokega krvnega tlaka. Visok krvni tlak pa je lahko tudi posledica obolenja žlez z notranjim izločanjem, ledvičnega obolenja, povzročijo pa ga lahko tudi nekatera zdravila in farmacevtski pripravki. Telo pri približno desetini bolnikov z visokim krvnim tlakom proizvaja preveč aldosterona, kar povzroči tudi ovirano prehajanje kalijevih(K+) in natrijevih(Na+) ionov. Pretirano izločanje aldosterona imenujemo primarni aldosteroizem (primary aldosteronism). Do njega naj bi prišlo zaradi mutacije na genu, ki kodira kalijev(K+) kanal KCNJ5. Študije opravljene na podganah in miših nam pokažejo, da pride do primarnega aldosteronizma, če so le te bile izpostavljene visoki ravni soli in večjim dozam aldosterona od 4 do 8 tednov.

Martin Gladovič in Miha Zadnik: GPR39: Z G-proteinom sklopljen receptor, aktiviran z Zn2+ in njegova vloga v organizmu

GPR39 je okrajšava za receptor, ki se aktivira z Zn2+ ionom ter veže na G protein. Pri eksperimentiranju so opazili, da je cinkov ion pomemben stimulator in agonist za ta receptor. Po tem odkritju je sledila množica raziskav o možnih vlogah v fizioloških procesih. Raziskave kažejo na pomembnost tega receptorja pri tako parakrinem kot endokrinem prenosu signalov in pri zelo različnih bioloških procesih. Veliko dognanj pa še ni dokončno potrjenih in potrebne so nadaljnje raziskave. Ni še znana dinamika vezave cinka na receptor, neznana je vloga skrajšane variante receptorja GPR39-1b in ligand, ki aktivira receptor pri ribah, ni še odkrit. Če bodo ligandi za ribje receptorje odkriti, bi to lahko pomenilo nove možnosti za raziskave. Potrebno bo ugotoviti, ali je ligand prisoten tudi pri ostalih vretenčarjih in ali je morda konkurenčen ciknovemu ionu pri vezavi na receptor. Vsekakor je zaradi širokega spektra delovanja receptorja smiselno bolj natančno preučiti fiziološke procese, na katere vpliva, saj bo to pripomoglo k učinkovitejšemu preprečevanju in zdravljenju številnih bolezni.

Polona Rudolf in Daša Puh: ATM aktivira pentoza fosfatno pot, kar spodbudi antioksidantno obrambo in popravilo DNA

ATM (ang. ataxia telangiectasia mutated) je encim protein kinaza. Ime je dobil po redki bolezni ataksija teleangiektazija, ki jo povzroči mutiran ATM. Glavni vpliv bolezni je na imunski sistem, zato vodi v povečano tveganje za nastanek rakavih obolenj. ATM v organizmu sodeluje v več delih celičnega cikla. Spodbuja popravilo dvoverižnih prelomov DNA, ki lahko med replikacijo DNA nastanejo zaradi reaktivnih kisikovih zvrsti. ATM se v celici aktivira, ko zazna dvoverižni prelom DNA. Delovanje ATM povzroči popravilo DNA ali apoptozo, če je DNA preveč okvarjena. V celicah, ki jim primankuje ATM se zato kopiči poškodovana DNA, kar prizadene njihovo funkcijo. Povečana vsebnost okvarjene DNA z dvoverižnimi prelomi preko aktivacije ATM posredno vpliva na aktivnost encima glukoza-6-fosfat dehidrogenaze (G6PD) in produkcijo NADPH. Aktivacija ATM spodbudi aktivnost G6PD s tem, da se protein šaperon Hsp27 veže na G6PD. Povečana vsebnost okvarjene DNA z dvoverižnimi prelomi preko aktivacije ATM posredno vpliva na aktivnost G6PD in produkcijo NADPH. Aktiviranje G6PD je povezano s povečano aktivnostjo pentoza fosfatne poti in je potrebna za povečanje deoksiribonukleotidov, ki so potrebni za popravilo DNA, saj pri pentoza fosfatni poti nastane riboza-5-fosfat, ki je eden glavnih gradnikov DNA. Povezava med ATM, G6PD, pentoza fosfatno potjo in popravilom dvoverižnih prelomov DNA obstaja v celicah vretenčarjev, tudi v človeških celicah.

Taja Pöschl in Luka Hribernik: PRIROJENE NAPAKE IN NENORMALNOSTI CIKLA CITRONSKE KISLINE V MOŽGANIH SHIZOFRENIKOV

Cikel citronske kisline poteka v osmih stopnjah in je pomemben za vsa živa bitja, saj predstavlja pomemben vir spojin za nadaljnjo biosintezo. Ker je celoten proces dokaj kompleksen in ker na delovanje vpliva več različnih encimov, pa prihaja tudi do bolezni povezanih z nepravilnostmi v ciklu citronske kisline. Bolezni, ki nastopajo večinoma prizadenejo živčno mišične sisteme in s tem lahko povežemo tudi duševno bolezen shizofrenijo. Shizofrenija je pogosta bolezen, ki prizadene nekje 1% celotnega prebivalstva, največkrat pa se razvije v pozni mladosti ali v zgodnji fazi adolescence. Vzrokov za to bolezen je več, raziskave pa kažejo, da pride do biokemijskega neravnovesja v možganih s tem, ko se v sinaptično špranjo sproščajo prevelike koncentracije dopamina in drugih nevrotransmiterjev. Blage okvare presnove lahko povzročijo neravnovesje in rezultati eksperimenta zdravstveno-raziskovalnega inštituta Bruke so pokazali , da je bilo v možganih pri bolniku s shizofreniji v ciklu citronske kisline spremenjeno encimsko delovanje. Ti rezultati poudarjajo dejstvo, da imajo vsi encimi cikla citronske kisline pomembno vlogo, saj pri nepravilnem delovanju lahko vodi do mitohondrijskega oksidativnega stresa in poškodbe živcev. Neuravnovešeno delovanje encimov v ciklu citronske kisline in nepravilnosti v energetske metabolizmu, kot kaže prispevajo k shizofreniji.

Tanja Lipec in Maja Makarovič: Signalizacija pri hipertenziji

Hipertenzija ali visok krvni tlak je bolezen, ki je neposredno povezana s srčno-žilnimi zapleti in je eden glavnih vzrokov za srčni infarkt, možgansko kap, odpoved ledvic in hipertrofijo. Osebe, ki trpijo za hipertenzijo, imajo sistolični krvni tlak višji od 140 mmHg, diastolični pa višji od 90 mmHg. Po ocenah Ameriškega srčnega združenja (American Heart Association - AHA) je pri približno 90% bolnikih srčni infarkt posledica hipertenzije. V večini primerov vzroka arterijske hipertenzije ne poznamo in je ne moremo ozdraviti, lahko pa z ustreznim zdravljenjem znižamo krvni tlak na normalne vrednosti in s tem odložimo ali celo preprečimo nastanek zapletov zaradi trajno zvišanega krvnega tlaka. Z G-proteini sklopljeni receptorji kinaze (GRKs) uravnavajo ključne procese v organizmu z nadziranjem izražanja in funkcij 7-transmembranskih receptorjev, kot sta npr. adrenergični in angiotenzin receptor. Ti so zlasti pomembni v kardiovaskularnih boleznih, ki so posledica hipertenzije, kjer je stopnja stiskanja krvnih žil zvišana zaradi agonistov (kateholamini). Gladka žilna mišica ima ključno vlogo pri uravnavanju krvnega pritiska. Uravnava razširitev krvnih žil in modulira zunanji upor. Bistvena značilnost hipertenzije je veliko skrčenje žilne mišice. Povišan krvni pritisk prisili srce, da se prilagodi na večjo skrčitev, to pa vodi do mišične hipertrofije in zmanjša se sposobnost delovanja. Polmer krvnih žil uravnavata vazodilatacija in vazokonstrikcija preko receptorjev sklopljenih z G-proteini.

Maja Dragutinović in Jerneja Korenč: Signalizacijska vloga fruktoze pri navadnem repnjakovcu

Signalizacijska vloga glukoze je že zelo poznana, vendar signalizacijska vloga fruktoze se je šele v zadnjem času odkrila kot zelo pomembno vlogo, katera vpliva na razvoj in stresne hormone pri rastlinah, ki je pa podoben signalizaciji glukoze. Nadaljnja analiza je pokazala, da povezana signalna pot fruktoze delujejo neodvisno od hexokinase1 (HXK1) zaznave glukoze.Fruktoza sodeluje z abscizinsko kislino (ABA) in signalno potjo etilena, podobno kot je HXK1 odvisna od glukozne signalizacije. Ugotovili so, da je več plasti v sadikah, ki kontrolirajo koncentracijo glukoze, fruktoze in ABA kislino. Celotna signalna pot je zelo komplekna in še nepopolna zato se v prihodnje posvečajo predvsem dognati kako določeni sladkorji vplivajo na sam potek metabolizma v celici, ter kako vplivajo v kombinaciji z ostalimi signalnimi potmi.

Janja Sotlar in Veronika Erjavec: Protein kinaze in funkcija jajčnikov

Protein kinaza je encim, ki deluje tako, da odcepi fosfatno skupino iz nukleozid trifosfata in jo kovalentno pritrdi na aminokislino s prostim hidroksilnim koncem (serin, treonin, tirozin). Glavna delitev kinaz je na serin/treonin-specifične kinaze in tirozin-specifične kinaze, nato pa jih delimo še v podskupine: AGC kinaze (PKA, PKC and PKG kinaze), CaM kinaze, CK1 kinaze, CMGC kinaze (CDK, MAPK, GSK3 and CLK kinaze), TK (tirozin kinaze). Celice jajčnikov proizvedejo veliko število protein kinaz, ki so vpleteni v kontrolo dozorevanja in rasti celic jajčnikov, apoptozo ter v delovanje, sprejem in odziv teh celic na hormone. Protein kinaze so prav tako pomembne pri nadzoru nepravilnosti (npr. sindrom policističnih jajčnikov t.i. PCOS je povezan s povečano izraženostjo receptorja serin kinaze in zmanjšano izraženostjo receptorja tirozin kinaze). Z raziskavami so ugotovili, da 39% protein kinaz pospešuje in 14% protein kinaz zavira izločanje progesterona (hormon, ki vpliva na maternično sluznico) iz jajčne celice oz. rumenega telesca. Pokazalo se je tudi, da sta PKA in PKC pomembna pri kontroli hormonov rumenega telesca. Prav tako so ugotovili, da je 36% protein kinaz vpletenih v aktiviranje in 8% v inhibiranje celičnega cikla celic jajčnikov. cAMP/PKA lahko pospešuje, zavira ali pa nima vpliva na rast celic, medtem ko so ostale protein kinaze vpletene predvsem v pospeševanje celičnega cikla. Kinaze imajo velik pomen tudi pri pojavu maligne transformacije celic jajčnikov, saj prav napake v delovanju posameznih kinaz lahko privedejo do nastanka tumorskih celic. Če torej poznamo vpliv delovanja kinaz na razvoj tumorjev, lahko z inhibicijo njihovega signaliziranja zmanjšamo ali odpravimo nastanek rakavih celic.

Nastja Hrovat in Amanda Krajnc: Struktura PFK od prokariontov do evkariontov

PFK je homotetrametrični encim, ki katalizira prvi ireverzibilen korak pri glikolizi, to je od ATP odvisna fosfarilizacija fruktoze 6-fosfata v fruktozo 1,6-bifosfat. Vsebuje prbl. 300 AK-ostankov. Vsak dimer ima vezavno mesto za ATP kot tuki vezavno mesto za substrat zraven katerega se lahko veže tudi alosterični efektor. Aktivacija evkariontske PFK je modulirana preko številnih efektorjev, v odgovoru na celične potrebe energije in gradnje blokad za biosintezo. V tej seminarski bomo primerjali evkarionski PFK1 iz dveh primerov : v zajčji skeletni mišici in v kvasovki Saccharomyces cerevisiae z bakterijskim PFK, kot izbran predstavnik prokariontov. Kristalna struktura evkariontske PFK predstavlja kako uspešne so odražene genske duplikacije in fuzije v proteinski strukturi in kako ta dovoli evolucijo novih funkcij. Pokazali bomo kako se osnovna zgradba in funkcije PFK1 niso spremenile, vendar da so se nove stopnje izoblikovale okoli teh. Analiza kompleksov protein-ligand je tudi pokazala nove aktivatorje PFK1, ter odkrila nova vezavna mesta za nukleotide.Kljub temu, da so se podenote povečale, dodale nove funkcije in nove stopnje oligomerizacije, so se v osnovnem pogledu ohranile vse značilnosti prokarionske PFK v evkariontski.

David Pavlin: Področna aerobna glikoliza v človeških možganih

Znano je, da so možgani največji porabnik glukoze med vsemi organi v človeškem telesu. Ker ne morejo pridobivati energije iz maščob ali beljakovin (ni prostora za vse encime potrebne za razgradnjo le-teh), je glukoza glavni vir energije, del pa lahko pridobijo tudi s presnovo ketonskih telesc. Glukoza v možganih se presnavlja po reakcijah glikolize v spojine s tremi C-atomi, ki se navadno presnovijo preko oksidativne fosforilacije do ogljikovega dioksida in vode za kar največ dobljene energije. Nekatera področja možganov pa v času rasti pri dojenčku in vsak dan zjutraj in zvečer pri odraslem človeku dobijo potrebno energijo (in gradnike za rast) preko slabo raziskanega in v tej študiji obravnavanega procesa aerobne glikolize. Tako ime so ji dali, ker se glukoza presnovi samo polovično, torej do laktata kar zelo hitro sprosti nekaj energije (2 ATP), čeprav je na voljo dovolj kisika. Aerobna glikoliza je bila zaznana v področjih možganov, kjer so nevroni (možganska skorja) in kjer njihova aktivnost variira, ni pa odvisna od energetskega metabolizma možganov. Iz izsledkov se sklepa, da ta metabolna pot obstaja za pogon ključnih procesov v nevronski mreži, kot so ionske črpalke/sinaptični procesi, anabolne reakcije in tudi za regulacijo redoks stanj. Preko različnih stopenj aerobne glikolize se da spremljati tudi bolezenska stanja, kot n.pr. Alzheimerjevo bolezen.

Maja Osenjak: Aerobna glikoliza v človeških možganih

Možgani so veliki porabniki energije. 1 gram možganskega tkiva porabi dnevno več kot 1 gram mišičevja. Porabijo okoli 125-160 gramov glukoze dnevno. Za svoje delovanje ustvarjajo energijo izključno s izgorevanjem glukoze ob prisotnosti kisika. Ne morejo neposredno uporabiti moščobnih kislin in beljakovin, saj v lobanji ni prostora za encime in ni prostora za skladiščneje glikogena (kot je v mišičevju), ki bi ob razkroju ustvarjal energijo. Pokazalo se je, da je porazdelitev aerobne glikoliza v možganih neenakomerno prisotna. Aerobna glikoliza je bistveno zvišana v velikih možganih in corteksu. V malih možganih in osrednjem delu so stopnje aerobne glikolize bistveno nižje. Ravni aerobne glikolize niso strogo povezane energetskim metabolizmom možganov. Npr. senzorni korteks ima veliko metabolično stopnjo za glukozo in porabo kisika, vendar ima zelo malo aerobne glikolize Ugotovili so, da glukoza, ki se razgradi po PPP (pentoze phosphate pathway) inhibira apoptozo pri rakastih celicah in nevronih. S tem naj bi rakste celice pridobile svojo dolgoživost (nesmrtnost) tako, da urejajo svoje redox stanje prek razgradnje glukoze. Te presenetljive razlike bodo za nadaljnje raziskave izziv razumeti, zakaj prihaja do razlik na različnih delih možganov.

Bor Arah in Martin Rozman: Vpliv omega-3 maščobnih kislin na možgane

Omega 3 maščobne kisline spadajo med nenasičene maščobne kisline, ki imajo eno ali več dvojnih vezi. Njihova skupna značilnost je, da je tretja vez dvojna, gledano z metilnega konca maščobne kisline. Maščobne kisline, ki so najbolj obravnavane v seminarju so a-linolejska kislina (ALA), eikozapentenojska kislina (EPA), ter dokozaheksanojska kislina DHA). Te tri maščobne kisline aktivno sodelujejo v endokanabinoidnem sistemu živčnih receptorjev. Če omega-3 maščobne kisline (n-3 MK) v telesu niso prisotne jih nadomestijo omega-6 maščobne kisline (n-6 MK), ki pa onemogočijo normalno delovanje endokanabinoidnega sistema. V kolikor torej pride v telesu do pomanjkanja n-3 MK se lahko pri osebku pojavijo znaki depresije. Študija na podganah je vključevala skupino živali, pri kateri so izločili n-3 MK iz hrane, ter testno skupino, ki je prejemala normalen odmerek n-3 MK. Podgane ki niso prejele dovolj n-3 MK, so kazale znake depresije, medtem ko kontrolna skupina ni utrpela nobenih bolezenskih znakov. Maščobne kisline pa se lahko v telesu uporabijo tudi kot vir energije, saj se v mišičnih mitohondrijih pretvorijo do NADH, ter FADH2, ki ju lahko telo naprej porabi v nadaljnih biokemijskih reakcijah. Potrebno je poudariti tudi, da so maščobne kisline dober energijski vir, saj se pri presnovi n-3 MK lahko sprosti tudi do 37 kJ energije na gram snovi.

Matej Kocen in Hermina Hudelja: Metabolični procesi v rakavih celicah

Tako za vsako normalno celico kot tudi za tumorno celico je pomembno, da zadostuje trem pogojem: zadostna raven energije, biosinteze makromolekul in vzdrževanje redoks potenciala. Ker pa se mutirane celice razmnožujejo veliko hitreje, so te potrebe veliko višje, zato je preživetje rakave celice odvisno od sprememb njenih metaboličnih poti. Te mutirajo tako, da je tumorna celica sposobna proizvesti zadostno količino makromolekul (ogljikovih hidratov, beljakovin, maščob in nukleinskih kislin), kar ji omogoča neovirano rast. Vez med rakom in spremenjenim metabolizmom ni nič novega. Najbolj opazna in preučena metabolična pot v rakavih celicah je Warburgov efekt, ki za pridobivanje ATP molekul namesto oksidativne fosforilacije uporablja glikolizo tudi pod normalnimi pogoji (za razliko od normalnih celic, večina preobraženih celic dobi ustrezno količino energije iz aerobne glikolize, ki pretvori glukozo v laktat). Vendar pa glukoza ni edini vir, ki so ga rakave celice sposobne izkoristit kot vir ATP-ja. Dokazano je bilo, da so tumorji sposobni koristiti različne spojine, kot so aminokisline, maščobne kisline in celo laktat, s katerimi si zagotavljajo zadostno količino energije za nemoteno delovanje. Kar 30% tumorjev znotraj določenega tipa je namreč FDG–PET-negativnih (kot energetski vir ne uporabljajo glukoze, temveč druge vire). Skozi popolno razumevanje mutacij metaboličnih procesov, bi lahko odkrili njihova ranljiva mesta ter jih uporabljali za zdravljenje tega dandanes zelo razširjenega obolenja.

Boštjan Žener in Urša Petek: Razvejan metabolizem trikarboksilne kisline v človeškem parazitu Plasmodium falciparum

Plasmodium falciparum je parazit, ki povzroča malarijo. Čeprav ima P. falciparum v svojem genomu gene, ki kodirajo vse encime, kateri sodelujejo v Krebsovem ciklu, klasičen cikel v njem ne poteka. Z metodo, pri kateri so znanstveniki sledili označenima 13C in 15N, so ugotovili kako poteka metabolizem v krvni fazi parazita. Namesto da bi imel cikel ciklično obliko, ima pri parazitu nekakšno razvejano obliko. Zaradi takšne posebne oblike nekatere reakcije ne potekajo v "klasični" smeri, poleg tega pa je cikel ločen od glikolize. Če pogledamo nastanek acetil-CoA, pa le-ta pri P. falciparum nastane preko intermediata fosfoenolpiruvata v apikoplastu, medtem ko pri evkariontih nastane z oksidacijo piruvata v mitohondriju. Poleg nenavadne oblike je posebnost cikla v parazitu, da se ne začne pri acetil-CoA, saj ta v mitohondriju ni prisoten. Zaradi tega se začne pri enem izmed intermediatov (2-oksoglutarat) in cikel poteka v dveh smereh (vejah): oksidativna ki poteka v smeri klasičnega cikla ter reduktivna, ki poteka v nasprotni smeri. Pri reduktivni smeri nastane izocitrat, ki se nato preko intermediata izomerizira do citrata. Ta citrat nato vstopi v gostiteljski eritrocit ter se pretvoti v acetil-CoA, ki nato v plazmodiju acetilira histone, ki plivajo na zvijanje DNA. Torej če pogledamo zakaj je cikel pri Plasmodium falciparum tako poseben, je to zaradi dejstva, da je svoj metabolizem prilagodil specifičnem okolju – človeškem eritrocitu, ki ga zaseda v eni izmed svojih faz v razvoju.

Esmira Nikočević in Blaž Gartner: Fizikalne interakcije med encimi TCA cikla v Bacillus subtilis: Dokaz za metabolon

Bacillus subtilis (seneni bacil) je paličasta Gram pozitivna bakterija, ki ni patogena za človeka. Odkrili so, da vsebuje proteinski kompleks treh encimov TCA cikla. Osrednji, jedrni metabolon (začasni strukturno-funkcijski kompleks) TCA cikla sestavljajo citrat sintaza (CitZ), izocitrat dehidrogenaza (Icd) in malat dehidrogenaza (Mdh). Z malat dehirdogenazo in med seboj vzajemno delujeta še fumaraza (CitG) in akonitaza (CitB), ki sta tudi encima TCA cikla. Jedrni metabolon je povezan še z nekaterimi encimi združenih poti. Pomembna je še povezava med malat dehidrogenazo in fosfoenolpiruvat karboksikinazo (PckA), ki povezuje TCA cikel in glukoneogenezo. Fosfoenolpiruvat karboksikinaza je nujna za rast Bacillus subtilis v pogojih glukoneogeneze, kjer je malat edini vir ogljika. Vse te protein-protein interakcije omogočajo, da se med večino encimov enostavno prenašajo intermediati.

Nika Osterman in Elvisa Mejremić: Jetrne maščobne kisline, sklopljeni proteini in debelost

Maščobne kisline so pomemben vir energije za številna celična bitja. Te kisline niso topne v vodi in jih je mogoče uporabiti za proizvodnjo energije z večino vrst celic. Lahko so nasičene, nenasičene ali pa polinenasičene, v vsakem primeru pa so organske oziroma vsebujejo tako molekule ogljika kot tudi molekule vodika. Najdemo jih lahko v oljih in drugih maščobah, ki so del naše prehranjevalne verige. So pomemben del zdrave prehrane, saj jih telo potrebuje za različne namene. Med drugim imajo pomembno vlogo pri pomikanju krvi po telesu, pomagajo celičnim membranam pri razvoju, pridobivanju moči ter krepijo naše organe ter tkiva. Prav tako pomagajo ohranjati zdravo kožo,preprečujejo prezgodnje staranje in lahko veliko pripomorejo k izgubi teže. Maščobne kisline se po navadi zaužijejo kot trigliceroli, ki jih ni mogoče absorbirati v črevesju. Ti se delijo na proste maščobne kisline in monogliceride, ki jih lahko najdemo v trebušni slinavki. Aktivirani kompleks lahko deluje le na vodno-maščobni vmesnik zato je pomembno, da so maščobne kisline emulgirane z žolčno soljo in s tem omogočijo optimalno aktivnost teh encimov. Jetra delujejo kot glavni organ za obdelavo maščobnih kislin,predelavo hilokromskih ostankov in liposomov v različne lipoproteinske oblike, zlasti VLVL in LDL. Maščobne kisline se sintetizirajo v jetrih do trigliceridov in se prevažajo po krvi kot VLDL. V perifernih tkivih lipoproteinske lipaze preidejo v del VLDL in LDL ter v proste maščobne kisline, ki se uporabljajo za metabolizem. Transport oziroma oksidacija maščobnih kislin poteka v treh korakih : aktivacija in transport do mitohondrija, beta oksidacija in elektronska transportna veriga.

Uroš Jazbec in Mariša Kadivec: Nepopolni TCA cikel povečuje možnost preživetja Salmonelle Typhimurium

Salmonela je rod gramnegativnih paličastih bakterij z antigeni celične stene iz družine Enterobacteriaceae, ki pri človeku in živalih povzročajo različne oblike črevesnih okužb. Salmonele vstopajo z okuženo hrano in vodo skozi usta v črevo,vdirajo v sluznico spodnjega dela tankega črevesja in začetnega debelega črevesja, kjer nastanejo vnetja. Raziskovali so vpliv prekinitve cikla citronske kisline v Salmonele Typimurium ter vpliv te prekinitve na razmnoževanje bakterij v mišjih makrofagih in epitelijskih celicah. TCA cikel so prekinili z izbrisom genov, ki kodirajo posebne TCA cikle encimov. Pri razmnoževanju Salmonele z motnjo cikla v mirujočih makrofagih so dokazali da je 40% hitrejše razmnoževanje Salmonele Δmdg, ΔsdhCDAB in sucCD glede na standard. Iz tega lahko sklepamo, da popoln TCA cikel ni nujen za razmnoževanje S. Typhimurium v mirujočih makrofagih. Pri naslednjem poskusu pa so raziskovali razmnoževanje S.typhimurium z motnjo TCA cikla v miših. Tekoče kulture Salmonele so vbrizgali v miši ženskega spola in jih tako okužili. Okužbi je bilo omogočeno, da napreduje 72 ur, nato pa so miši žrtvovali in jim odstranili maternični vrat, vranico in jetra in jih raziskali. Izkazalo se je, da so se 4/74 sev, veliko bolj razmnožil kakor ∆sucAB in ∆sucCD seva. Iz tega lahko sklepamo da S. Typhimurium, kjer deluje popoln TCA cikel so v prednosti pred ostalimi, kjer je ta cikel moten.

Alja Marolt in Jožica Koračin: Ciljna usmerjenost oksidacije maščobnih kislin in ogljikovih hidratov – nov terapevtski poseg za ishemijo in srčni zastoj

Srčna ishemija in njene posledice, vključno s srčnih poškodb, ki se je izkazala kot vodilni vzrok obolenj in umrljivosti v razvitih državah, spremlja kompleksne spremembe v presnovi energije v miokardnem metabolizmu. V nasprotju z normalnim srcem, kjer je metabolizem maščobnih kislin in glukoze strogo reguliran, je dinamičen odnos med β-oksidacijo maščobnih kislin in oksidacijo glukoze prekinjen pri ishemičnih srcih, ishemičnih-reperfuzijskih in srčnih poškodb. Te metabolične spremembe negativno vplivajo tako srčno učinkovitost in funkcije. Posebej obstaja povečana odvisnost od glikolize med ishemijo in β-oksidacijo maščobnih kislin med reperfuzijo, kjer je ishemija vir adenozin trifosfata (ATP). Odvisno od resnosti srčne bolezni, je prispevek skupne oksidativne miokardne presnove (β-oksidacija maščobnih kislin in oksidacija glukoze) v adenozin trifosfat zavrt, medtem ko se glikoliza poveča. Kljub temu je ravnovesje med β-oksidacijo maščobnih kislin in oksidacijo glukoze predmet farmakološke intervencije na več ravneh presnovnih poti. Ta članek se bo osredotočil na poti kardialnih maščobnih kislin in presnovo glukoze, na presnovne fenotipe ishemično in ishemično-reperfuzijska srca, kakor tudi na presnovni fenotip poškodovanega srca. Poleg tega, kot se je energija metabolizma pojavila kot nov terapevtski poseg pri teh srčnih boleznih, bo ta pregled opis mehanizmov podlag in utemeljitev uporabe farmakoloških učinkovin, ki spremenijo presnovo energije za izboljšanje delovanja srca pri ishemičnih bolnikih in ljudeh z napakami srca.

Karin Poljanec in Ana Župec: Vpliv folata na karcinogenezo debelega črevesa

Zdrava prehrana in zdrav način življenja sta ključnega pomena pri razvoju raka, kajti posebej nepravilna prehrana poveča možnosti za njegov nastanek. Pomanjkanje folata je povezano z nastankom mnogih rakavih obolenj, kot na primer na debelem črevesu, na prsih, jajčnikih, trebušni slinavki, možganih, pljučih in na materničnem vratu. Ravno tako kot pomanjkanje folata v krvi, tudi prekomeren vnos sintetične folne kisline lahko poveča možnost nastanka le tega, torej inducira in pospeši karcinogenezo z motenjem določenih procesov in reakcij. Najmočnejša je povezava med pomanjkanjem folata in razvojem raka na debelem črevesu. Ker človeški organizem sam ne more proizvajati folne kisline, jo mora pridobiti s hrano. Zelena solata, špinača, brokoli, brstični ohrovt, cvetača, fižol, grah, repa, sončnično seme ter nekatere vrste sadja so vse bogat vir folatov. Uracil, ki ponavadi ni prisoten v DNA, se pomotoma vgradi v molekulo DNA, namesto timidina. Kot posledico tako dobimo prekinitve v eni od verig DNA. Določeni encimi ga hitro zaznajo in odstranijo, vendar kljub temu pustijo prekinitev, luknjo, v verigi DNA. Če je količina fosfata omejena, se ta katastrofalni krog poškodovanja in popravljanja nadaljuje. Teh prekinitev je lahko tudi 4 milijone na eno celico. Če pride do prekinitev v eni in drugi verigi zelo blizu skupaj, potem se kromosom prelomi. Ta kromosomska odstopanja prevedejo do raznih malignih tvorb.

Nana Ivana Hrastnik in Zala Gombač: Vpliv kofeina na Alzheimerjevo bolezen

Alzheimerjeva bolezen je najpogostejši vzrok demence. V možganih bolnika povzroča spremembe še na nepopolnoma pojasnjen način. V možganih se odlagajo določene snovi, kar postopoma privede do odmiranja možganskih celic (nevronov). Zmanjšanje števila nevronov pa se pri bolniku navzven kaže z upadanjem spoznavnih sposobnosti. Kofein je lahko učinkovito zdravilo in ne le preventivno sredstvo. To je zelo pomembno, ker je kofein za večino ljudi varno zdravilo, ki z lahkoto dostopa do možganov in tam takoj začne delovati na potek bolezni. Sicer je kofein poživilo oziroma dramilo za umsko in telesno dejavnost, ker stimulativno vpliva na osrednji živčni sistem. Zaužijemo ga lahko s pitjem kave, pravega čaja, kole in kakava. Vstop nevronskega celičnega cikla, ki je povezan z nenormalno tau fosforilacijo, je mehanizem nevrodegeneracije pri Alzheimerjevi bolezni. V raziskavi je bil raziskan vpliv kofeina na parametre povezane s celičnim ciklom in tau fosforilacijiske vzorce z namenom, da bi našli molekularne sledi nevroprotektivnega efekta. Dokazano je bilo, da kofein blokira celični cikel v fazi G1 v nevroblastomskih celicah in vodi do znižanja v tau fosforilaciji. Podobno, izpostavljenost postmitotskih nevronov kofeinu, je vodilo do sprememb v tau fosforilaciji, sočasno z znižanjem regulacije signalizacije Akt. Rezultati so pokazali funckionalno povezavo med Akt potjo in tau fosforilacijo v postmitotskih celicah.

Sabina Mulej in Silvija Bajuk: Ali je cikel uree vključen v Alzheimerjevo bolezen?

Alzheimerjeva bolezen neposredno prizadene možgansko tkivo. Znano je, da so v možganih bolnikov z Alzheimerjevo boleznijo nevrofibrilarne pentlje in senilne lehe. V teh se kopiči spremenjena oblika beljakovine, ki je v zdravih možganih ne najdemo. Zaradi kopičenja senilnih leh in nevrofibrilarnih pentelj odmirajo živčne celice. Cikel uree je sestavljen iz 5 reakcij, od katerih prvi dve potečeta v mitohondriju, ostale tri pa v citosolu. V njem poteče pretvorba amoniaka ( NH3 ), ki je za organizem škodljiv že v majhnih koncentracijah, v sečnino, ki je manj strupena. Na ta način potem izločamo dušik iz organizma. Pri raziskovanjih o Alzheimerjevi bolezni je prišlo do možnosti, da lahko cikel uree vpliva na njegov proces in delovanje. Zato so iz izražanja vsakega gena (to so raziskovali preko količine mRNA v možganih), vključenega v cikel sečnine, kontrolne možgane in možgane osebe, ki ima Alzheimerjevo bolezen, poskušali ugotoviti, ali so ti geni vključeni v mehanizem Alzheimerjeve bolezni. Rezultati so pokazali, da so vsi encimi genov cikla uree izraženi v možganih Alzheimerjeve bolezni. Vendar pa je bilo izražanje gena za arginazo 2 večje v možganih Alzheimerjeve bolezni, kot pa v kontrolnih možganih. Prisotnost le - tega je pomenilo večje tveganje za Alzheimerjevo boleznijo za moške in zgodaj na začetku za oba spola. Alel rs742869 na kromosomu X, katerega so tudi preučevali, se je pojavljal in je bil označen kot del gena, ki samo pri moških lahko že v zgodnejših letih poveča možnost obolenja za Alzheimerjevo boleznijo, česar pa za ostale izražene gene iz cikla uree ni moč trditi. Gen za ornitin transkarbamoilazo, ki je bil tako kot ostali izražen v obolelih možganih, se je edini izkazal kot eden glavnih genetskih dejavnikov za razvoj bolezni. Torej lahko na podlagi rezultatov trdimo, da je preko arginaze 2, ornitin transkarbamoilaze in ornitin dekarboksilaze cikel uree res povezan z Alzheimerjevo boleznijo.

Lucija Juvan in Urška Bercko: Vpliv zmanjšanja rastnega hormona na podaljšano življenjsko dobo pritlikavih mišk

Somatotropin je drugo ime za rastni hormon in je sestavljen iz okoli 190 aminokislin. Vpliva na rast, razvoj in obnovo vseh telesnih tkiv, med drugim pa stimulira tudi sintezo inzulinu podobnega rastnega faktorja 1 (IGF-1), preko katerega tudi posredno vpliva na rast in regeneracijo skeleta. IGF-1 je polipeptidni hormon, ki primarno nastaja v jetrih in ima poleg ostalih funkcij tudi pomembno vlogo pri uravnavanju rasti celic. Poleg tega je tudi ključni regulator staranja pri ljudeh, črvih, muhah in miših. Tako je za pritlikave miši značilno, da imajo zmanjšano količino rastnega hormona, posledice tega pa so tudi pozitivne – zmanjšana oksidativna škoda, povečana občutljivost na inzulin in daljša življenjska doba. Podaljšana življenjska doba je namreč osnovana ravno na povečani koncentraciji IGF-1 v krvi, kar neposredno zmanjša izločanje rastnega hormona iz hipofize in spodbuja izločanje iz hipotalamusa. Skoraj vsaka celica v organizmu je povezana z IGF-1, še posebej celice v mišicah, hrustancu, kosteh, jetrih, ledvicah, živcih, koži in pljučih. Na osnovi eksperimentov pa je bilo osnovano tudi dejstvo, da se aktivnosti določenih procesov v mitohondrijih pri miših s podedovano pritlikavostjo razlikujejo od tistih pri normalnih miših iste vrste.

Kim Kranjec in Šemsa Zec: Omejitve in pričakovanja fotosinteze za proizvodnjo bioenergije

Nastanek ATP iz elektronskega transporta, ki ga vodi svetloba je fotofosforilacija. Mesto, kjer poteka fotosinteza so tilakoidne membrane kloroplastov. Fotosintetčni organizmi absorbirajo 1% sončne energije, ki jo pretvorijo v kemijsko energijo. Fotosinteza je dvostopenjski proces. Prve reakcije so odvisne od svetlobe in jih zato imenujemo fotokemične/svetlobne reakcije fotosinteze. Reakciji pri fotosintezi so fotokemične in biokemične. V fotokemičnih reakcijah pride do oksidacije vode, sproščanja kisika in nastanka ATP ter redukcije NADP+. V biokemičnih reakcijah fotosinteze se CO2 reducira v ogljikove hidrate, ki so založna oblika kemične energije. Prva stopnja v Calvinovem ciklu je izdelava izhodnih molekul za glukozo in druge ogljikove hidrate. V zadnjih stopnjah cikla pride do regeneracije ribuloze-1,5-bifosfata. Ker Calvinov cikel porabi le en ogljik (iz CO2) na enkrat, se mora cikel 6x ponoviti, da dobimo 6 ogljikov (dve molekuli glicerlaldehid-3-fosfata). Teh 6 obratov cikla zahteva 18 ATP in 12 NADPH. Vsi izvirajo iz fotokemičnih reakcij fotosinteze: 6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H2O → C6H12O6 + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP+ + 6 H2O + 6 O2 Evkariontska fotosistema I in II sestavljajo klorofili in pomožni pigmenti-primarna akceptorska molekula fotosistema. Ciklična fotofosforilacija: Sinteza ATP brez NADPH. Fotosinteza ponuja možnost izkoriščanja pretvorbe sončne energije v kemično energijo, ki bi v prihodnosti lahko predstavljala enega izmed glavnih obnovljivih virov energije. Tako bi preko naravnih procesov v rastlinah pridobivali bioenergijo. Najbolj učinkoviti fotosintetski organizmi za pretvorbo sončne energije v bioenergijo so kopenske rastline.

Eva Petkovšek in Sarah Merlini: Mitohondrijske bolezni

Vsak organ v našem telesu potrebuje za svoje delovanje energijo. V telesu, natančneje v mitohondriju, potekajo procesi, ki iz energijsko bogatih molekul pridobijo energijo, primerno za sintezo ATP. ATP je oblika energije, ki jo lahko celica uporablja za svoje delovanje. Ko celici ne uspe proizvesti dovolj ATP, se lahko razvije mitohondrijska bolezen. Mitohondrijska bolezen je genetska bolezen kar pomeni, da je večina ljudi z njo že rojena. Bolezni so posledica mutacij v mitohondrijski DNA (mtDNA) ali v jedrskih genih, ki kodirajo mitohondrijske komponente. Bolezen je lahko primarna ali sekundarna . Primarna pomeni, da mati mutirani gen v mtDNA prenese na svoje otroke. Ker je razporeditev mutiranih genov naključna, ni mogoče predvideti simptomov bolezni. Sekundarna bolezen, pa se razvije tekom odraščanja in to brez primarne DNA mutacije. Povzročitelji so lahko tudi zdravila, droge in drugi vzroki. Diagnosticiranje pacienta je obsežen postopek, ki obsega analizo metabolitov, meritve aktivnosti encimov in molekularno analizo posameznih genov. Za oceno funkcionalnega stanja mitohondrija pa je osnova vseh diagnoz biokemični pregled mišične biopsije. V zadnjem desetletju je medicina tako napredovala, da lažje razumemo diagnoze, zdravljenje pa je posledično postalo uspešneje. Vendar pa na žalost še vedno niso iznašli zdravila, ki bi popolnoma ozdravilo mitohondrijske bolezni.

Žiga Medoš in Bor Lucijan Turek: Temeljna vloga vitamina A pri nadzoru oksidativne fosforilacije v mitohondrijski energijski homeostazi

Retinol, bolje znan kot vitamin A, je za organizem zelo pomemben. Vloge njegovih metabolitov – retinoidov so dobro znane, medtem ko vloga retinola ni povsem znana. Retinojska kislina regulira niz transkripcijskih faktorjev pri vretenčarjih. Retinaldehid pa je univerzalna kromofora v očesu vretenčarjev in nevretenčarjev. Eksperimenti so pokazali, da pomanjkanje retinola privede do akutne energijske krize, medtem ko dodatek retinola v zelo kratkem času znatno poveča oksidativno fosforilacijo. Retinoidi imajo vezavno mesto na protein kinazi C δ (PKCδ), kar so dokazali z zamenjavo vezavne podenote. PKCδ se običajno aktivira na druge načine, ki v mitohondriju niso možni. V mitohondriju je retinola bistveno več kot ostalih retinoidov, zato je lahko samo retinol kofaktor, ki aktivira PKCδ. Ker je bil za povečanje oksidativne fosforilacije potreben piruvat so sklepali, da PKCδ aktivira piruvat dehidrogenazni (PDH) kompleks. Mehanizem po katerem PKCδ aktivira PDH kompleks še ni znan. Aktivnost PDH kompleksa je odvisna od fosforiliranosti podenote E1. Posledica večje aktivnosti je večje nastajanje NADH in FADH2, kar poveča oksidativno fosforilacijo. To so merili z porabo kisika in sintezo ATP, ki sta se pri dodatkih retinola povečali. Iz eksperimentov sledi, da je retinol pomemben pri nadzoru oksidativne fosforilacije.

Manca Mrvar: Avtotrofna vgradnja ogljika v oceanu (preko Calvinovega cikla)

Pretvorba anorganskega ogljika v organsko obliko se navadno začne s Calvinovim (Calvin-Benson-Basshamovim) ciklom. Globokomorski avtotrofni organizmi živijo v razmerah, kjer ni mogoče, da bi ta cikel potekal, zato so razvile alternativne poti za fiksiranje anorganskega ogljika iz okolice.

Te poti so:

a) reduktivni cikel trikarboksilnih kislin (rTCA):

• imenovan tudi povratni Krebsov cikel;
• zelo podoben Krebsovemu ciklu, le da poteka v obratni smeri (pri anabolizmu poteka redukcija).

b) 3-hidroksipropionatni (3-HP) bicikel:

• imenovan tudi 3-hidroksipropionatni/malil-CoA (3-HP/malil-CoA) cikel;
• sestavljen iz dveh ciklov, ki sta med seboj povezana prek glioksilata;
• pretvorba acetil-CoA do metilmalonil-CoA poteka pri obeh ciklih identično, različni encimi pa poskrbijo za drugačno pretvorbo metilmalonil-CoA.

c) reduktivna pot acetil-CoA:

• imenovana tudi Wood-Ljungdahleva (WL) pot;
• ne poteka ciklično;
• v procesu se porabita 2 molekuli CO2, pri čemer se ena reducira do CO.

d) 3-hidroksipropionatni/4-hidroksibutiratni (3-HP/4-HB) cikel:

• razvil se je iz 3-HP cikla;
• značilen za nekatere vrste avtotrofov, ki živijo pri ekstremno visokih temperaturah in brez kisika.

e) dikarboksilatni/4-hidroksibutiratni ciklel (DC/4-HB cikel):

• nastal z modifikacijo 3-HP/4-HB cikla;
• poteka pri aerobnih pogojih;
• drugi del cikla je identičen drugemu delu 3-HP/4-HB cikla, njun potek si lahko ogledate tule.

Glede na tehnološki napredek lahko pričakujemo, da bodo znanstveniki kmalu odkrili še kakšen nov način avtotrofne vgradnje ogljika.

Klara Lombar in Natalija Klančnik: Anandamid inhibira oksidativno fosforilacijo v izoliranih jetrnih mitohondrijih

N-arahidoniletanolamin, imenovan anandamid (AEA), je pomemben endokanabinoid iz družine N-acil-etanolaminov (NAEs). Je derivat arahidonske kisline, v kateri je karboksilna skupina vezana na amino skupino etanolamina z amidno vezjo. Igra osrednjo vlogo v mnogih psihopatoloških procesih, vključno z imunsko regulacijo, nevrotransmisijo v centralnem živčnem sistemu in vzdrževanjem energetske bilance. Poleg tega anandamid povzroča tudi odmiranje celic z apoptozo in zavira delitev celic različnih tipov.

Delovanje anandamida se zaustavi z vstopom v znotrajcelični prostor, kjer ga encim maščobne kisline amid hidrolaza (FAAH) pretvori v arahidonsko kislino (AA) in etanolamin. Tako se ustavi njegovo biološko delovanje.

Ugotovitev, da so endokanabinoidi in anandamid sposobni partikularno nadzirati energijsko homeostazo in odmrtje celice z apoptozo, je pritegnila pozornost, da je mogoče v teh učinkih vpleten mitohondrij. Dokazano je bilo, da delovanje anandamida na srčni mitohondrij podgane zniža porabo kisika in mitohondrijskega membranskega potenciala, vpliva pa tudi na prepustnost membrane.

Članek, ki sva ga izbrale, je namenjen boljšemu razumevanju povezav anandamida z izoliranimi mitohondriji in učinka anandamida na mitohondrijsko bioenergetiko. Dokazano je bilo, da anandamid v nizkih mikromolarnih koncentracijah povzroča zaviranje na oligomicin občutljive F0F1 ATP sintazne aktivnosti v izoliranih mitohondrijih podganjih jeter, ne vpliva pa na ATP hidrolazno aktivnost.

Špela Trafela in Urška Videmšek: Sladkorji v kmetijskih rastlinah

Sladkorji so primarni produkt fotosinteze in se uporabljajo za transport molekul za energijo. So vir materialov za tvorbo proteinov, polisaharidov, olja in lesnih izdelkov. Zelo pomembno vlogo imajo pri prenašanju signalov, saj delujejo kot posredniki podobnim hormonom. Vsi ti sladkorji, ki so prisotni v večji meri v rastlinah (v koruzi, pšeničnem zrnu, krompirju, rižu in rži), vsebujejo karbonilne skupine, kar pomeni, da delujejo v različnih reakcijah kot redukcijsko sredstvo, zato jih imenujemo tudi redukcijski sladkorji. Prisotnost teh karbonilnih skupin pomeni, da lahko glukoza in fruktoza delujeta kot redukcijsko sredstvo, na primer v reakcijah pri Maillardu, Benedictu in Fehlingu. Struktura teh redukcijskih sladkorjev razen saharoze je lahko v obliki obroča ali odprte verige. Glukoza je najbolj obilen monosaharid v gomoljih in zrnih, vendar pa ni nujno, da je najbolj obilen redukcijski sladkor. Maltoza je na primer v zrnih žita nekajkrat obilnejša kot glukoza v različicah Solstice, Claire in Malacca, čeprav je glukoza obilnejša v različici Hereward. Saharoza je disaharid, ki vsebuje enote glukoze in fruktoze in je zdaleč najbolj obilen sladkor v gomoljih in zrnih, ker se nahaja v skoraj vseh rastlinskih tkivih (ta značilnost je za rastline edinstvena, drugi organizmi ne sintetizirajo ali akumulirajo saharoze).

Urša Osolnik:Avtotrofna vgradnja ogljika v oceanu preko Calvinovega cikla

Avtotrofni organizmi imajo sposobnost sintetizirati vse molekule za gradnjo celice izključno z uporabo anorganskega ogljika, kar je pomembna komponenta pri celotnem ciklu ogljika. Pretvorba anorganskega v organski ogljik je pomembna za heterotrofne organizme, ki ga vase vnesejo prek hrane in ga prevedejo nazaj v anorganski ogljik, s čimer postane cikel sklenjen. Alternativne poti preoblikovanja ogljika najdemo v arhejah in pa v kemolitskih avtotrofnih bakterijah. Prav ti omenjeni organizmi so bili prvi tip organizmov na naši Zemlji. Nosijo pomembne funkcije ekosistemov preko dušikovega, žveplovega in ogljikovega cikla. Zelo pomemben je seveda Calvinov cikel. CBB cikel predstavlja serijo biokemijskih reakcij, ki se odvijajo v stromi kloroplasta pri fotosinteznih organizmih, oziroma v citosolu pri organizmih, ki nimajo kloroplastov. Fotosinteza je proces, pri katerem rastline, alge in bakterije izrabljajo sončno svetlobo kot vir za pridelavo hrane, ob tem pa se sprošča tudi nam življenjsko pomemben kisik. Calvinov cikel je stopnja fotosinteze, neodvisna od svetlobe, zato mu pravimo tudi temotna reakcija. Zanj so značilni intermediati s 3 ogljikovimi atomi, končni produkt pa je ribuloza, ki se nadalje pretvori v druge sladkorje, tudi glukozo. Pri tem se porabijo 3 molekule ogljikovega dioksida. Ključni encim cikla je ribuloza-1,5-bisfosfat karboksilaza/oksigenaza, krajše RuBisCO. Poznane so štiri vrste RuBisCO proteinov, od katerih oblike I, II in III katalizirajo karboksilatne reakcije, RuBisCO IV pa katalizira druge reakcije.

Andrej Iskra in Andraž Mavrič: Kosti: od skladišča mineralov do regulacije metabolizma

Okostje je organ, ki skupaj z mišicami omogoča gibanje in varuje notranje organe. V tem seminarju so predstavljene tudi druge vloge okostja in vpliv na gradnjo kosti. Ker je gradnja kosti energijsko zelo zahteven proces, je smiselno pričakovati, da ga delno kontrolirajo hormoni, ki so povezani z razgradnjo energijsko bogatih molekul, prav tako pa mora obstajati sistem, ki sporoča telesu potrebo kosti po energiji.

Kosti z izločanjem osteokalcina iz osteoblastov – celic, ki so odgovorne za izgradnjo in preoblikovanje kosti - sporočajo telesu, da potrebujejo energijo, ta hormon vpliva na izločanje inzulina in adiponektina, ki povzročita razgradnjo glukoze oziroma maščobnih kislin. Kosti so zaradi velike vsebnosti mineralov pomemben člen pri uravnavanju koncentracije kalcija in pH krvi, na to vplivajo z absorbcijo in reabsorbcijo kalcijevih soli in fosfatov. Hormon leptin, ki ga izločajo bele maščobne celice, deluje na hipotalamus in tako vpliva na izgradnjo kosti.

Povod za raziskave na tem področju so bile povezave med boleznimi povezanimi z energijskim metabolizmom in sestavo kosti, pogosto so zapleti pri kostni masi zaradi zmanjšanega vpliva inzulina povezani z diabetesom, zaradi izločanja leptina iz maščobnih celic pa je tveganje za osteoporozo manjše pri debelejših ljudeh.

Ana Skvarča in Špela Planinc: Biosinteza kreatina in možnosti njegove uporabe

Kreatin [2-(metilgvanidin) etanojska kislina] je dušikova organska spojina z molekulsko formulo C4H9N3O2 in molsko maso 131,13 g/mol. Pridobimo ga iz beljakovinsko bogate hrane, predvsem rib, jajc in mesa ali z biosintezo arginina, glicina in metionina v jetrih, ledvicah, trebušni slinavki in v manjši meri v možganih. Po krvi se prenaša do mišic, kjer se uporablja za sintezo fosfokreatina. Čeprav sam po sebi ni življenjsko pomembno hranilo, je nujno potreben za sintezo fosfokreatina in kreatinina kot stranskega produkta, ta pa ob preveliki koncentraciji povzroči okvaro ledvic. Sinteza kreatina je pomembna za regulacijo energije in sintezo energijsko bogate molekule ATP. Uporablja se pri študijah o možganski aktivnosti ter kot prehrambno dopolnilo pri športnih aktivnostih. Na podlagi številnih raziskav je bilo ugotovljeno, da ima dodatek kreatina močan vpliv na psihofizično aktivnost ljudi, obenem pa lahko trdimo, da je ta vpliv močno odvisen od spola in starosti posameznika. Številne raziskave kažejo, da obstaja povezava med kreatinom in depresijo. Vedno več je dokazov, da so poškodbe in bioenergetske funkcije v možganih ter celični in živčni prožnosti v relaciji s patogenostjo pri depresiji. Znanstveniki so postavili hipotezo, da bi lahko s pomočjo kreatina uspešno preprečevali oz. sodelovali pri zdravljenju te bolezni, a je bila ta hipoteza le delno potrjena. V nedavnih raziskavah so ugotovili podobnosti v poškodbah možganov pri fizičnih poškodbah in med poškodbami pri daljših zlorabah drog. Kognitivni in živčni primanjkljaji pri ljudeh s travmatskimi možganskimi poškodbami so podobni primanjkljajem pri tistih ljudeh, ki so uporabljali kokain, opiate, etanol, nikotin in ostale droge, katere povzročajo odvisnost. Raziskovalci so mnenja, da bi metamfetaminski odvisniki lahko imeli korist od zdravljenja z zdravili, ki zaščitijo živce na podoben način kot tisti z mehanskimi poškodbami možganov. Študije kažejo, da se kreatin lahko uporablja tudi kot odlično dopolnilo pri zdravljenju sekundarnih simptomov TBI.

Katja Lapanje in Jernej Bobnar: Vitamini v rastlinah: prisotnost, biosinteza in antioksidativna funkcija

Vitamini so organske spojine, ki so nujno potrebne za življenje, ampak jih naše telo ne more samo sintetizirati, v organizem jih moramo vnesti s prehrano. Največkrat delujejo kot kofaktorji, ki katalizirajo metabolne reakcije, so pa tudi antioksidanti , regulatorji, koencimi ali prostetične skupine.Lahko jih najdemo v vseh rastlinskih organih, v večjih koncentracijah pa se povprečno nahajajo v semenih, listih in plodovih. Zastopanost vitaminov se razlikuje med vrstami in včasih nekaterih v rastlinah sploh ne najdemo. Tako kot rastline lahko vitamine sintetizirajo tudi bakterije. Biološke poti, ki potekajo v njih, so precej dobro raziskane in to dejstvo je veliko pripomoglo k odkritju biosintezne poti vitaminov v rastlinah. Najkasneje, in sicer leta 1998, je bila odkrita sinteza askorbinske kisline. Ta nastaja le v evkariontskih celicah, ki so veliko bolj kompleksno zgrajene kot bakterije. Vitamini imajo tudi antioksidativne lastnosti. Najbolj razširjeni celični antioksidant je askorbat (vitamin C), ki igra pomembno vlogo pri antioksidativni obrambi rastline, saj ima visoko afiniteto vezave reaktivnih kisikovih spojin (ROS). Vitamin C je prisoten povsod in je odličen celični senzor redoks stanja. Ostali vitamini so vključeni v regulacijo celičnega redoks stanja in sodelujejo v antioksidativnem obrambnem omrežju.

Aljaž Požes in Matjaž Grčman: Testosteron in njegova zloraba v športu

Testosteron je najpomembnejši moški spolni hormon, ki nastaja v testisih. Predvsem v puberteti se opazijo njegove androgene lastnosti, ko se izrazijo primarni in sekundarni spolni znaki. Pojavi se večja poraščenost na licih in prsih, mutiranje, rast mišic in spolnih organov. Njegov vpliv se vidi tudi pri rasti kosti ter povečevanju telesne zmogljivosti. Vpliva tudi na možgane, kar privede do izboljšanje fizičnih in psihičnih sposobnosti. Zaradi teh lastnosti in vpliva na razvoj telesa, je uporaba testosterona v športu prepovedana in zato preganjana s strani anti-doping agencij. Kljub temu je velikokrat zlorabljen s strani športnikov, saj je ob previdnem jemanju anaboličnih substanc njegovo uporabo relativno težko dokazati. Čeprav je koristen za zdravljenje spolnih motenj, je bil umaknjen s farmacevtskega trga (legalnega), ker ima veliko nezaželenih stanskih učinkov. Problem pri športnikih in nasploh odjemalcih prepovedanih substanc je njihova nezanesljiva sestava, ker ni kontrolirana in zato tudi ne moremo poznati morebitnih primesi. Vseeno pa je tudi prehranskim dopolnilom, ki se znajdejo na prodajnih policah, lahko dodan testosteron oz. snov, ki spodbuja njegovo nastajanje in učinek, tako da morajo biti posebej pazljivi vsi, ki uživajo dodatke k prehrani, kljub njihovim številnim pozitivnim učinkom.

Urša Tiringer in Špela Smole: Vpliv temperature, na liste obogatene s težko vodo, in izotopske frakcionacije med biosintezo lipidov

Izotopsko razmerje vodika v vodnih zemljiščih rastlinskih listov, je pokazatelj za pomembne fiziološke in geokemične študije. Temperatura naj bi imela velik vpliv na stabilno izotopsko sestavo vode in lipidov v listih. Temperatura namreč neposredno vpliva na izotopska ravnotežja, ker v listih voda izhlapeva iz celic pa disocira. Izvedli so poskus, s katerim so preučili vpliv temperature na izotopsko stabilnost vodika v listih med biosintezo lipidov. S poskusom so ugotovili, da je obogatitev lista vode izotopskega devterija pri 20° C nižja kot pri 30°C. To je v nasprotju s pričakovanji, saj naj bi pri nižji temeraturi potrebovali več vode obogatene z devterijem, kot pri višji, to pa zaradi ravnotežnega učinka izotopov, ki je povezan z izhlapevanjem vode iz listov. Za odgovor na neskladje so pogledali izotopsko prostorsko heterogenost listov. Ugotovili so da so pri višjih temperaturah imele rastline večjo hitrost izparevanja. Predpostavili so, da je to zmanjševalo dolžino poti toka vode, zato naj bi rastline imele pri višji temperaturi večjo obogatitev izotopskega devterija.

Saša Janežič in Urša Hönigsman: Prenos celičnega holesterola, medcelično procesiranje in biosinteza steroidnih hormonov

Holesterol je pomembna celična molekula, saj v organizmu opravlja več funkcij: v membrani živalskih celic uravnava fluidnost, medtem ko pri prokariontih (npr.: bakterijah) ponavadi ni prisoten in je izhodiščna spojina pomembnih biomolekul, kot so vitamin D, steroidni hormoni in žolčne kisline. Holesterol lahko dobimo s hrano ali pa ga telo samo sintetizira. Sinteza holesterola je tako pomembna, da poteka prek različnih mehanizmov: 1. De novo biosinteza holesterola poteka v štirih stopnjah in se odvija v jeternih celicah, citoplazmi in endoplazmatskemu retikulumu. 2. Z mobilizacijo holesterolnih estrov shranjenih v lipidnih kapljicah. Dovolj sintetiziranega holesterola aktivira signal za tvorbo steroidnih hormonov. Steroidni hormoni v našem telesu opravljajo različne vloge: uravnavajo ravnotežje soli v krvi, vzdržuje sekundarne spolne znake, se odzivajo na stres in vplivajo na funkcije nevronov ter na različne metabolne procese. Steroidigene celice potrebujejo holesterol za celično signalizacijo in gradnjo membrane, ter kot začetni material za mitohondrijsko sintezo pregnenolona, ki je intermediat vseh steroidnih hormonov. Vse steroidogene celice, ne glede na vrsto, imajo sposobnost pridobivanja holesterola iz LDL in apopoliproteina B (ApoB) po endogeni poti. Njihovo funkcionalno učinkovitost pa določajo fiziološki statusi celic (vrsta, tip in sestava lipoproteniov).

Janja Lakner in Lara Kobal: Hitra smrt celic race, okuženih z gripo: potencialni mehanizem odpornosti gostitelja na H5N1

H5N1 (aviarna influenca) ali bolj poznan virus ptičje gripe je nalezljiva virusna bolezen. Prizadane vse vrste ptic, prenese pa se tudi na človeka. Inkubacijska doba gripe je 3-6 dni. Vodne ptice so znane kot naravni rezervoar za večino podtipov gripe in drugih virusov influence A. Virus lahko zelo dolgo časa preživi v okolju brez gostitelja in se brez uvedbe strogih higienskih ukrepov zlahka prenaša med živalmi in iz farme na farmo. Simptomi obolelosti za ptičjo gripo so povišana telesna temperatura, glavoboli, občutek hude utrujenosti, vneto žrelo, kašelj, bolečine v mišicah in v sinusih, občutek mrzlice, itd. Najpogostejši način vstopa virusa v celice gostitelja je skozi dihala. Gostitelj lahko prepreči vezavo virusa z imunskim odgovorom in izločanjem IgA protiteles, s čiščenjem in izločanjem mukoproteinov, lahko pa tudi genetično spremenijo gostiteljev receptor. Vodne race v nekaterih primerih kažejo dokaj malo kliničnih znakov okužbe. V nasprotju z njimi pa se navadna perutnina hitreje odzove na le-te. Takšne razlike v odzivu kažejo na različno prirojenost. V študiji so opazovali, kako se kaspaze 3 in 7 v celicah zarodkov fibroblastov aktivirajo po okužbi z gripo. Izkazalo se je, da so te kaspaze pomembni mediatorji celične smrti pri racah.

Jan Pečar in Natalia Ložak: Spreminjanje biosinteze lipidov pripomore k odpornosti na stres in podaljšanje življenjske dobe mutiranih Caenorhabditis elegans

Obdelana seminarska naloga je temeljila na poskusih izvajanih na glistah tipa Caenorhabditis elegans. C. elegans spadajo med vzorčne organizme. To so organizmi, za katere velja, da se bodo v principu obnašali kot bi se obnašali tudi ostali celični organizmi. Izogenetskim glistam so z RNA interferenco zaustavili delovanje določenih genov in s tem vplivali na dolžino v organizmu sintetiziranih maščobnih kislin. S tem so določenim poskusnim skupinam uspeli podaljšati življenjski cikel. Nasprotno so s prenasičenjem glist s palmitinsko in eikozapentaenojsko kislino le tem skrajšali življenjski cikel. Določene osebke so izpostavili peroksidaciji in ugotovili, da so tisti, ki so imeli dvojno vez na Δ5 živeli dlje, tisti z dvojno vezjo na Δ9 pa so imeli krajše življenjsko obdobje. Sinteza maščobnih kislin pri živalih in ljudeh poteka s pomočjo le enega encima – sintaze za maščobne kisline. Pri rastlinah pri sintezi maščobnih kislin sodeluje več encimov v točno določenem zaporedju. Za sintezo pa sta potrebna še acetil-CoA in malonil-CoA. Celice z biosintezo maščobnih kislin zložijo manjše molekule in jih tako lažje shranijo. To si lahko predstavljamo kot zabojnik za lego kocke. Če kocke samo zmečemo v zabojnik, bodo zasedle veliko več prostora, kot če jih vanj lepo zložimo. Maščobne kisline se potem po potrebi razgradijo in celice tako pridejo do shranjene energije.

Maja Milovanović in Urša Tomažin: Regulacija intermediarnega metabolizma s proteinsko acetilacijo

Seminarska naloga opisuje nekaj primerov, ki ponazarjajo proteinsko acetilacijo. Acetilacija pomeni uvajanje ene ali večih acetilnih skupin. Acetilacija lahko deluje na protein aktivirajoče ali deaktivirajoče, odvisno od vpliva acetilne skupine na stabilnost proteina. Prvi primeri acetilacije so bili odkriti pred približno 50-imi leti. Od takrat so v celicah sesalcev odkrili že več kot 2000 acetiliranih proteinov. Od približno 2200 acetiliranih proteinov pri sesalcih, jih znaten del spada med metabolne encime. Skoraj vsi encimi, ki sodelujejo pri glikolizi, glukoneogenezi, ciklu trikarboksilnih kislin (TCA), ciklu uree, dušikovem ciklu in pri oksidaciji maščobnih kislin so acetilirani. Regulacija metabolizma z acetilacijo ima še eno zanimivo lastnost, in sicer da se je v veliki meri ohranila pri razvoju od prokariontev do evkariontev.

Ana Per in Simon Babnik: Sladkane pijače in tveganje razvoja metabolnega sindroma ter sladkorne bolezni tipa 2

Diabetes tipa 2 je prevladujoča bolezen modernejšega časa, ki nastane zaradi metaboličnih motenj. Nastane zaradi visokega krvnega sladkorja in pomanjkanja insulinskega odgovora. Ne zdravljenje diabetesa lahko privede do amputacije udov, odpovedi ledvic, srčnega infarkta in kapi. Raziskave so pokazale povezavo med uživanjem SSB( sugar-sweetened beverages, pijače z dodanim sladkorjem) in diabetesom tipa 2 ter metaboličnim sindromom. Raziskava je pokazala da se sladkorja zaužitega z SSB manj zavedamo kot pa tistega zaužitega z hrano, kar posledično privede do večjih zdravstvenih težav. Vpliv uživanja SSB prikazuje 8 let trajajoča študija, ki je vključevala cca 50000 žensk: Ženske, ki pred začetkom študije niso uživale SSB in so tekom študije zaužile 1 dnevni odmerek SSB na dan, so v povprečju pridobile 8.0kg, ženske, katere med študijo niso uživale SSB pa so v povprečju pridobile le 2.8kg. Direktna posledica velikih količin zaužitih SSB se odraža v povečani koncentraciji fruktoze, ta pa se v jetrih metabolizira do trigliceridov. Povzroča tudi nizke koncentracije HDL holesterola in insulinsko odpornost. Metabolični sindrom je kombinacija zdravstvenih motenj, katere povečajo tveganje razvoja bolezni srca in ožilja ter diabetesa tipa 2. Pokazatelji metaboličnega sindroma so povišani nivoji trigliceridov, povišan krvni tlak in znižani nivoji HDL holesterola.

Katja Lukunič in Primož Gabrovšek: Žleza ščitnica in njuna hormona

Žleze izločajo hormone, ki imajo velik vpliv na delovanje našega telesa. Njihova vloga je prenašanje informacij med organi, kjer se vežejo na specifične receptorje celice. Ščitnica je ena najpomembnejših žlez v telesu. Izloča hormona T4-tirolsin in T3-trijodtironin. Hormona vplivata na fiziološke procese v telesu, vključujoč uravnavanje telesne temperature, rasti in srčnega utripa. Spodbujata porabo kisika in s tem presnovo vseh celic in tkiv v telesu. Njuna raven v telesu je nadzorovana, če se ju izloča preveč ali premalo pride do različnih težav in obolenj. Žleza deluje po načelu negativne povratne zveze. Hipotalamus v možganih tvori TRH-tiroliberin. To je sproščevalni hormon, katerega funkcija je spodbuditi hipofizo k tvorbi TSH-tirotropina. Hipofiza je žleza v možganih, ki izloča hormone, s katerimi nadzoruje in uravnava delovanje drugih podrejenih žlez. TSH hormon, ki ga sprošča, stimulira ščitnico k proizvodnji njenih hormonov. Če je raven T4 in T3 v krvi zvišana, se zmanjša izločanje TSH, izločanje se ponovno poveča, ko njuna raven pade. Če na kateri koli stopnji pride do napak se pojavi bolezenjsko stanje-hipertiroidizem, če ščitnica tvori preveč hormonov, hipotiroidizem pa, če jih premalo. Pomemben je tudi vnos joda v telo. Hormona nastaneta tako, da se jodidni ioni v ščitnici s pomočjo encima peroksidaze oksidirajo do joda, pri tem pa se porablja vodikov peroksid. Jod reagira z proteinom v ščitnici.

Mateja Paščinski in Jernej Jerebič: Staranje, Mitohondrijska teorija staranja

MITOHONDRISKA TEORIJA STARANJA (MFRTA): Teorija pravi, da je vzrok staranja makromolekulska poškodba, ki je rezultat produkcije toksičnih reaktivnih kisikovih spojin (ROS), ki nastajajo v elektronski transportni verigi na mitohondrijih. Nato ROS poškodujejo mitohondrijske ter citosolne gradnike in kopičenje te škode skozi čas povzroča staranje. Opravljenih je bilo že veliko poskusov v zvezi z MFRTA, ki temeljijo na dodajanju antioksidantov s hrano, ki naj bi podaljšala maksimalno življenjsko dobo. Kljub velikemu številu narejenih poskusov pa na žalost do danes še ni poročila o uspešnem izidu študije s sesalci.