BIO2 Povzetki seminarjev 2016

Biokemija- Povzetki seminarjev 2016/2017

Nazaj na osnovno stran

Karmen Žbogar: Oksidativna fosforilacija v rakavih celicah

Mitohondriji so celični organeli, ki imajo pomembno vlogo pri spremembah metabolizma, presnovnih poteh, prav tako pa nadzorujejo življenje in smrt celic. Rakave celice za svoje preživetje prilagodijo svoj metabolizem in okolje. Pri oksidativni fosforilaciji mitohondriji za sintezo ATP porabijo skoraj ves celični kisik, med samim procesom pa proizvajajo stranske produkte imenovane ROS (reaktivne kisikove spojine), ki so eden od vzrokov za karcinogenezo. Eden od pomembnih encimov v rakavih celicah je HK-II in povišanje njegove koncentracije v celicah je ena od presnovnih sprememb v tumorskih mitohondrijih. V tumorjih se pojavljajo še naslednje spremembe: zmanjšana oksidacija substratov, spremenjeno izražanje in aktivnost podenot dihalne verige, mutacije mtDNA, spremenjen nadzor apoptoze, oslabljena organizacija tako ATP-aze kot kompleksov dihalne verige. Kako natančno so mitohondrijske funkcije in rak povezani, je še nerazrešeno in pomembno vprašanje v biokemiji. Kljub številnim študijam, celovita celična in molekularna osnova za združitev tumorjev z bioenergetiko mitohondrijev še ni popolnoma opredeljena. V tumorskih mitohondrijih so najdene velike spremenljivosti mehanizmov in ravno raziskave teh mehanizmov bodo v prihodnosti prispevale koristne informacije za diagnosticiranje raka in tudi terapevtske pristope.

Kristina Piškur: Presnova neesencialnih aminokislin pri raku dojke

Človeško telo je zgrajeno iz različnih vrst celic, ki nadzorovano rastejo in se delijo, ko je za organizem to potrebno. S celično delitvijo nastajajo nove celice, ki so nujno potrebne za obnavljanje tkiv in ohranitev zdravega organizma. V nekaterih primerih, zaradi različnih vzrokov in posledice mutacij v genih, pride do čezmerne delitve in kopičenja telesnih celic, kar lahko privede do nastanka raka. Študije so v zadnjih letih pokazala, da odnos med rakom in presnovnimi potmi razkriva nove biološke označevalce in terapevtske cilje. Še posebej obetavna se zdi terapija stradanja metabolizma z odstranitvijo ali omejevanjem dostopnosti določenega metabolita, saj je v primerjavi s kemoterapijo ali obsevanjem manj toksična za pacienta. Izkazalo se je, da so neesencialne aminokisline obetavni metaboliti za takšno terapijo, saj jih lahko sintetiziramo z normalnimi celicami, pri katerih zunajcelični vir ni potreben za njihovo zdravje, medtem ko mnoge tumorske celice potrebujejo zunanjo oskrbo neesencialnih aminokislin. Tako lahko ob upoštevanju te razlike in z odstranitvijo določenih aminokislin inhibiramo rast tumorskih celic. V seminarju se bom osredotočila na dve različni presnovni poti neesencialnih aminokislin, ki kažejo velik potencial za njihovo aplikacijo kot biomarkerjev in terapevtskih ciljev pri zdravljenju raka dojke. Sprva bom govorila o presnovni poti glutamin- glutamat, v nadaljevanju, pa o presnovni poti serin- glicin.

Natalija Pucihar: Izkoriščanje katabolizma maščobnih kislin za goriva in druge kemijske produkte

Zaradi vse večjih skrbi glede preskrbljenosti z nafto in ostalimi fosilnimi gorivi, kot tudi zaradi toplogrednih plinov, ki imajo škodljiv učinek na globalno ozračje, postaja proizvodnja obnovljivih kemičnih produktov vse potencijalnejša. Tako imenovana, zelena kemija, omogoča razvijanje kemikalij z dodanimi vrednostmi, ki niso pridobljene z običajnimi petrokemičnimi procesi. Dandanes se veliko raziskav osredotoča na naslednje generacije pridobivanja biogoriv. Glavna tema raziskav je biosinteza mikrobnih maščobnih kislin, s ciljem proizvodnje maščobnih kislin oz. derivatov, za zamenjavo dizelskega goriva. Oksidacijske poti maščobnih kislin so zelo zanimive za metabolne inženirske namene zaradi njihove ciklične narave, kot tudi njihovih reakcij, ki dovoljujejo selektivno funkcionalizacijo alkilne verige. Te lastnosti omogočajo nastanek različnih kemikalij kot so alkoholi, alkani, ketoni in hidroksi kisline v širokem razponu ogljikovega števila. V seminarju bom govorila o nedavnem napredku metaboličnih inženirskih strategij za produkcijo kemikalij skozi oksidacijsko pot maščobnih kislin. Za nadaljnje raziskave je predvsem pomembno poznavanje delovanja in aktivnosti encimov, ki katalizirajo ali inhibirajo metabolične poti. Opisala bom tri zasnovane maščobno kislinske oksidativne poti in sicer α, ß in ω- oksidacijo in eno nemaščobno ß oksidacijo ter produkcijo prostih maščobnih kislin v E. coli. V članku je bila sicer predstavljena platforma oksidacije maščobnih kislin, zato pričakujem, da igra ključno vlogo pri tem prizadevanju, vendar pa se smatra kot enega glavnih izzivov selektivna produkcija funkcionalnih kemikalij z specifično dolžino ogljikove verige.

Vida Štrancar: Zaznavanje vročine pri rastlinah

V zadnjem obdobju smo zaradi globalnih klimatskih sprememb priča vse daljšim vročinskim valom. Ker so rastline pritrjeni organizmi, neugodnim razmeram ne morejo ubežati. Na neugodne razmere se prilagajajo tako, da se posledično zmanjša njihov pridelek. Zato je raziskovanje načinov aklimatizacije in celičnih signalnih poti zelo aktualno. Rastline vročino zaznavajo na celičnem nivoju in sicer s pomočjo več različnih sistemov. Vročina v celicah vpliva na strukturo proteinov, nabiranje reaktivnih kisikovih zvrsti, fluidnost membrane. Celica lahko s pomočjo molekul, ki zaznavajo te spremembe aktivira gene, ki sprožijo odziv na povišanje temperature. Verjetno imajo najpomembnejšo vlogo pri sporočanju kalcijevi ioni, ki v celico vdrejo preko kalcijevih kanalčkov, ki se odprejo ob povišani temperaturi. V celici se poviša tudi koncentracija lipidnih signalnih molekul, ki regulirajo gene za odziv na vročino. Pri tovrstnem stresu pride do spremembe strukture proteinov. Te popravlja sistemski odziv, ki vključuje proteine toplotnega šoka (Hsp). Ti preprečujejo agregacijo proteinov, ki bi lahko posledično vodila v hude napake delovanja. Kot signal so v celici uporabljene reaktivne kisikove zvrsti (ROS), ki nastajajo kot produkt pri metabolnih procesih. V jedru se nahaja termosenzor, histon H2A.Z, ki se temperaturno odvisno veže na promotorje genov, ki so povezani z odzivom na temperaturne spremembe. Sistem zaznavanja vročine je pri rastlinah zelo kompleksen, povezave med različnimi potmi pa zaenkrat ostajajo še neznane.

Janja Murn: Wnt signalizacija in njena regulacija

Wnt signalizacija, ki jo sproži vezava wnt proteina na Fzd membranski receptor, igra eno ključnih vlog v embrionalnem razvoju in pri obnavljanju poškodovanega tkiva. V jedru tarčne celice namreč spodbudi izražanje rastnih faktorjev, ki usmerjajo diferenciacijo embrionalnih oz. odraslih matičnih celic v ustrezno vrsto celic. Pri signalizaciji ima pomembno vlogo β-katenin, ki v jedru tarčne celice deluje kot ko-aktivator transkripcije prej omenjenih rastnih faktorjev. V odsotnosti wnt liganda poteka v citosolu ubikvitinacija β-katenina v t. i. uničevalnem kompleksu in posledična njegova proteoliza. Vezava wnt-liganda na receptor pa povzroči konformacijske spremembe in razpad uničevalnega kompleksa. Koncentracija β-katenina naraste in zato se le ta lahko prenese v jedro. Napake v wnt signalizaciji celice lahko privedejo do nenadzorovanih celičnih delitev, razvoja tumorja, kot tudi do nepopolnega razvoja centralnega živčnega sistema in posledične motorične ter mentalne zaostalosti. V kratkem so bili v membrani odkriti regulatorni mehanizmi, ki zmanjšujejo možnost nastanka napak v signalizaciji in razvoj omenjenih bolezni. Notum protein na primer zaustavi signalizacijo s preoblikovanjem wnt liganda, ki se zato ne veže na receptor. Med tem ko sta ZNRF3/RNF43 značilni ubikvitinin ligazi, ki z razgradnjo receptorskega kompleksa uravnavajo pretirano signalizacijo. V kratkem pa so bili odkriti tudi specifični ko-faktorji, ki povečujejo specifičnost signalizacije. Dobro poznavanje regulatornih mehanizmov pa v zdravstvu predstavlja potencial razvoja novih terapevtskih metod za uspešen boj z zgoraj naštetimi boleznimi.

Katarina Petra van Midden: Nekroptoza - programirana celična smrt

Dolgo časa so bili znanstveniki prepričani, da obstajata le dve vrsti celične smrti. Programirana apoptoza ter naključna in neurejena nekroza. Pred približno dvajsetimi leti so odkrili, da nekatere tipe nekroze vodijo signalne poti in ni tako nekontrolirana, kot so prvotno mislili. Tako obliko celične smrti so poimenovali nekroptoza. Za razliko od apoptoze za njeno izvedbo ne potrebujemo kaspaz (cistein-aspartatnih proteaz), morfološko pa je podobna nekrozi. Sproži jo lahko več dejavnikov. V tem seminarju sem opisala signalno pot, ki jo sproži vezava TNFα na receptor TNFR1. Vezava na ta receptor uravnava tri procese. Preživetje celice, apoptozo in nekroptozo. Kateri izmed njih se bo zgodil je odvisno od tvorbe TNFR1 kompleksov I in II in nekrosomskega kompleksa, ter spleta signalnih molekul, ki uravnavajo prehode med njimi. Aktivatorja nekroptoze sta kinazi RIP1 in RIP3, ki postaneta aktivni, ko je kaspaza 8 in s tem apoptotična celična smrt inhibirana. Taka oblika nekroptoze je že dokaj dobro raziskana, čeprav njen evolucijski pomen še ni popolnoma jasen. Najverjetneje se je razvila kot pomožna oblika celične smrti, v primeru, da je apoptoza blokirana. V nekaterih primerih, ko nekroptoza omogoči hitrejši odziv na nevarnost pa se pojavlja tudi kot preferenčna oblika celične smrti. Nekroptoza igra pomembno vlogo pri različnih vnetnih, infekcijskih in degenerativnih boleznih, zato je raziskovanje njenega mehanizma pomembno tudi v medicinske namene.

Maksimiljan Adamek: Avksin in njegova vloga v fototropizmu rastlin

Hormoni kot signalne molekule niso pomembni zgolj v živalskih, temveč tudi v rastlinskih organizmih. Najbolj raziskano skupino rastlinskih hormonov predstavljajo avksini, med katerimi prevladuje indol-3-ocetna kislina. Znano je, da so avksini vpleteni v številne rastlinske procese: embriogenezo, organogenezo in različne tropizme. Avksin določa spremembe celičnih procesov na podlagi omogočanja transkripcije genov s specifičnim zaporedjem ARE v promotorski regiji. Izražanje teh genov inhibirajo proteini Aux/IAA. Klasična signalna pot avksina vključuje vezavo hormona na receptorje v jedru, kar preko promoviranja potrebnih proteinov vodi v ubikvitinacijo inhibitorjev transkripcije, razgradnjo inhibitorjev s proteasomom 26S in sprostitev transkripcije genov. Molekule avksina imajo tudi zanimivo lastnost prehajanja med celicami in tkivi. V transport avksina po rastlini so preko sistemov fosforilacij, defosforilacij in klatrinskih veziklov vključeni različni proteini, med katerimi so pomembni predvsem proteini PIN. Poleg klasične signalne poti imajo avksini še druge pomembne vloge v rastlini. Primer tega je vloga avksina v fototropizmu, kjer se rastlina obrne in začne rasti proti svetlobi. Neenakomerna osvetlitev rastline sproži odziv, ki tok avksina usmeri na manj osvetljeno stran rastline. Tam avksin spodbudi rast celic in to povečanje celic na zgolj eni strani rastline spremeni smer njene rasti. Čeprav so omenjeni mehanizmi relativno dobro poznani, je veliko delov teh mehanizmov še neznanih in tako ponujajo priložnosti za nove raziskave.

David Dolhar: Delovanje interferonov tipa I pri imunskem odzivu

Interferoni tipa I so ene od ključnih molekul pridobljenega imunskega sistema. Z vezavo na IFNAR receptor ti citokini sprožijo signalne poti znotraj celice, katerih rezultat je ustavitev transkripcije virusnega genskega materiala. Preko encimov Janus kinaze 1 ter tirozin kinaze 2 poteka fosforilacija STAT1 ter STAT2 molekul. Ob dimerizaciji teh dveh molekul se STAT1-STAT2 homodimer poveže z regulatornim faktorjem IRF9, ta kompleks pa nato sproži prepis genov, stimuliranih s strani interferonov (interferon stimulated genes). IFNAR receptor lahko aktivira tudi druge signalne poti, kot na primer mTOR signalno pot, ki uravnava celično proliferacijo, avtofagijo ter transkripcijo genov za sintezo proteinov. Primer ISG je gen za prepis Mx1, ki pri okužbi z virusom gripe onemogoča prepis genskega materiala tega virusa. Predstavljena je raziskava, ki dokazuje pomembno vlogo STAT-1 aktivatorja transkripcije pri tej signalni poti. Interferoni tipa I sodelujejo v pridobljenem (specifičnem) imunskem sistemu v povezavi z dendritskimi celicami. Poleg tega interferoni tipa I po potrebi aktivirajo delovanje limfocitov T. Poleg pozitivnih učinkov lahko prekomerno izločanje interferonov tipa I v tkivu povzroči vnetne reakcije ter privede do imunosupresije. Naveden je primer virusa HIV-1, ki preko okuženih plazmacitoidnih dendritskih celic sproži signal za apoptozo drugače zdravih celic pomagalk. Rezultati predstavljenih študij nakazujejo na dvoreznost delovanja interferonov pri imunskem odzivu.

Dominik Rebek: Vloga proteinske družine Bcl-2 pri apoptozi

Programirana celična smrt je nepogrešljiv del mnogih bioloških procesov, od embrionalnega razvoja, delovanja imunskega sistema do delovanja živčnega sistema. Posledično je vpletena v mnoga bolezenska stanja. Med ta spada velik del težkih bolezenskih stanj, za katera še ne poznamo zdravila oziroma rešitve, in sicer nekatere nevrodegenerativne bolezni, rak, avtoimunske bolezni, atrofije, virusne okužbe itd. Zato so raziskave na področju regulacije apoptoze toliko bolj atraktivne in tudi obetajoče. Vemo, da apoptoza ni edina oblika celične smrti, je pa prevladujoča oblika programirane celične smrti. Ne povzroča vnetnega odziva, zato menim, da je nekroptoza na nekaterih področjih nikakor ne more nadomestiti. Naše znanje obsega poznavanje dveh poti apoptoze, intrinzične in ekstrinzične, ki se sicer lahko v določenih primerih tudi prepletata. Osnovni princip delovanja intrinzične poti je preko kaskade, ki vključuje člane proteinske družine Bcl-2 in aktivira kaspaze. Kaskada deluje po sistemu promotor aktivatorja kaspaz – inhibitor aktivatorja kaspaz – aktivator kaspaz – adapterska kaspaza – efektoska kaspaza. Mnogo poti in interakcij med molekulami vključenimi v celoten proces je še neraziskanih, obstoječe raziskave pa namigujejo na zelo kompleksen, raznolik in medsebojno prepleten sistem. Evolucija preferira tak sistem, saj ob nedelovanju posamezne poti ali komponente, ne zataji celoten sistem, ampak je mogoče okvaro obiti.

Lana Vogrinec: Metabolizem laktata v možganih

Možgani so sestavljeni iz različnih tipov celic, med katerimi so najbolj pomembni nevroni in glia celice. Najpogostejša vrsta glia celic so astrociti, ki nadzorujejo prenos hranil iz krvožilnega sistema do nevronov. Že nekaj časa je znano, da imajo različne možganske celice tudi različne metabolne profile. V astrocitih je močno izražen proces aerobne glikolize, pri katerem se glukoza pretvarja v laktat kljub prisotnosti kisika. Nasprotno je v nevronih bolj izražen oksidativen del metabolizma, glukoza pa večinoma vstopa v pentoza-fosfatno pot. Zaradi teh razlik mora obstajati metabolna povezava med obema tipoma celic. Ena izmed najbolj priznanih hipotez je model ANLS, ki predlaga, da obstaja prenašalni sistem za laktat v smeri iz astrocitov do nevronov. Tak prenašalni sistem se sproži ob aktivaciji nevronov, pri čemer je glavni signal zanj glutamat, ki se po vezavi na postinaptično celico reciklira v astrocitih. Po prejetju signala začnejo astrociti aktivno vnašati glukozo in jo pretvarjati v laktat. Ta se nato po MCT-transporterjih prenese do nevronov, ki ga uporabijo kot primarni vir energije med prenosom signala. Vse kaže, da ima laktat še druge pomembne funkcije v možganih, bolj raziskana je njegova vloga pri tvorbi dolgotrajnega spomina. Raziskave na tem področju torej niso pomembne samo za razumevanje kompleksnih možganskih poti, ampak predstavljajo tudi možnost za zdravljenje določenih nevrodegenerativnih bolezni, povezanih z okvarami spomina.

Ajda Cafun: Transkripcijska regulacija lipogeneze ter njena povezava z razvojem hepatosteatoze

Jetra so centralni organ za procesiranje in distribucijo lipidov v organizmih. Po obroku bogatem z ogljikovimi hidrati, se presežek glukoze v jetrih v procesu de novo lipogeneze pretvori v maščobne kisline, te pa v triacilglicerole (TAG), ki jih maščobne celice shranijo kot vir energije. Prevelika stopnja lipogeneze in sinteze TAG v jetrih povzroči hepatosteatozo, tj. akumulacijo TAG v jetrih. 90% obolelih za hepatosteatozo posledično razvije resistenco na inzulin in s tem diabetes tipa 2. Raziskave so pokazale, da imajo encimi, ki sodelujejo pri metabolizmu lipidov v jetrih, na promotorskih regijah genov nekatera enaka prepoznavna mesta za vezavo transkripcijskih faktorjev, ki aktivirajo transkripcijo genov. To pomeni, da je izražanje teh encimov koordinativno regulirano. Transkripcijski faktorji, ki regulirajo metabolizem lipidov v jetrih so USF, SREBP1C, LXR in ChREBP. Signal insulina sproži PI3K/Akt signalno pot, ki vpliva na aktivacijo USF in SREBP1C, medtem ko signal glukoze sproži signalno pot, ki aktivira ChREBP. Aktivirani transkripcijski faktorji se vežejo na pripadajoče regije promotorjev in povzročijo transkripcijo genov. Prevelika raven izražanja transkripcijskih faktorjev vodi do preintenzivne lipogeneze in s tem do razvoja hepatosteatoze. Ker so omenjeni transkripcijski faktorji ključni regulatorji metabolizma lipidov v jetrih, imajo velik potencial kot tarčni proteini pri zdravljenju jetrnih obolenj.

Anja Šantl: Vloga FOXO proteinov pri sladkorni bolezni tipa 2

Sladkorna bolezen tipa 2 je najpogosteje posledica nezdravega načina življenja. Začetno stanje je inzulinska rezistenca do katere pride, kadar normalna količina inzulina ne zadošča, da pride do pravilnega odziva tkiv. Na površju celic se nahaja inzulinski receptor, ki nadzoruje vstop sladkorja v celice. Pri nezdravi prehrani (hrana z visokim glikemičnim indeksom) lahko pride do okvar receptorjev, celice pa postanejo odporne na inzulin. Če sladkorne bolezni ne zdravimo in traja dlje časa, pride do izčrpanosti beta celic, saj celice niso zmožne konstantne povečane proizvodnje inzulina. Višek inzulina v telesu povzroča celo vrsto nevšečnosti: bolezni srca in ožilja, zvišan krvni pritisk, slepoto, odpoved ledvic… Raziskovanje 'forkhead box' proteinov, transkripcijskih faktorjev, je omogočila nov pogled na inzulinsko aktivnost. V skupino FOX spada veliko transkripcijskih faktorjev, ki opravljajo najrazličnejše biološke funkcije za spodbujanje fleksibilnost metabolizma. Pri vplivu na sladkorno bolezen je najpomembnejši FOXO1, ki vpliva na rast, funkcije in diferenciacijo beta celic. FOXO1 je pomemben tudi pri vzdrževanju funkcij in lastnosti beta celic v stanju metaboličnega stresa. Ta vodi do apoptoze, napak pri delitvi celic ter do dediferenciacije. Odkrite povezave FOXO in beta celic predstavljajo potencial za razvoj novih načinov zdravljenja diabetesa tipa 2.

Zala Živič: Vpliv intermediatov Krebsovega cikla na staranje organizma

Med staranjem in metabolizmom obstaja še zaenkrat slabo raziskovana povezava. Pojavile so se mnoge teorije, kot je ideja o vplivu intermediatov krebsovega cikla. Izpostavljeni so 2-oksoglutarat, fumarat in sukcinat, ki so regulatorji posebne družine 2-oksoglutarat odvisnih dioksigenaz (2-OGDO). Ti encimi so hidroksilaze in demetilaze raznih aminokislinskih ostankov in vplivajo na sintezo kolagena, hipoksične odzive ter epigenetske vplive. Predvsem epigenetski vplivi so tesno povezani s staranjem celice, saj je epigenetski relief močno spremenjen v starejših celicah. Med te vplive spadajo vsi, ki spreminjajo transkripcijo genov brez vpliva na sam zapis v DNA. Encimi, opisani v seminarju imajo epigenetske vplive preko demetilacije in hidroksilacije DNA ter demetilacije histonov. Te modifikacije lahko inhibirajo ali pa stimulirajo transkripcijo genov in s tem vplivajo na samo delovanje celice. Zaradi okvar v krebsovem ciklu, povezanih predvsem z upadom delovanja encimov, se pri staranju v citosolu kopičita sukcinat ter 2-oksoglutarat. 2-oksoglutarat je nujno potreben za delovanje encimov 2-OGDO, sukcinat pa inhibira njihovo delovanje, torej je pri staranju njihovo delovanje močno spremenjeno. Prav tako pride globalno do povečane metilacije DNA in histonov v somatskih celicah, kar je lahko posledica motenega delovanja 2-OGDO. Intermediati krebsovega cikla so torej zelo pomemben dejavnik pri spreminjanju epienetskega reliefa ter posledično staranju organizma.

Valentina Novak: Alternativni načini organizacije cikla citronske kisline v rastlinah

Rastline so v evolucijskem razvoju prilagodile svoj metabolizem dolgim obdobjem neugodnih pogojev, s katerimi so se prisiljene soočiti zaradi svoje pritrjenosti v tla. Med temi procesi je cikel citronske kisline največkrat primarno predstavljen v kontekstu pridobivanja energije v obliki ATP v mitohondriju. Vendar pa imajo intermediati cikla citronske kisline prav tako pomembne vloge tudi v biosintetskih procesih, kot je na primer asimilacija dušikovih spojin iz tal s sledečo sintezo aminokislin. Izkaže se, da v nekaterih rastlinskih tkivih delovanje klasične oblike cikla vsem tem vlogam ne zadosti. Raziskovalci zato predvidevajo, da nekateri okoljski pogoji lahko povzročijo reorganzacijo cikla citronske kisline. Nastale nove poti po obliki največkrat ne spominjajo na cikel, a je za njihovo delovanje nujno potrebnih več intermediatov in encimov, ki sodelujejo v klasičnem ciklu citronske kisline. Pri rastlinah so alternativni načini organizacije najbolje raziskani v osvetljenih listih, pri nekaterih vrstah pa so bili opaženi tudi v razvijajočih se semenih in ob izpostavitvi organizma anoksičnim pogojem. Ta seminar bo ponudil razlago zgradbe in funkcije večine do sedaj oblikovanih alternativnih modelov organizacije cikla citronske kisline, ki so bili pridobljeni s pomočjo različnih eksperimentalnih in bioinformatičnih metod.

Iztok Štuhec: Vpliv povišanih koncentracij intermediatov citratnega cikla na nastanek tumorjev

Citratni cikel je osrednja pot v metabolizmu sladkorjev, lipidov in aminokislin. Vendar pa novejše raziskave razkrivajo, da igrajo tako intermediati kot encimi citratnega cikla več vlog, kot le tisto, ki jim jo pripisujemo, ko govorimo o metabolizmu. Citratni cikel je tako še vedno zanimiv za raziskave, sploh za nekatera novejša področja biokemije in sorodnih ved, kot je na primer molekularna medicina. V seminarju se osredotočam na izvor tumorjev, ki nastanejo kot posledice defektov na encimih citratnega cikla oz. prekomernem nabiranju intermediatov cikla. Sploh kritični so encimi fumarat dehidrogenaza, izocitrat dehidrogenaza in sukcinat dehidrogenaza. Mutacije na teh encimih poleg motenega metabolizma celice lahko privedejo tudi do hipoksičnega odziva, pospešene rasti in deljenja ter zmanjšanja diferenciacije, sposobne vplivati na signalne poti in s tem na transkripcijske faktorje ter izražanje genov s čimer lahko spremenijo samo naravo celic. Vse to pa je ključno za rast tumorjev. Tako si lahko razložimo tudi, kako tumorji organizem prisilijo v tvorbo novih krvnih žil in zakaj tumorji energijo pridobivajo iz glikolize. Raziskave na tem in podobnih področjih so spet zelo priljubljene in bodo v prihodnosti morda ključ do razumevanja genetsko dedovanih tumorjev, njihovega zdravljenja in preventive.

Aljaž Božič: Regulacija katabolizma maščob: vpliv vadbe in okoljskega stresa

Maščobe so pomemben vir energije za človeško telo. Njihov katabolizem vključuje mobilizacijo iz maščobnih kapljic, transport po krvi in v celice, aktivacijo, transport v mitohondrij in oksidacijo v mitohondrij. Tako človeško telo dobi energijo. Katabolizem maščob je natančno reguliran. Regulacijo delimo na dve skupini. Kratkoročna regulacija poteka prek inhibicije ali aktivacije posameznih encimov z alosteričnimi regulatorji, fosforilacijo in spremembo afinitete do regulatorja. Dolgoročna regulacija pa poteka s kontrolo izražanja genov za posamezne encime in transporterje, ki sodelujejo v katabolizmu maščob. Ob športni aktivnosti ali pri stresu iz okolja pa se regulacija katabolizmu maščob spremeni, saj pride do sprememb v potrebi po energiji. Spremeni se tudi najugodnejši vir energije za celico. Tako ob nizko intenzivni športni aktivnosti oksidacija maščobnih kislin poveča, saj so potrebe po energiji v organizmu večje, proces pa je dovolj hiter, da priskrbi to energijo. To se spremeni ob visoko intenzivni fizični aktivnosti, saj oksidacija maščobnih kislin ne more zagotoviti energije tako hitro kot jo organizem porablja. Takrat so encimi katabolizma maščob inhibirani, za energijo pa se porabljajo predvsem ogljikovi hidrati. Tudi okoljski stres kot je hipoksija ali spremembe v temperaturi vplivajo tako na kratkoročno, kot tudi dolgoročno regulacijo katabolizma maščob.

Ajda Lenardič: Ketonska telesca-nova vrsta dopinga?

Čeprav so ketonska telesca poznana že dolgo, je bila njihova pozitivna vloga in potencialno ugoden vpliv na metabolizem, nekoliko zanemarjena zaradi negativne konotacije, ki je predvsem posledica povezanosti ketonskih telesc z diabetesom. V zadnjem času pa so številne raziskave pokazale, da lahko ketonska telesca spremenijo mišični metabolizem med naporom in celo povečajo vzdržljivost športnikov pri maksimalnem naporu za približno 2%. Znanstveniki napovedujejo, da bodo v obliki prehranskega dopolnila na voljo že prej kot v enem letu. Mehanizem vplivanja ketonskih telesc na mišični metabolizem še ni popolnoma raziskan, kljub temu pa vemo, da je za njegovo razumevanje ključno poznavanje »tekmovanja substratov« za oksidacijo med mišičnim naporom. Za razlago tega procesa si lahko pomagamo s tako imenovanim Randlovim ciklom, ki opisuje regulacijo katabolizma glukoze z maščobnimi kislinami in obratno. Med naporom ta cikel sicer ne velja v celoti, vendar pa tudi pod takšnimi pogoji ostaja izhodišče razlage mišičnega metabolizma, le regulacija se nekoliko spremeni. Če poleg Randlovega cikla upoštevamo še energijski vidik oksidacije posameznih substratov, lahko dobimo približno predstavo o tem, zakaj ketonska telesca nadvladajo Randlov cikel, oziroma kako spremenijo mišični metabolizem. Prednost ketonskih telesc je predvsem v tem, da so zelo enostavna za razgradnjo in je razgradnja energijsko ugodna.

Tanja Peric: Vpliv fitokemikalij na regulacijo katabolizma maščobnih kislin

Katabolizem maščobnih kislin je kompleksno reguliran sistem. Ena važnejših signalnih poti v njegovi regulaciji je AMPK signalna pot. Ta protein, ki ga hormonsko uravnavajo adrenalin, noradrenalin, leptin in adiponektin, inhibira sintezo maščobnih kislin in sproži več transkripcijskih faktorjev. Pomembni so tudi UPC proteini, ki razklopijo dihalno verigo od sinteze ATP. Odprejo namreč kanalčke, preko katerih se protoni iz medmembranskega prostora vračajo v matriks mitohondrija, ne da bi pri tem prečkali ATP sintazo. Temu procesu pavimo termogeneza, saj se ob tem sprošča toplota. Prek teh dveh mehanizmov delujejo na naš metabolizem številne fitokemiklije (neesencialne snovi rastlinskega izvora). Fitokemikalije ločimo na polifenole, alkaloide in izoprenoide. Najdemo jih v številnem sadju, čaju, vinu, papriki, kakavu, popru... Večinoma delujejo tako, da preko hormonov ali kako drugače (mehanizmi večinoma niso znani) aktivirajo AMPK, torej v smeri katabolizma maščobnih kislin ali pa povečajo izražanje UCP in s tem termogenezo. To bi bilo lahko za ljudi koristno pri hujšanju. Pri debelosti gre namreč za kopičenje maščobnih kislin v telesu, te pa se porabljajo tako pri razgradnji kot pri termogenezi. Debelost je namreč zelo razširjen problem in lahko privede do veliko hujših zapletov kot so sladkorna bolezen tipa 2 in srčno-žilne bolezni.

Nejc Arh: Metabolizem L-arginina in imunski sistem

L-arginin ima v telesu poleg izgradnje proteinov še številne druge funkcije. V imunskem sistem je pomemben predvsem kot subtrat dvema encimoma: arginazi (ARG) in sintazi dušikovega oksida (NOS). Ravnotežje med njunim delovanjem je ključno za usmerjanje imunskega sistema k vnetnemu oz. protivnetnemu odzivu. V M1 makrofagih prevladuje NOS2, ki skrbi za sintezo mikroorganizmom-toksičnega NO. V M2 makrofagih arginaza z znižanjem zunajcelične koncentracije L-arginina pripomore k supresiji T-celic, L-ornitin pa se pretvori naprej: med drugimim tudi v poliamine, ki vzpodbudijo celično delitev in regeneracijo tkiva. Posebna populacija delno diferenciiranih celic mieloične linije (MDSC) z akivnostjo tako ARG kot NOS po več različnih mehanizmih zavirajo število in odzivnost T-celic. Med načini inhibicije so izguba CD3ζ verige, prekinitev IL-2 signalizacije, sprožitev apoptoze (preko več poti) in zavrtje G0-G1 faze celičnega cikla. Dolgotrajno povečanje MDSC populacije je značilno za raka in nekatera kronična obolenja saj lahko popolnoma izniči odziv T-limfocitov na določen antigen. Številne terapije so trenutno v razvoju, med drugim: inhibitorji ARG/NOS, ki zavrejo delovanje imunosupresivnih celic; vitamin A/D3, ki vzpodbudi diferenciacijo MDSC v »odrasle« mieloične celice in prehrambeno dopolnilo L-arginina v primeru malarije, vnetja črevesa in okužb pri novorojenčkih.

Tomaž Žigon: Vpliv ureaz v naravi

Z oksidacijo proteinov in aminokislin se med drugim tvori tudi urea. Ta je bogat vir dušika, vendar jo organizmi kot tako lahko uporabijo šele, ko jo razgradijo. Tu nastopijo ureaze, ki katalizirajo razpad uree na amonijak in ogljikov dioksid. Na tak način nekateri organizmi lahko uporabljajo ureo kot edini vir dušika. Ureaze so v naravi zelo uporabne. Rastline iz nje pridobivajo dušik (z lastno razgradnjo in s pomočjo mikroorganizmov), kar s pridom izkorišča tudi človek pri gnojenju. V seminarju je opisan vpliv takšnega gnojenja na naravo, opisana je tudi regulacija izražanja genov z zapisom za ureaze in transport substrata (uree) po celici. Ker sesalci ne sintetiziramo ureaz, ureo pa, so patogeni mikroorganizmi to dejstvo obrnili sebi v prid in nam tako povzročajo nemalo preglavic. Čeprav urea velja za prvo organsko molekulo, ki je bila sintetizirana iz anorganskih komponent in je bila ureaza kristalizirana že leta 1926, še vedno ostaja veliko odprtih vprašanj glede njenega točnega delovanja in obnašanja v celici. Vloga ureaz v naših življenjih pa je očitno zelo velika, čeprav se tega pogosto sploh ne zavedamo. Z razgradnjo uree in produkcijo amonijaka ter ogljikovega dioksida spreminja pH okolice in tako posega na različna področja. Če torej želimo natančno vedeti kako izboljšati kakovost življenja, bomo morali ureaze z dodatnimi raziskavami še bolje proučiti.

Urban Ferčec: Možganska glutaminaza in njena vloga v metabolizmu

Glutaminaza je pomemben encim metabolizma aminokislin, ki s cepitvijo vezi med amino skupino in glutaminom tvori glutamat ter prosto amino skupino, kar omogoča njen transport skozi krvni obtok. Ob dveh prevladujočih izoformah tega encima smo se omejili na glutaminazo ledvic (KGA), ki je v zadnjem desetletju zaradi odkrivanja pomembnih funkcij v možganih požela ogromno zanimanja. V okviru teh spoznamo vpliv KGA na kar 32 različnih proteinskih enot v nevronih, katerih funkcije segajo od osnovne funkcije sinteze ATPja vse do specializiranih funkcij metabolizma aminokislin. Tako odkriti proteini so tesno povezani v medsebojno mreži interakcij, pri katerih ima pomembno vlogo kalcijev ion ter celo glutaminaza jeter. Ob podrobnem pregledu interakcije KGA z proteinsko enoto Bmcc1s, pomembnega citoskeletnega regulatorja aminotransferaz in aminokislinskih hidrogenaz, spoznamo medsebojen vpliv obeh komponent, funkcionalne enote kompleksa ter njegovo 3D strukturo, kar nam daje podrobnejše razumevanje delovanja tega glutaminaznega izoencima. Številne novejše raziskave pripisujejo glutaminazi pomembno vlogo pri rakavih obolenjih, nevrodegenerativnih boleznih ter številnih drugih anomalijah, ki pa bodo podrobneje preučene v okviru prihodnjih raziskav.

Eva Klemenčič: Mitohondrijske kriste in lepota njihove dinamičnosti

O oksidativni fosforilaciji in njenemu namenu se je začelo razmišljati že pred francosko revolucijo. Odkritju mitohondrija so sledile razprave, kaj se dogaja med oksidativno fosforilacijo in katere komponente vplivajo na potek le te. Kmalu po odkritju mitohondrija so videli, kako dinamičen je ta organel. Njegova zgradba, velikost, lokacija in število se ves čas spreminjajo. Mitohondrij je sestavljen iz dveh mebran, zunanje in notranje. Kompartmente notranje mebrane imenujemo kriste, ki imajo pomembno vlogo pri pravilnem delovanju mitohondrija, pri poteku oksidativne fosforilacije, regulaciji ROS in pri ostalih procesih. Tudi oblika, velikost in število krist se v mitohondriju konstantno spreminja. Spreminjanje krist je odvisno od več dejavnikov, od lipidne komponente mitohondrijskih membran, kardiolipina, do proteinskih komponent in poteka fuzije in fizije. Na obliko krist vpliva tudi ATP sintaza, in sicer, če je prisoten dimer ATP sintaz je večja možnost nastanka krist in posledično je potek oksidativne fosforilacije bolj ugoden. Pri kristah in poteku oksidativne fosforilacije ne smemo pozabiti protonskega gradienta. Vse komponente, ki vplivajo na obliko krist, posledično vplivajo tudi na dogajanje v mitohondriju in potek oksidativne fosforilacijo, saj so kriste glavne bioenergetske membrane celice, v njih se nahajajo vsi kompleksi potrebni za celično respiracijo.

David Titovšek: Nastanek in odstranjevanje ROS v mitohondrijih

Mitohondirji so pomemben gradnik evkariontskih celic. Proces oksidativne fosforilacije zagotavlja učinkovito izrabo hranil. Prenos elektronov pa ima tudi škodljive učinke za celico. Pri prenosu prenašalci za kratek čas postanejo prosti radikali, če se elektron nato prenese na naslednji prenašalec, je veriga uspešna . Do poškodb pa pride, ko radikal reagira z napačno spojino (npr. s kisikom). Znano je, da lahko proteini dihalne verige na ta način prenesejo elektron na kisik in tako tvorijo zelo reaktiven superoksid, poleg tega pa še ostale reaktivne kisikove spojine (ROS). Te lahko nato poškodujejo druge molekule in tako škodljivo vplivajo na celico. Do danes je bilo odkritih že več kot devet mitohondrijskih proteinov, ki so zmožni proizvajanja ROS. Nakateri izmed njih delujejo tudi kot celični signalizatorji. Znanstveniki ROS povezujejo s staranjem in številnimi obolenji kot so na primer nevrodegenerativne bolezni, zato je poznavanje nastajanja zelo pomembno za nadaljne raziskave. Za obrambo pred temi spojinami so mitohondriji razvili učinkovit sistem, ki najprej pretvori reaktivnejše kisikove spojine v manj reaktivne (superoksid v peroksid), nato pa te do kisika. Pri tem se porablja NADPH. Predvsem zaradi učinkovitega odstranjevanja ROS, mitohondriji v očeh znanstvenikov ne predstavljajo glavnega središča, kjer bi prihajalo do nalaganja ROS.

Pia Lavriha: Vpogled v strukturo in delovanje celuloznih sintaz pri rastlinah ter bakterijah

Celuloza je eden izmed najpogostejših biopolimerov, ki ga sintetizirajo rastline, bakterije, alge in nekatere živali. Sintetizirajo jo proteini celulozne sintaze, ki spadajo v družino glikoziltransferaz-2, imajo GT-A zvitje katalitične domene, mehanizem katalize pa spremeni konfiguracijo glukoze na anomernem ogljikovem atomu iz α v β, kar vodi do nastanka β(14) glikozidne vezi. Nahajajo se v plazmalemi posamično ali pri rastlinah in nekaterih algah v večjih kompleksih sinteze celuloze, ki ne sintetizirajo le posameznega celuloznega vlakna ampak celotno celulozno mikrofibrilo. Nedavno je bila določena struktura dela bakterijskega kompleksa sinteze celuloze (Bcs) – heterodimera BcsA-B. BcsA je katalitično aktivna podenota, BcsB pa translocira nastajajoči polimer na površino celične stene. S primerjavo BcsA in de novo modelirane strukture rastlinskega proteina celulozne sintaze (CESA) rastline Ghossipium hirstum so določili vlogo funkcionalnih motivov celuloznih sintaz. Za katalitično aktivnost je potreben motiv (D,D,D,QxxRW), ki se nahaja v notranjosti katalitične domene. Razjasnjuje se tudi funkcija za rastline specifičnih domen P-CR (ang. »plant conserved region«) in CSR (ang. »class specific region«). Prva naj bi imela vlogo povezovanja rastlinskih CESA v komplekse sinteze celuloze, CSR pa uravnavanja sinteze celuloze glede na razvojne in fiziološke dejavnike. Bližanje nedvoumno določeni strukturi rastlinskega CESA nudi informacije o povezovanju CESA v komplekse sinteze celuloze in odpira možnosti za modificiranje lastnosti celuloze kot industrijskega materiala ter zdravljenje bolezni rastlin povezanih z nepravilno sintezo le-te.

Ela Hudovernik: Nevarnost za zdravje s sladkim priokusom: fruktoza-"lipidogeni" sladkor =

Še do nedavnega je prevladovalo mnenje, da so s prehrano zaužite maščobe glavni krivec za debelost in z njo povezano od alkohola neodvisno jetrno steatozo (ang. non-alcoholic fatty liver disease; NAFLD), toda najnovejše raziskave kažejo nasprotno. Mnogo bolj problematično je uživanje večjih količin fruktoze (in saharoze,) ki imata glavni vpliv na DNL (de novo sinteza lipidov) in z njo povezano kopičenje maščob v jetrih ter drugih organih. Metabolizem fruktoze se od metabolizma glukoze namreč precej razlikuje. Bistvena razlika je v tem, da fruktoza deluje kot boljši neposredni substrat za DNL, poleg tega pa interferira tudi z imunskim sistemom in vpliva na transkripcijske faktorje, pomembne v metabolizmu maščob in ogljikovih hidratov, kot sta ChREBP in SREBP1c. Zamaščena jetra povzročajo jetrno rezistenco na inzulin, ki se kasneje razvije v sistemsko inzulinsko rezistenco, kar vodi v debelost in sladkorno bolezen tipa 2. Da bi zmanjšali problematiko NAFLD in tudi širše, svetovno problematiko debelosti, je zmanjševanje količine zaužite fruktoze eden izmed prvih in bistvenih ukrepov. Poleg tega je ena izmed možnih rešitev tudi keto(gena) dieta, ki temelji na zmanjšanem vnosu ogljikovih hidratov in povečanem vnosu zdravih maščob.