BIO2 Povzetki seminarjev 2012

Biokemija- Povzetki seminarjev 2012/2013

Nazaj na osnovno stran

Griša Prinčič: Vpliv T3SS sekretov na odziv gostiteljske celice

S pomočjo EM je bilo mogoče podrobneje prepoznati in opisati tip III sekrecijski sistem in njegove komponente. Identificirali so vsaj pet različnih strukturnih komponent, njihovo proteinsko sestavo in delovanje.Več kot 20 različnih proteinov (YopD, YopB, YscF, YscP, YscR, YscS, YscT, YscU, YscV...) je potrebnih za učinkovito funkcioniranje T3SS-a, od katerih jih veliko kaže sekvenčno podobnost pri različnih vrstah. T3SS je sestavljen iz: igelnega dela , ki sestoji iz sekvenčno različnega proteina in tvori zvonasto ali filamentozno strukturo, zunajmembranskega kompleksa, znotrajmembranskega kompleksa in regulatornih komponent.

Efektorji, ki jih bakterija »dostavi« v celico modulirajo različne signalne poti. Blokirajo lahko MAPK in MAPKK (ospF, YopJ), kar zavre imunski odziv celice in prepreči vnetne procese. Pospešijo ali upočasnijo ubiquitinacijo (Cif in CHBP), za kar koristnost in učinkovitost še ni znana. Blokirajo majhne GTP-aze (IbpA), kar povzroči spremembe v aktinskem citoskeletu in moten membranski transport. Nekatere bakterije se v gostiteljski celisi razmnožujejo s pomočjo vakuol. SifA in SseJ sta bakterijska proteina, ki omogočata učinkovito tvorjenje tovrstnih struktur. Nekateri efektorji motijo tudi sintezo maščobnih kislin, nekateri poškodujejo pomembne celične strukture kot je na primer golgijev aparat. Vsi bakterijski efektorji delujejo na principu kovalentne modifikacije, torej trajno spremenijo strukturo in s tem inaktivirajo proteine – preprečijo kaskadno verigo.

Erik Janežič: Hippo signalna pot in matične celice

Hippo signalna pot je ena glavnih regulatornih sistemov, ki preprečujejo tumorogenezo, nadzorujejo rast organov in sodelujejo pri diferneciaciji in vzdrževanju stalne gostote zarodnih celic. Hippo, drugače imenovana tudi Salvador/warts/hippo (SWH), je dobila takšno ime, ker mutacije v mehanizmu peljejo do preraščanja tkiva, kar lahko s tujko imenujemo »Hippopotamus «like phenotype. Prvič je bila opazovana v vinski mušici Drosophilia in večina ključnih raziskav je potekala prav na tem modelnem organizmu. Znanje pridobljeno z opazovanjem mehanizma mušic pa lahko direktno prenesemo tudi na lastnosti Hippo signalizacije sesalcev. Študije so namreč pokazale, da imajo vse ključne komponente pri mušici direktne ortologe v sesalcih in drugih organizmih. Smiselen se zdi sklep, da je bila Hippo signalna pot v veliki meri takšna kakor jo poznamo danes, prisotna že v prvih večceličnih organizmih,kar je tudi logično saj je pravilna diferenciacija in usmerjanje celic ključnega pomena za nastanke funkcionalnih celičnih enot (organov). V preteklem desetletju s številne raziskave s Hippo področja zagotovile dobro poznavanje osrednje kinazne kaskade, katere funkcija je inaktivacija oziroma aktivacija YAP/TAZ transkripcijskih kofaktorjev proteinov družine TEA. Pri Hippo signalizaciji poleg osrednje kaskade sodelujejo tudi številni membranski in citoskeletni proteini, ki imajo veliko funkcij tudi pri kontaktni inhibiciji. Ogromno eksperimentalnih dokazov kaže neposredno povezanost nepravilnega delovanja Hippo signalizacije in nastankom raka, kar je verjetno razlog za intenzivne raziskave na tem področju v današnjem času.

Dejan Marjanovič: Vpliv in delovanje vimentina v celični signalizaciji in pomen poznavanja teh mehanizmov

Vimentina, glavni predstavnik intermediarnih filamentov (IF) , je izražen v normalnih mezenhimskih celicah, in je znano, da ohrani celovitost celic in zagotavlja odpornost proti stresu. Povečano koncentracijo vimentina, so poročali v različnih rakavih epitelih, vključno raka prostate, tumorjev prebavil, tumorjev centralnega živčnega sistema, raka dojke, pljučnega raka in druge vrste raka. Prekomerno izražanje vimentina v raku je povezano tudi z večjo rastjo tumorja, vendar je vloga vimentina v napredovanju raka še vedno nejasna. Na podlagi njegovega prekomernega izražanja v rakavih obolenjih in njegovo vlogo pri posredovanju v različnih tumorgenih dogodkih, vimentin služi kot privlačen cilj za zdravljenje raka. Poleg tega naj bi raziskave, usmerjene k pojasnjevanju vloge vimentina v različnih signalnih poteh, odpirale številne nove pristope za razvoj obetavnih zdravil za zdravljenje.

Ker pa je moje širše področje signalizacija,se bom bolj podrobno usmeril za signalizacijske poti, razjasnitev številnih mehanizmov in vmesnih sodelujočih proteinov, encimov itd. Vimentin je znan po tem, da interagira z velikim številom proteinov in sodeluje v različnih celičnih funkcijah. Poleg tega vimentin sodeluje tudi v številnih drugih procesih, ki vključujejo oblikovanje kompleksov z več signalnimi molekulami in drugimi proteini.

Iz te študije je razvidno, da vimentin ne deluje le kot ogrodni protein, temveč tudi posreduje pri večih poteh sporočanja in v celičnih procesih. Prav tako bi bilo zanimivo izvedeti, druge funkcije vimentina v jedru in morebitne vloge pri posredovanju v procesih celičnega cikla. Poleg tega bi lahko zunajcelični vimentin sodeloval pri posredovanje pri več signalnih procesih z vezavo na specifične receptorje, ki jih je treba še raziskati.

Estera Merljak: Vpliv PKM2 na rakave celice

Piruvat kinaza M2 (PKM2) ima zelo pomembno vlogo pri rakavih celicah. je ena izmed oblik piruvat kinaze, ki katalizira pretvorbo fosfoenolpiruvata (PEP) v piruvat, pri čemer se fosfatna skupina iz PEP prenese na ADP ter s tem dobimo ATP. PKM2 je v izražena v celicah, ki se hitro delijo, kot so zarodne in rakave celice. Izražanje omogoča veliko transkripcijskih faktrojev, posebno pomembni pa so transkripcijski faktorji iz družine heterogenih jedernih ribonukleoproteinov (hnRNPs), ki dajejo prednost sintezi PKM2 z neposrednim vplivanjem na mRNA. Vpliv PKM2 na celičen metabolizem je zelo pomembna, saj lahko v celici prehaja med neaktivno dimerno obliko in aktivno tetramerno obliko, kar privede do različnih produktov. Aktivnost PKM2 je regulirana s strani mnogih snovi, med drugim intermediatov glikolize, ki lahko povečajo ali zmanjšajo aktivnost piruvat kinaze M2. Prav tako na aktivnost vplivajo razne post-translacijske spremembe aminokislin v samem proteinu, ki so rezultat kompleksnih reakcij v celici. S takimi procesi celica regulira sintezo energije in sintezo drugih prekurzorjev za množitev celic. Poznavanje teh procesov ima velik medicinski pomen, saj lahko pripelje do oznajdbe specifičnih zdravil za zdravljenje raka, ki bi napadale in uničile le rakave celice, zdravih pa ne.

Maja Kostanjevec: Mehanizmi zaznavanja glukoze v evkariontskih celicah

Glukoza je pomemben vir energije, ki ureja marsikatero metabolno pot. Njena vloga se razlikuje od celice do celice glede na to, kakšne naloge opravlja. Posledično so se v evoluciji razvili različni mehanizmi njenega zaznavanja in prenosa signalov.

Preučevanje zaznavnih mehanizmov glukoze je zapleteno, saj ima poleg hranilne vloge tudi signalno, ki pa jo včasih težko ločimo od ostalih procesov, v katerih sodeluje. Trenutno so najbolj raziskani mehanizmi v kvasovkah, saj gre za najenostavnejše evkarionte. V njih so odkrili štiri različne signalne poti: glavno represivno pot, cAMP pot ter inducirani poti, ki sta odvisni od senzorjev Snf3 in Rgt2 oz. od fosforilacije.

Veliko bolj zahtevna je regulacija glukoze v rastlinah. V njih skrbi za izražanje različnih genov, ki urejajo procese fotosinteze, metabolizma, rasti… V modelni rastlini Arabidopisis thaliana so bili raziskani trije različni mehanizmi zaznavanja. Prvi je odvisen od heksokinaze in represira fotosintetske gene, drugi je od heksokinaze neodvisen in vsebuje še neznan receptor ter tretji, ki temelji na procesu glikolize in njenih vmesnih produktov.

Zaznavanje glukoze pri sesalcih ima posebne lastnosti, ki se razlikujejo tako od tistih v kvasovkah kot v rastlinah. Ti mehanizmi so najbolje preučeni v beta celicah Langerhansovih otočkov trebušne slinavke, ki skrbijo za izločanje inzulina. Znano je, da je pri tem potreben obsežen metabolizem glukoze, kot glavni mediator pa nastopa ATP.

Julija Mazej: Metabolizem glukoze v živčnih celicah

Glukoza je preferenčno gorivo za možganske celice. Čeprav možgani predstavljajo le 2% celotne telesne mase, za svoje delovanje porabijo kar 25% zaužite glukoze. Možganske celice lahko kot energijski substrat uporabijo tudi: laktat, piruvat, glutamin in glutamat. Kakršnakoli ovira pri energijski oskrbi, je zelo rizična in se lahko konča z nezavestjo ali celo komo v manj kot 10 sekundah. V izogib takšnemu izidu so nekatere celice sposobne nadomestiti primanjkljaj energije oz. ATP z intenzivnejšo glikolizo. To velja za nevroglijalne celice, ki z glikolizo proizvajajo laktat. Vendar pa povišana glikoliza nima enakega vpliva na vse živčne celice. Nevroni zaradi povišane glikolize manj glukoze oksidirajo po pentoza-fosfatni poti, ki tam sicer poteka v normalnih razmerah. Ta metabolična pot je za nevrone zelo pomembna, ker se pri pretvorbi glukoza-6-fosfata v ribozo-5-fosfat regenerira NADPH. To je pomemben antioksidant, ki regenerira reduciran glutation in tako varuje nevrone pred poškodbami, zaradi reaktivnih kisikovih spojin. Glikolizo v nevro celicah stimulirajo hipoksični pogoji, nevrotoksične snovi, mutacije v respiratorni verigi.. Anomalije v metabolizmu glukoze so prisotne v mnogih nevrodegenerativnih boleznih, npr. Alzheimerjevi, Parkinsonovi, Huntingtonovi bolezni. Tu se kaže aplikativen pomen raziskav povezanih z metabolizmom glukoze v možganih. Velik problem pri razumevanju metabolizma v živčnih celicah predstavljajo nepojasnjene interakcije med glija celicami in nevroni .

Jernej Pušnik: Uravnavanje metabolizma z acetilacijo proteinov

V svoji seminarski nalogi bom predstavil pomen posttranslacijske modifikacije-acetilacije pri uravnavanju celotnega celičnega metabolizma. Kot že verjetno vsi veste, je večina reakcij, ki so del neke metabolne poti, kataliziranih z encimi. Ti pa so v osnovi proteinske makromolekule, sestavljene iz dvajsetih različnih aminokislin. Ena izmed teh aminokislin je lizin in vsebuje dve amino skupini. S prvo se povezuje v peptidno vez, druga, ki se nahaja na koncu ogljikovodikove verige pa je tarča acetilacije. Ko se acetilna skupina enkrat veže na lizinski ostanek, to povzroči določene spremembe v strukturi proteinske molekule, s tem pa se tudi spremeni encimska aktivnost. Na ta način so regulirani skoraj vsi encimi metabolizma. V seminarju sem opisal kako pride do same acetilacije in deacetilacije, da je pri tem potrebna prisotnost določenih encimov, kako se spremeni delovanje encimov delujočih v glikolizi, glukoneogenezi, citratnem ciklu, oksidaciji maščobnih kislin, oksidaciji aminokislin in ciklu sečnine. Ker je acetilacija tako razširjena modifikacija pri nadzorovanju metabolizma, imajo raziskave na tem področju velik potencial za odkritje novih terapevtskih pristopov k zdravljenju bolezni srca in ožilja, diabetesa, debelosti, itd.

Rok Razpotnik: Metabolizem rakastih celic in njegova regulacija

V dani seminarski nalogi bom predstavil osnovne lastnosti rakavih celic, tipe celic, ki se nahajajo v tumorskem mikrookolju, ter podrobneje predstavil nekatere osnovne lastnosti metabolizma rakastih celic ter njene regulacije. Mutacije onkogenov in tumor supresorskih genov povzročijo spremembe v signalizacijskih poteh, katere povzročijo spremembe metabolizma rakastega tkiva. Metabolizem deluje v prid celični rasti, intenzivni celični delitvi, zaviranju apoptoze itd. Sam metabolizem rakastih celicah temelji na treh osnovnih temeljih: povečani produkciji energije, zadostni biosintezi potrebnih makromolekul in vzdrževanju redoks stanja. Da izpolnjujejo vse tri pogoje se rakaste celice poslužujejo mnogih regulacij metabolizma, z različnimi strateškimi potmi, npr. proteoliza skeletnih mišic, lipoliza maščobnega tkiva, intratumorna simbioza med laktat-proizvajajočimi in laktat-porabnimi celicami, upočasnevanje glikolize in usmerjanje intermediatov v pentoza fosfatno pot itd. Ker pa je mikrookolje, ki obkroža rakasto tkivo zelo dinamično, je za rakaste celice značilna metabolična fleksibilnost. Raziskave in razumevanje metabolične fleksibilnosti bi doprinesle k novim možnim strategijam zdravljenja. Učinek na reguliran metabolizem rakastega tkiva, bi imel ogromen vpliv na viabilnost rakastega tkiva, saj je metabolizem sklopljen s številnimi lastnostmi rakastih celic.

Ajda Rojc: Metabolizem skeletnih mišic

Mišice so največji porabnik energije v telesu, saj nam omogočajo vrsto različnih dejavnosti pri katerih se porablja energija. V našem telesu potekata dva različna sistema metabolizma – anaerobni in aerobni. Pri anaerobnem metabolizmu imata pomembno vlogo kreatin fosfat in glikogen. Zaloge ATP je v mišicah zelo malo, zato takoj nastopi cepitev visokoenergetskih vezi v kreatin fosfatu. Po porabi te energije se v glikolizi razgradi glikogen, ki se pri pomanjkanju kisika v mišicah namesto v piruvat, pretvori v laktat in to povzroča bolečine v mišicah. Druga vrsta metabolizma pa deluje kadar je kisika dovolj in to je aerobni metabolizem. Poleg glukoze se pri tej vrsti presnove razgrajujejo tudi maščobne kisline, ki se v β-oksidaciji reducirajo do vodika in acetil-CoA, ta pa vstopi v Krebsov cikel, kjer se proizvede energija ATP. Večja razpoložljivost maščobnih kislin vpliva na nalaganje znotrajmišičnega prostega Pi in AMP med vadbo. Pi in AMP sta odgovorna za regulacijo encima glikogen fosforilaze, ki cepi glikogen. Torej, če se njune koncentracije znižajo pride do manjšega števila cepitev glikogena na glukozo. Pri znatnem povišanju dostopnosti maščobnih kislin je glikogen fosforilaza inhibirana. To je le eden od načinov regulacije substratov v mišičnem metabolizmu. Domnevajo, da je oksidacija maščob regulirana s podobnimi faktorji (npr. adrenalin, Ca2+, ADP, AMP, Pi; AMPK, pH, acetil-CoA) kot razgradnja ogljikovih hidratov, vendar je glede tega, kako te faktorji vplivajo na regulacijo maščobnih kislin in oksidacijo maščob ter kaj je njihova vloga še veliko nejasnosti.

Janez Meden: NADH-fumarat reduktaza - primerna tarča za zdravljenje s kemoterapijo

Celično dihanje je sestavljeno iz glikolize, citratnega ciklusa in verige za prenos elektronov. Večina energije nastane, v obliki ATP pri zadnji stopnji celičnega dihanja, torej pri prenosu elektronov skozi komplekse I, II, III, IV in nastanku ATP-ja v kompleksu V – ATP-sintazi. Zadnja stopnja pa je mogoča le v prisotnosti O2. Pa vendar življenje obstaja tudi v hipoksičnem okolju. Posebna oblika energijskega metabolizma, ki je značilno za nekatere bakterije, notranje zajedavce in školjke ter celo rakave celice je fumaratsko dihanje. Ta način metabolizma omogoča nekoliko boljši izkoristek energije. Pri njem sodelujeta le dva kompleksa I in II. Kompleks II je povezan s citratnim ciklusom – TCA in verigo za prenos elektronov. Prenašalec med kompleksoma je kvinon z nizkim redoks potencialom, kot je npr. rodokvinon pri A. suum, ali pa menakvinon, znan kot vitamin K. Z razumevanjem mehanizma fumaratskega dihanja bi lahko razvili zdravila, ki bi inhibirala ali celo onemogočila delovanje tega mehanizma. Primerna tarča novih zdravil bi lahko bila Fp podenota kompleksa II ali pa bi zdravilo lahko delovalo tudi kot kompetitivni inhibitor kvinona.

Ana Kunšek: Večfunkcionalnost akonitaze

Akonitaza je protein, ki katalizira drugo stopnjo Krebsovega cikla, torej pretvorbo citrata v izocitrat. Vendar je tudi eden izmed "moonlighting" proteinov, torej proteinov, ki imajo poleg glavne tudi druge funkcije. Prav zato, ker ima toliko funkcij je njena vloga v celici še toliko bolj pomembna, nepravilno delovanje pa lahko pripelje tudi do pojava diabetesa in miopatije.

Akonitaza poleg kataliziranja omenjene pretvorbe citrata v izocitrat pomaga tudi pri uravnavanju koncentracije železa v celici, stabilizaciji oz. destabilizaciji mitohondrijske DNA ter pri odgovoru na oksidativni stres. Pri uravnavanju koncentracije železa se veže na mRNA in s tem zaustavi sintezo feritina (proteina, ki veže železo) ter s tem pomaga pri uravnavanju homeostaze. Mitohondrijsko DNA destabilizira, kar ji pomaga za lažje podvojevanje, pri oksidativnem stresu pa je ključni faktor pri uravnavanju pravilnega pH-ja v celici, brez katerega encimi ne morejo pravilni delovati.

Že samo s temi funkcijami smo ugotovili, da je akonitaza zelo pomembna v našem življenju, vendar verjetno še vedno ne poznamo vseh njenih funkcij, saj je odkrivanje "moonlighting" proteinov in njihovih ostalih funkcij zelo težko in zahteva veliko eksperimentalnega dela. Vendar bi lahko z vedenjem vseh funkcij proteinov iznašli tudi takšna zdravila, ki stranskih učinkov ne bi imela, saj bi zablokirala ali pospešila sintezo le tistega proteina, za katerega je to potrebno in ne bi s tem vplivala tudi na ostale funkcije proteina v organizmu.

Tomaž Rozmarič: Warburg in Crabtree efekt

Znanstveniki so ugotovili, da rakave celice, kljub prisotnosti kisika, ne izvajajo aerobnih procesov. Namesto tega so se usmerile v glikolizo. Temu se reče Warburg efekt. Kaj so rakave celice s tem pridobile, še ni čisto raziskano. Obstajajo pa hipoteze, da so zaradi tega veliko bolj invazivne, se sposobne deliti pri nizkih koncentracijah kisika in se izogniti apoptozi. Warburgov efekt je reguliran na večih stopnjah metabolne poti, s prekomerno izraženimi in prekomerno aktivnimi encimi, ki vzpodbujajo glikolizo ter inhibicijo proteinov, ki spodbujajo aerobni metabolizem. Zraven Warburgovega efekta poznamo še Crabtree efekt. Ta mehanizem rakavi celici omogoča preklop na aerobni metabolizem pri pomanjkanju glukoze in obratno pri velikih koncentracijah. Brez poznavanja obeh mehanizmov in prekinitvi obeh hkrati je uspešnost zdravljenja raka zelo majhna. Znanstveniki so našli vrsto kvasovke, ki ima skoraj identični metabolizem, kot ga ima rakava in je Crabtree pozitivna. Pri nizkih koncentracijah glukoze izvaja anaerobni metabolizem, v prisotnosti visoke koncentracije pa aerobni. Zaradi navedenih lastnosti je idealna za študijo rakavih celic. Ko bodo znanstveniki natančno proučili Warburg in Crabtree efekt, se bodo lahko razvila tarčna zdravila, katera bi bistveno izboljšala kakovost našega življenja.

Erik Mršnik: Adrenolevkodistrofija

X-vezana adrenolevkodistrofija je precej redka bolezen, ki pa ima zelo hude posledice. Te v večini primerov vodijo v zgodnjo smrt. Z razumevanjem biokemijskega in genetskega ozadja te bolezni so v zadnjih letih naredili velik korak naprej v odkrivanju in preprečevanju te bolezni. V osnovi gre za napako (mutacije so v večini primerov dedne - 90 %) na genu ABCD1, kar se odraža na ALDP (adrenolevkodistrofični protein), ki je peroksisomalni transportni protein. Če ne deluje, je otežena oziroma onemogočena β-oksidacija VLCFAs (dolgih maščobnih kislin), ki se nabirajo v tkivih in povzročajo velike težave v delovanju možganov in živčevja ter nadledvične žleze. Bolezen se odraža v različnih fenotipih, ki prizadenejo predvsem moške (otroke in moške srednjih let), ženske so navadno le prenašalke, lahko pa se tudi pri njih izrazijo blažji simptomi. Če se bolezen odkrije že v zgodnji fazi, je možnost pomoči večja. Predvsem uspešna je presaditev krvotvronih matičnih celic. Velikokrat pregledajo že dojenčke (t.i. newborn screening), za katere vejo (zaradi dednosti), da so podvrženi tej bolezni, kar bistveno pripomore k pravilnemu pristopu pri izbiri terapije.

Katja Leben: Tia-maščobne kisline

Tia-maščobne kisline so umetno sintetizirane nasičene maščobne kisline, ki se od ostalih razlikujejo po vsebnosti heterogenega žveplovega atoma. Zaradi posebnega metabolizma – žveplov atom preprečuje za maščobe običajno β-oksidacijo – in zadostnih podobnosti z naravnimi maščobnimi kislinami so nekatere tia-maščobne kisline široko farmakološko uporabne, saj imajo veliko različnih aplikativnih vplivov na bio sisteme.

Katabolizem tia-maščobnih kislin do β-oksidacije poteka običajno, ko pa se žveplov atom približa aktivnemu mestu se proces ustavi. Pri 4-tiamaščobnih kislinah pride do inhibicije drugega encima v obratu β-oksidacije, kar negativno vpliva na metabolizem maščobnih kislin, med tem, ko 3-tia-maščobne kisline sploh ne morejo vstopiti v β-oksidacijo in se razgradijo po ω-oksidativni poti. Vse sode nasičene tia-maščobne kisline se po nekaj obratih β pretvorijo v 4-tia-maščobne kisline, zato tudi reagirajo enako, vse lihe nasičene tia-maščobne kisline pa se z β-oksidacijo lahko pretvorijo v 3-tia-maščobne kisline in nato reagirajo enako. Zaradi posebnega metabolizma so tia-maščobne kisline uporabili tudi za proučevanje delovanja in regulacijie različnih celičnih procesov povezanih z metabolizmom lipidov. Njihov vpliv je močno odvisen od lege žveplovega atoma v ogljikovem skeletu. Tako 4-tia-maščobne kisline zavirajo oksidacijo maščobnih kislin, 3-tia-maščobne kisline pa jo pospešujejo, kar je zaželjeno pri regulaciji bolezenskih stanj, ko je v celici povečana količina maščobnih kislin.

Biološki odzivi na tia-maščobne kisline obsegajo vpliv na transkripcijski faktor PPARα (peroksisom proliferator aktiviran receptor), mitohondrijsko proliferacijo, antiadipoznost, antioksidativne lastnosti, zmanjšanje proliferacije hitro delečih se celic in celično diferenciacijo. Zadnje raziskave kažejo, da tia-maščobne kisline niso škodljive za naš organizem tudi ob dolgotrajnem uživanju in bi se torej lahko uporabljale kot zdravila.

Ana Cirnski: Peroksisomalna razgradnja maščobnih kislin

Maščobne kisline se razgrajujejo do enostavnejših snovi v procesu, imenovanem β-oksidacija. Ta poteka v mitohondriju, pa tudi v peroksisomu. Peroksisomalna in mitohondrijska β-oksidacija se poleg kraja, kjer poteka razgradnja, razlikujeta še v encimih, ki reakcije katalizirajo in v substratih, ki se oksidirajo.

Rastline razgrajujejo tudi take maščobne kisline, ki jih živali in ljudje ne moremo. Za razliko od nas, lahko maščobne kisline popolnoma razgradijo (saj so peroksisomi edino mesto razgradnje), mi pa v peroksisomih razgrajujemo le zelo dolge maščobne kisline do ustreznih intermediatov, ki se dokončno razgradijo v mitohondriju.

Oksidacija nenasičenih maščobnih kislin v višje razvitih rastlinah je pomembna za proizvodnjo mnogih spojin, med njimi so bioaktivne molekule, imenovane oksilipini. Mednje spadajo tudi jasmonska kislina in njeni derivati, ki so pomembne signalne molekule in sodelujejo pri obrambi, komunikaciji, signalizaciji in odgovoru na različne biotske in abiotske stresorje. Povzročajo tudi staranje rastline in odpadanje listov.

Jasmonska kislina se sintetizira v oktadekanojski poti iz α-linolenske kisline (18:3). Pretvorba se začne v kloroplastu, kjer se pretvori v 12-okso-fitodienojsko kislino (OPDA). Ta potuje v peroksisom, kjer nastane oksofitoenojska kislina (OPC:8), ki vstopi v β-oksidacijo in se oksidira v jasmonsko kislino.

Danes se jasmonska kislina in njeni derivati že uporabljajo v aplikativni znanosti.

Zala Gluhić : Hiperamoniemija

Hiperamoniemija je povišana koncentracija v krvi raztopljenega amoniaka. Lahko je posledica motene presnove v ciklu sečnine (na primer zaradi nepravilnega delovanja katerega izmed encimov) – ali pa gre za pridobljeno motnjo zaradi jetrnih bolezni (npr. jetrna odpoved). Amoniak je še posebno škodljiv za možgane. V krvi raztopljen amoniak prestopa možgansko-žilno pregrado in kadar je njegova koncentracija previsoka, lahko pride do nepopravljive škode pri razvoju centralnega živčnega sistema ali do možganskega edema. Ker v možganih ni vseh za cikel sečnine potrebnih encimov, imajo glavo nalogo pri odstranjevanju odvečnega amoniaka astrociti, vrsta nevroglijskih celic. Koncentracije uravnavajo s pomočjo sinteze glutamina. V primeru hiperamoniemije pride v njih do številnih morfoloških sprememb in sprememb v izražanju različnih proteinov (npr. spremembe v aktivnosti prenašalcev EAAT1 in 2, izražanju GFAP proteinov itd.). Prekomerno sintezo glutamina je mogoče uravnavati z MSO (metionin sulfoksimidom).

Bojana Lazović : Novi farmakološki šaperoni za zdravljenje fenilketonurije

Fenilketonurija (PKU) je redka avtosomno recesivna genska bolezen do katere pride, če je okvarjen jetrni encim fenilalanin-4-hidroksilaza (PAH), ki je odgovoren za pretvorbo fenilalanina v tirozin. Ker tako ne more prihajati do razgradnje fenilalanina, se le ta akumulira v telesu in spremeni v fenilpiruvat. To ima toksičen učinek na telo, posebej možgane, saj se pri teh bolnikih lahko razvije težka umska zaostalost. Bolniki se lahko temu izognejo tako, da se že od rojstva držijo stroge diete, po kateri se lahko prehranjujejo le z nebeljakovinsko hrano (sadje in zelenjava). Ostale esencialne aminokisline dobijo v obliki praška, ki vsebuje vse AK razen fenilalanina. Toda raziskave kažejo, da taka dieta pogosto vodi v podhranjenost in psihološke težave bolnikov. Pred nekaj leti je na tržišče prišlo zdravilo Kuvan oz. sintetični naravni kofaktor encima PAH, katerega pomanjkanje je lahko razlog bolezni. Njegova draga sinteza in pri določenih genotipih PKU, slaba učinkovitost, pa je znanstvenike spodbudila k iskanju novih sintetičnih kofaktorjev encima PAH, ki hkrati delujejo kot farmakološki šaperoni. V raziskavi, ki jo opisujem so odkrili dva nova farmakološka šaperona primerna za zdravljenje PKU.

Matic Kovačič : Sirtuin 3 ob dieti spodbuja cikel sečnine in oksidacijo maščobnih kislin

Pri dieti ali stradanju pridobimo s hrano veliko manj ali nič energije, zato mora telo dobiti iz svojih zalo, kar naredi z metabolizmom aminokislin in maščobnih kislin. Pri oksidaciji aminokislin dobimo amoniak, ki se mora zaradi svoje toksičnosti v ciklu sečnine pretvoriti v sečnino. V seminarski nalogi bom predstavil vpliv proteina Sirtuin 3 (Sirt3) na povečano delovanje cikla sečnine in metabolizma maščobnih kislin. Sirt3 je encim deacetilaza, ki se nahaja v mitohondriju in s svojim delovanjem vpliva na veliko mitohondrijskih encimov. Mutacije ali odsotnost tega proteina ima za organizem smrtne posledice, zaradi nepravilnega delovanja cikla sečnine in tudi drugih procesov. Povedal bom še nekaj o napaki cikla sečnine, ki jo povzroči pomanjkanje encima ornitin transkarbamoilaze in kakšne posledice ima lahko to na organizem.

Špela Tomaž: Inhibicija fotosinteze

Čeprav je svetloba bistvena za reakcije fotosinteze, ima nanje tudi uničujoče učinke. Predvsem sta inhibiciji fotosinteze izpostavljena fotosistema II in I, pri katerih lahko intenzivne osvetlitve povzročijo strukturne in funkcijske okvare. Ena izmed aktualnih hipotez o mehanizmu fotoinhibicije fotosistema II (PSII) predvideva dvostopenjski sistem. V prvem koraku je udeležen kompleks, ki v fotosintezi cepi vodo (OEC) – z absorpcijo svetlobe nizkih valovnih dolžin pride do njegovih poškodb, ki omogočijo drugi korak inhibicije. V tem delu se inhibira reakcijski center fotosistema, na kar vpliva svetloba daljših valovnih dolžin. Posledično se tvorijo škodljive reaktivne kisikove spojine (ROS). Proces svetlobnega delovanja sproži popravljalne mehanizme poškodovanih struktur. Fotoinhibicija PSII je pogosta, saj so fototrofi čez dan razmeroma konstantno osvetljeni. Popravljalni cikel PSII je tako pogosto aktiviran in skrbi za to, da ne pride do ustavitve fotosinteze. ROS zavirajo obnovitev aparatov in so na nek način glavni krivci okvar zaradi fotoinhibicije. Sodelujejo tudi v inhibiciji fotosistema I (PSI), ki pa je dosti redkejša in je pogojena s posebnimi razmerami. Njegova regeneracija ni najbolj učinkovita, zato je njegova okvara toliko bolj usodna. Seveda pa so fototrofi razvili mnoge mehanizme različnih oblik, ki fotosisteme ščitijo. Fotoinhibicija je regulirana tudi z mnogimi zunanjimi in notranjimi vplivi na organizem.

Monika Biasizzo: Mitohondrijski razklopni proteini

Oksidativna fosforilacija je sklopljen proces prenosa protonov skozi notranjo mitohondrijsko membrano (ob prenosu elektronov po dihalni verigi) in sintezo ATP. Mitohondrijski razklopni protein pa ta proces razklopijo s prenosom protonov nazaj v mitohondrijski matriks in s tem znižajo protonski gradient. Poznamo več različnih razklopnih proteinov (UCP), ki so si med seboj bolj ali manj podobni. Prvi odkriti je bil UCP1 – termogenin, ki ima pomembno vlogo v termogenezi in s tem pri vzdrževanju stalne telesne temperature pri sesalcih. UCP2 in UCP3 sta 60-70% homologna UCP1, vendar v celici ne opravljata funkcije termogeneze.

Mehanizem prenosa protonov skozi notranjo mitohondrijsko membrano s pomočjo UCP še ni pojasnjen, vendar obstajajo trije predlagani modeli: flip-flop model, model s kofaktorjem in kompetetivni model.

UCP2 ima pomembno vlogo pri zmanjševanju nastanka reaktivnih kisikovih spojin (ROS). Nastanek ROS je eksponentno odvisen od protonskega gradienta. UCP2 z blago razklopitvijo nekoliko zmanjša protonski gradient, tako da sinteza ATP še vedno nemoteno poteka in s tem tudi zmanjša nastanek ROS. UCP3 je pristonem predvsem v skeletnih mišicah, kjer ima prav tako kot UCP2 pomembno vlogo pri zmanjševanju nastanka ROS, še posebej med športno aktivnostjo.

Regulacija UCP poteka na več različnih nivojih. Aktivnost UCP je regulirana z manjšimi molekulami, kot no di- in trinukleotidi (npr. GDP), ki inhibirajo UCP in maščobnimi kislinami, ki UCP aktivirajo. Regulacija pa poteka tudi na nivoju razgradnje, za katero predvidevajo, da poteka s citosolnim proteosomom, vendar mehanizem še ni pojasnjen.

Nastja Pirman: Mitohondrij, center celične apoptoze

Mitohondrij je organel vrvohodec, ki izvaja tako življenske kot smrtne funkcije. Njegova najpomembnejša lastnost je membranska prepustnost, ki odloča, ali se bodo procesi pričeli izvajati v korist ali škodo celice. Na mitohondrijevo odločitev vplivajo inter- in intracelularni faktorji in kot njihova podmnožica tudi stresi. Ko stres preseže mejo, se sproži eden od treh tipov programirane smrti: apoptoza, avtofagija (ki ne vodi nujno do smrti) in nekroza. Osredotočimo se na človeško apoptozo, kjer družina Bcl-2 proteinov z značilnim BH zaporedjem prejema z apoptozo povezane signale. Deli se na antiapoptotske in proapoptoske proteine, ki z medsebojno kombinacijo in z multimerizacijo posredujejo sporočilo mitohondrijskim ionskim kanalom. Če signal narekuje apoptozo, se bosta z apoptozo povezana kanala MAC in mPTP široko odprla, spustila Cyt c v citosol in depolarizirala membrano. Koncentracija kalcija sodeluje s procesom. V tem kjučnem koraku se porušita membranski potencial in metabolizem. Kaspaze-9 v kompleksu z Apaf1 in izpuščenim Cyt c (apoptosom) tačas v citosolu začnejo s kaskadno proteolitsko aktivacijo citosolnih proteinov. Apoptotski mehanizem ni popoln. Napake povzročijo raka ali bolezenska stanja, ki jih ne bomo mogli zavreti z učinkovinami, dokler ne poznamo vseh povezav med deli mehanizma.

Barbara Dušak: Sinteza bakterijske celične stene

Bakterijske celična stena je sestavljene iz peptidoglkianskih verig, ki se med seboj povezujejo s kratkimi peptidi. Peptidoglikan je veriga N-acetilglukozamina in N-acetilmuramične kisline, povezanih z β(1,4)-glikozidno vezjo, N-acetilmuraminska kislina pa ima vezan še peptid.

Sinteza stene je kompleksen proces, ki poteka v treh delih. Najprej se v citosolu sintetizirajo osnovne komponente stene, reakcije katalizirajoi encimi družine Mur. Nato pride do vezave komponent na undekaprenil fosfat in transporta preko membrane, na koncu pa še do sinteze peptidoglikana in vgradnje v že obstoječo celično stene. Verige nastajajo v procesu transglikozilacije, peptidne povezave pa v procesu transpeptidacije. Ta dva procesa katalizirajo encimi družine PBP (penicillin binding proteins), ki se delijo v več razredov glede na katiltično aktivnost in velikost. Za vgradnjo nove verige v celično steno, se morajo nekatere vezi tudi razcepiti, za kar so potrebne še dodatne hidrolaze, rast celične stene pa poleg vseh teh encimov uravnava tudi citoskelet, ki določa obliko celice. Obstaja tudi več teorij, kako naj bi vgradnja potekala, temlejiijo pa na tem, da se trdnost stene med samim procesom ne sme zmanjšati.