BIO2 Povzetki seminarjev 2014

Biokemija- Povzetki seminarjev 2014/2015

Nazaj na osnovno stran

Tadej Ulčnik: Različna dinamika in aktivnost dveh steroidnih receptorjev na istem promotorju

Transkripcijski faktorji so proteini, ki se specifično vežejo na DNA ter s tem omogočijo vezavo RNA polimeraze. Delujejo kot regulatorji izražanja genov. Primer transkripcijskih faktorjev so jedrni steroidni receptorji. Steroidni receptorji se nahajajo v citosolu in se aktivirajo ob vezavi steroidnih hormonov. Določeni vsebujejo med sabo podobno domeno, s katero se lahko več različnih receptorjev veže na isto zaporedje na promotorju. Še vedno ni znano kaj vse vpliva na potek translacije, tudi sami mehanizmi delovanja ostajajo še skrivnost. Primerjava aktivnosti in dinamike dveh podobnih steroidnih receptorjev, androgenega in glukokortikoidnega, ki imata v celici vlogo transkripcijskih faktorjev, je pokazala, da čeprav sta si receptorja podobna, to ne velja za njuno delovanje. Na promotorju nista bila ves čas prisotna v enaki količini, tudi količina prepisanega gena je bila različna. Ob dodatku inhibitorjev sta ta različno uspešno preprečevala transkripcijo, kar se je poznalo pri številu vezanih polimeraz in pri količini prepisanih mRNA. Za ta konkretni primer je bilo dokazano, da čeprav sta oba receptorja vplivala na izražanje gena, nista delovala na enak način in v enaki meri. Kaj vse je vplivalo na to je težko določiti, tako da to ostaja predmet nadaljnjih raziskav.

Dominik Dekleva: Aktivacija GPCR-jev v povezavi z vodo

Pomanjkljivosti do sedaj znanih metod za preučevanje proteinov, kot sta NMR- spektroskopija in rentgenska difrakcija, se kažejo, med drugim, pri preučevanju različnih proteinov in receptorjev, udeleženih v biosignalnih poti na atomarnem nivoju. Statične strukture nam ne povedo veliko o reorganizaciji vezi in dinamiki spreminjajočih se interakcij v proteinih, ki so ključne pri signalizacijskih poteh v celicah. Z uporabo nove metode, molekularnih dinamičnih (MD) simulacij, za katero stoji precej statistične matematike, lahko modele makromolekul opazujemo na atomarnem nivoju ter v mikrosekundnem časovnem oknu. Uporabnost omenjene metode se je dobro obnesla tudi v primeru švicarskih znanstvenikov iz Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, ki so preiskovali vlogo vode pri aktivaciji treh prototipskih GPCR-jev: adenozin A2A R, β2-adrenergični receptor in rodopsin, kar bom povzel v nadaljevanju. Dokazali so, da se z vezavo liganda znotraj sedmih α-vijačnic GPCR vzpostavi urejen vodni tunel, ki močno vpliva na spremembo konformacije proteina GPCR-ja, ki se zgodi zaradi reorganizacije številnih vodikovih vezi v notranjosti proteina GPCR. Ob vezavi liganda na molekulo GPCR se torej ustvari vodni tunel v molekuli, kar omogoča nadaljnjo signalizacijo in ustrezen odziv celice na primarni sporočevalec.

Nuša Kelhar: Soodvisnost oblike membrane in medceličnega sporočanja

Celična membrana ali plazmalema je nekakšen ovoj celice, ki služi predvsem kot selektivna pregrada med celično zunanjostjo in notranjostjo. Sestavljena je iz lipidnega dvosloja in številnih proteinov, ki so povezani z membrano ali so vezani nanjo. Celične membrane se stalno spreminjajo zaradi odcepljanja in zlivanja veziklov ter zaradi interakcij z dinamičnim citoskeletom. Površina in oblika membrane močno vplivata na učinkovitost njene signalne aktivnosti. Ker reakcije pri prenosu signalov vključujejo tudi membranske komponente in vplivajo na citoskeletsko dinamiko, se s tem spreminja oblika membrane in oblika celice. Če poznamo odvisnost signalizacije od teh mehanizmov lahko že iz oblike celice napovemo, kakšne signale je prenesla ali prejela pred kratkim in prepoznamo nekatere znake nepravilnega delovanja signalnih poti, kar je pomembno pri identifikaciji rakavih celic in zdravljenju. Pomembni mehanizmi, s katerimi membrana sodeluje pri sporočanju so redukcija dimenzij, kjer se spremeni prostor gibanja delcev, ukrivljanje zaradi prostorskih gradientov receptorjev, kjer se receptorji združujejo na membranskih izboklinah in nato lateralno prehajajo, in sodelovanje s citoskeletom, ki izbokline stabilizira in omogoča, da delujejo kot nekakšna tipala. Pogledali si bomo tudi primere delovanja nekaterih načinov sporočanja med celicami in reakcije na določene signale, nekaj pa bomo povedali še o tem, kako njihovo nepravilno delovanje vpliva na razvoj rakavih celic.

Luka Lavrič: Glikoliza - Metabolizem v možganih

V svoji seminarski nalogi, sem se osredotočil na metabolizem v možganih. Za osnovni članek, sem si izbral temo, ki preučuje kakšni so vplivi na nevrone in astrocite, živčne celice, ki se nahajajo v možganih. Opisal sem raziskave in odzive astrocitov in nevronov na dušikov oksid, ki so jih izvedli na miših. Zaradi dušikovega oksida pride do zaviranja mitohondričnega dihanja, zaradi katerega nevroni hitro umrejo, medtem, ko astrociti izkoriščajo glikolizo-tipično-generirano ATP za povečanje svoje potencialne mitohondrijske membrane, s čimer postajajo vse bolj odporni na pro-apoptotične dražljaje. Nevroni ne morejo povečati glikolize zaradi pomanjkanja aktivnosti-glikolizne spodbude encima 6-fosfofrukto-2-kinaza / fruktoza 2,6-bisfosfatna izooblika 3 (PFKFB3), ki je pomemben za aktivacijo 6-fosfofrukto-1-kinaze (PFK1), ki je glavni regluator glikolize. V nevronih, se PFKFB3 neprestano razgrajuje preko E3 ubikvitin ligaze, ki spodbuja kompleksne/cyclosome (APC / C) - CDH1. Metabolizem glukoze v nevronih je usmerjen predvsem po poti pentoze-fosfata, ki vodi do regeneracije glutationa, ki je za nas zelo pomemben. Regulacija aktivnosti PFKFB3 s APC/C-CDH1 sistemom proteasoma je pomembna za razumevanje presnove glukoze, bioenergetsko oskrbo in po možnosti odziva na stres v delujočih možganih. Pri nevronih je visoka aktivnost regulatornega sistema APC/C-CDH1 vključena v preusmeritev presnove glukoze v smeri regeneracije reduciranega glutationa.

Primož Tič: Primanjkljaj encima piruvat karboksilaze

Citratni cikel je pomemben člen metabolizma, saj njegovi intermediati vstopajo v mnoge anabolne poti. Zato so vsakršne napake v njegovem delovanju lahko usodne za organizem. Zelo pomemben encim citratnega cikla je piruvat karboksilaza, ki spremeni piruvat v oksaloacetat. Oksaloacetat je pomemben intermediat, saj lahko vstopi npr. v cikel glukoneogeneze in tako prepreči laktatno acidozo, ki je skupni simptom te metabolne okvare. Ker je cilj metabolizma proizvodnja energije v obliki molekul ATP, se celica na moteno delovanje metabolizma odzove s senzornimi proteini AMPK (AMP-activated protein kinase). Proteini spodbudijo katabolne procese, kjer nastajajo molekule ATP in zavirajo neesencialne anabolne procese, kjer se ATP porablja. Obratno deluje protein mTOR (mammalian target of rapamycin), ki spodbuja sintezo maščobnih kislin, proteinov in ogljikovih hidratov. Poznamo tri tipe bolezni: tip A, tip B in tip C. Najhujša oblika je tip B, kjer oseba umre v roku treh mesecev po rojstvu. Zaenkrat se bolezen še ne da zdraviti, jo pa lahko blažimo npr. z anaplerotično dieto. Anaplerotične reackije nadomeščajo intermediate npr. v citratnem ciklu, ko jih je malo. Anaplerotična dieta izkorišča alternativne intermediate, ki lahko zaobidejo nedelujoče encime in poteka metabolizem normalno. Tako se vsaj približno vzpostavi homeostaza celice. Primer takšnega intermediata je triglicerid triheptanoin, ki se lahko vključi v citratni cikel. V prihodnosti bi lahko takšne in podobne okvare zdravili z gensko terapijo.

Naida Hajdarević: Skrivnost metformina končno odkrita?

Metformin je eno najučinkovitejših zdravil za zdravljenje diabetesa tipa 2, saj zmanjša hepatično glukoneogenezo brez povečanja izločanja inzulina, povečanja telesne teže ali tveganja za razvoj hipoglikemije. Kljub temu, da se pacientom z diabetesom tipa 2 predpisuje že več kot pol stoletja, je njegov mehanizem delovanja prava uganka. Raziskav na to temo je malo morje, z vsako so bili znanstveniki korak bližje odkritju skrivnosti metformina. Tako so leta 2000 v eni izmed raziskav prišli do prvega pravega zaključka: terapija z metforminom pri diabetikih zniža stopnjo proizvodnje glukoze preko inhibicije glukoneogeneze. Odgovoru, kako metformin inhibira glukoneogenezo, je bila bližje naslednja skupina raziskovalcev, ki je ugotovila, da je primarno mesto njegovega delovanja preko direktne inhibicije kompleksa I dihalne verige. Tako smo korak za korakom prišli do zadnjih raziskav, ki so mehanizem delovanja metformina razložile še natančneje – pokazale so, da metformin nekompetativno inhibira encim glicerol-3-fosfat dehidrogenazo, kar zmanjša pretvorbo laktata in glicerola ter zmanjša hepatično glukoneogenezo.

Marija Srnko: Fosfofruktokinaza: Posrednik med glikolitičnim pretokom in razvojem tumorja

Rak-bolezen sodobne družbe. V večini primerov se njegova rast prične iz neznanih vzrokov. Neznan dražljaj v telesu sproži spremembe v genih in kot posledica se pojavi nenadzorovana in hitra rast spremenjenih celic. Določen delež obolenj pa je tudi dedno pogojen. Torej se mutacija genov prenaša iz generacije v generacijo. Že samo zdrav življenjski slog pa lahko pripomore k manjšemu tveganju za njegov razvoj. S hitrejšo rastjo oziroma poliferacijo celic pa pride do sprememba v metabolizmu. Bistvena razlika v primerjavi z metabolizmom normalnih celic je povečana potreba po glukozi. Kar bi lahko povezali s povečano potrebo makromolekul, potrebnih za pospešeno rast celic. Dosedanje najučinkovitejše zdravljenje temelji na kemoterapiji. Vendar si znanstveniki prizadevajo odkritje za organizem manj škodljivih snovi in procesov zdravljenja. V dani nalogi sem se posvetila zbiranju podatkov iz raziskav, ki temeljijo na inhibiranju glikoliznih reakcij. Izpostaviti sem žele encime oz reakcija na katerih je bilo do sedaj izvedenih največ poskusov in dejansko pomujajo možnosti za razvoj pacientu prijaznejšega zdravljenja. Zanimalo me je kakšen vpliv bi imela redukcija določenih reakcij na druga tkiva. Nekaj pozornosti pa sem namenila tudi razvoju nanotehnologije, ki bo kljub odkritju mehanizma inhibicije igrala pomembno vlogo pri transportu substratov do prizadetega tkiva.

Vesna Podgrajšek: Mitohondrijski metabolizem je potreben za znotrajcelično rast toxoplasme gondii

Toxoplasma gondii je znotrajcelična pražival in povzroča bolezen toksoplazmozo. Toxoplasma gondii pospešeno raste znotraj gostiteljevih vakuol, kjer se za svojo rast in replikacijo zanaša na gostiteljev ogljik in hranila. Ena izmed oblik parazita je tahizoit, kateri so se sposobni razmnoževati in napadati v vsakršni gostiteljski celici z jedrom. Proučevali in primerjali so metabolno pot ogljika v znotrajcelični in sproščeni oz. zunajcelični stopnji parazita. Ugotovili so, da toxoplasma gondii v znotrajcelični stopnji, aktivno katabolizira gostiteljevo glukozo preko cikla citronske kisline (TCA). Te stopnje tudi katabolizirajo glutamin preko TCA cikla in poti γ-aminobuturične kisline (GABA), ki generira molekule, ki vstopijo v TCA cikel. Mehanizem preoblikovanja piruvata v acetil-CoA še obstaja nepojasnjen, saj jim manjka PDH kompleks, ki povezuje glikolizo s TCA ciklom. Kemiča inhibicija (NaFAc) TCA cikla popolnoma prepreči znotrajcelično replikacijo parazita, kar pomeni da je potrebna popolna aktivnost TCA cikla. Paraziti, ki jim manjka GABA pot, imajo zavrto rast in niso sposobni ohraniti drsno motiliteto pod razmerami, kjer so hranila omejena (npr. zunaj celice), kar nakazuje, da ima GABA funkcijo kratkotrajne rezerve energije. Zatorej ima toxoplasma gondii tahizoiti metabolno fleksebilnost, ki najverjetneje dovoljuje zajedalcem inficiranje različnih tipov celic.

Ernest Šprager: Vloga nekaterih proteinov tankega črevesa pri tvorbi hilomikronov

Z razgradnjo maščob, ki predstavljajo estre glicerola in treh maščobnih kislin, pridobimo do 40 % vse energije. Maščobne kisline se, preden vstopijo v celice tankega črevesa, protonirajo in s tem postanejo nepolarne. Kljub temu, da se jih večina absorbira kar s pasivno difuzijo, membrane celic tankega črevesa vsebuje ogromno proteinov, ki imajo zelo različne funkcije. Nekateri med njimi olajšajo pasivno difuzijo preko ohranjanja kontracijskega gradienta maščobnih kislin, spet drugi uravnavajo število in velikost hilomikronov, s katerimi se maščobe prenesejo iz tankega črevesa v kri. Za nastanek hilomikrona se morajo v lumnu endoplazemskega retikuluma s pomočjo mikrosomalnega triglicerid transfer proteina okoli apolipoproteinskega jedra povezati triacilgliceridi skupaj z fosfolipidi. Celotna pot maščob od njihove absorbcije v tankem črevesu do sprostitve iz hilomikronov je natančno regulirana. Pomembno vlogo ima protein CD36, ki med drugim deluje kot nekakšen senzor, ki sporoča celicam količino maščob v tankem črevesu. Signalizacija deluje tako, da lahko CD36, kadar je povezan k maščobno kislino, fosforilira ostale encime, ti pa nato lahko vplivajo število hilomikronov, njihovo velikost in s tem tudi količino triacilgliceridov. Prav povišana količina triacilgliceridov v krvi je povezana z kardiovaskularnimi boleznimi, odpornostjo na inzulin in debelost, zato je boljše razumevanje sprejema maščob in njihovo pakiranje v hilomikrone pomembno.

Katja Malovrh: Zmanjšanje aktivnosti encimov citratnega cikla s staranjem

Citratni cikel je niz kemijskih reakcij, ki v aerobnih organizmih potekajo v mitohondrijih. Cikel je na prvem mestu reguliran s količino piruvata, pretvorjenega v Acetil-CoA, ki vanj lahko vstopi. V nadaljevanju procesa pa pri regulaciji sodelujejo tudi številni encimi, ki pretvarjajo intermediate iz ene oblike v drugo. Tako striktna regulacija procesa je izrednega pomena, saj bi brez nje lahko prišlo do prekomerne sinteze ATP, kar bi povzročilo velike izgube energije in mnoge zdravju škodljive spremembe. Kako pa se encimi citratnega cikla spreminjajo s staranjem? Raziskovalci so ugotovili, da se škoda, povzročena s strani prostih radikalov, ki nastajajo kot stranski produkti številnih reakcij, s staranjem močno povečuje. Škodljivi radikali povzročajo poškodbe vsepovsod v celici, najobičajnejša tarča pa so mitohondriji. Mitohondrijska DNA, ki prosto plava po matriksu je zaradi nezaščitenosti dovzetna za številne napade radikalov, ki povzročajo mutacije. Pri translaciji tako dobimo napačno zaporedje na mRNA, posledično nastajajo neaktivni oziroma predrugačeni proteini, ki ne opravljajo svojih nalog. V raziskavi, so znanstveniki ugotavljali če se kateri od encimov, vključenih v citratni cikel s staranjem spremeni, kako se spremeni in kakšne škodljive posledice imajo take spremembe za živi organizem. Ugotovili so, da se encimi spremenijo, da to povzroči nepopolno delovanje citratnega cikla in posledično slabšo proizvodnjo intermediatov, ki so za celice vitalnega pomena.

Urška Kašnik: Transport maščobnih kislin skozi človeško placento

Esencialne maščobne kisline in njihovi derivati dolgih verig večkrat nenasičenih maščobnih kislin (20c) kot sta dokosaheksaenoična kislina (DHA) in arahidonska kislina so bistvenega pomena za pravilno rast in razvoj zarodka. Vnos s hrano kot tudi presnova teh maščobnih kislin, ter njihov nadaljnji prenos iz matere na plod so zato pomembni rekviziti za razvoj plodu. Posteljica je ključni organ, prek katerega hranilne snovi, kot so te maščobne kisline, odtekajo iz matere na plod. Celični privzem (cellular uptake) in translokacija dolgih verig maščobnih kislin (LCFAs) v različnih tkivih se doseže s povezavo soobstoječih mehanizmov. Čeprav lahko LCFA vstopi v celico s pasivno difuzijo, nastajajoča poročila kažejo, da je vnos LCFA nadzorovan z membranskimi transportnimi/vezavnimi proteini kot so maščobnokislinska translokaza (FAT/CD36), plazmatski maščobnokislinski povezovalni protein (FABPpm), maščobnokislinski transportni protein (FATP) in znotrajcelični FABPs v številnih tkivih vključno z človeško posteljico. Za z maščobnimi kislinami aktivirane transkripcijske faktorje (PPARs, LXR, RXR in SREBP-1) je bilo pokazano, da regulirajo te maščobnokislinske transportne/povezovalne proteine in funkcije posteljice. Materinske maščobne kisline lahko tako morda same uravnavajo svoj transport skozi posteljico, kakor tudi funkcije posteljice preko z maščobnimi kislinami aktiviranih transkripcijskih faktorjev. V svoji seminarski nalogi sem povzela nedavni razvoj na področju transporta in metabolizma maščobnih kislin posteljice in vlogo regulacije omenjenih proteinov v teh procesih.

Tjaša Sorčan: Ketonska dopolnila zmanjšujejo preživetje tumorskih celic

Tumorske celice imajo zaradi genetskih mutacij in mitohondrijske disfunkcije povečano porabo glukoze. Rakave celice se zanašajo na presežek glukoze za uspešno proliferacijo in rast, a je to hkrati njihova največja pomanjkljivost, kar nam pokaže tudI Warburgov učinek. Otto Warburg, po katerem se ta učinek tudi imenuje, predvideva, da naj bi bil glavni vzrok za nastanek rakastih obolenj preklop pri nastajanja energije v obliki ATP iz aerobne kemiosmotske sklopitve v anaerobno glikolizo. Tumorske celice so nezmožne uporabiti ketonska telesa za proizvodnjo energije, zato obstaja hipoteza, da naj bi ketonska telesa zavirala rast tumorskih celic. To so skušali ugotoviti s poskusi na miših, ki so jim vbrizgali VM-M3 kulture, ki so močno metastatske ob dodatku oziroma odsotnosti beta-hidroksibutirata (ketonsko telo). Podoben poskus izvedejo tudi s štirimi mišmi, katerim so bile v hrano dodna različna ketonska dopolnila – 1,3-butadiol (BD) ali keton ester (KE). Rast tumorja so spremljali z bioluminiscenco in vivo. Merili so čas preživetja, rast tumorja, glukozo v krvi, beta-hidroksibutirat v krvi in telesno težo. Ketonska dopolnila so znižala proliferacijo in življenjsko dobo rakavih celic tudi v prisotnosti visoke koncentracije glukoze. BD in KE sta povišala življenjsko dobo miši za 51% oziroma celo 69% v miših z metastatskim rakom. Ketonska dopolnila torej zavirajo rast rakavih celic, neodvisno od koncentracije glukoze ali omejitve kalorij.

Bine Tršavec: Odkritja o zgradbi in delovanju glutamat dehidrogenaze

Glutamat dehidrogenaza (GDH) je eden izmed encimov potrebnih pri metabolizmu aminokislin. Kot nam pove ime, je njegova naloga, da dehidrogenira glutamat, kar vodi do oksidativne deaminacije glutamata v α-ketoglutarat. Brez encima ta reakcija ne bi potekala, ker je sprememba gibbsonove proste energije za reakcijo pozitivna. α-ketoglutarat se potem prenese v Krebsov cikel, kjer se na koncu pretvori v energijo v obliki ATP. Encim je prisoten pri vseh živih bitjih, saj omogoča povezavo med razgradnjo aminokislin in energijskimi potrebami celice. Zaradi različnih potreb po regulaciji obstaja več vrst tega encima. Zaradi njene naloge se glutamat dehidrogenaza pri evkariontih nahaja v mitohondrijih (kjer poteka tudi Krebsov cikel), v manjši količini pa tudi v endoplazmatskem retiklu (kjer se sintetizira). Lokacija v celici je bila dokazana z vezavo GFP-ja. V nekaterih primerih lahko predstavlja kar 10% vseh mitohondrijskih proteinov. Regulacija encima je zelo kompleksna. Nanj delujejo številni alostreični regulatorji, ki z vezavo naredijo mehanske ovire in zmanjšajo njegovo aktivnost. Najnovejše raziskave dokazujejo, da pri tem pomagajo tudi sirtuini. Dolga leta so znanstveniki preučevali natančno zgradbo in delovanje GDH, ter pri tem naleteli na kar nekaj težav. Po 50 letih raziskav tako boljše razumemo pomen in evolucijski razvoj tega pomembnega encima. V mojem seminarju sem se osredotočil na zgradbo in reguliranje encima.

Nina Mavec: Katabolizem triptofana in rak

Ker je rak v sodobnem svetu ena izmed bolezni, ki povzročijo največ smrti, se v zadnjem času izvaja vse več raziskav o samih vzrokih in mehanizmih za nastanek te nevarne bolezni v upanju, da bi s pomočjo ugotovitev lahko razvili, nove, boljše metode zdravljenja. Že nekaj časa je znano, da metabolizem triptofana vpliva na rast in maligni razvoj tumorjev, tako da oslabi imunski odziv celice. Pri katabolizmu te esencialne aminokisline je pomembna kinureninska pot, preko katere se katalizira večina triptofana, nastajajo pa razni metaboliti, med katerimi je tudi kinurenin. Obstajajo trije encimi, ki katalizirajo prvo stopnjo te reakcije, to so indolamin 2,3-dioksigenaza (IDO), triptofan 2,3-dioksigenaza (TDO) in indolamin 2,3-dioksigenaza 2 (IDO2). Ob povečanem katabolizmu triptofana v tumorskem tkivu se vzpostavi imunosupresivno okolje, ki tumorjem omogoča, da se izognejo imunskemu odzivu organizma. To se zgodi preko dveh mehanizmov, ki pa oba prispevata k vzpostavitvi take imunosupresije. Zmanjšana količina triptofana preko protein-kinaze GCN2 povzroči apoptozo limfocitov T. Več kinurenina, ki pri katabolizmu triptofana nastaja, pa preko transkripcijskega faktorja AhR povzroči diferenciacijo regulatornih limfocitov T, ki tumorju omogočajo imunsko toleranco. Inhibitorji teh treh encimov, ki omogočajo katabolizem triptofana, so torej privlačno potencialno zdravilo in raziskave v tej smeri že potekajo.

Enja Kokalj: Toksičnost amonijaka za možgane

Amonijak nastane v metabolizmu aminokislin. V serumu je v fizioloških pogojih večinoma prisoten v obliki amonijevega iona NH4+. Cikel sečnine, ki se odvija v jetrih, služi pretvorbi NH4+ v sečnino, ki se nato izloči iz organizma, saj je koncentracija NH4+ v krvi regulirana. Kljub temu, da možgani ne morejo sintetizirati uree iz NH4+, je njegova koncentracija v centralnem živčnem sistemu prav tako regulirana. Presežek NH4+ je za centralni živčni sistem toksičen. Pri odraslih ponavadi pride do hiperamonemije zaradi odpovedi jeter, pri otrocih pa zaradi motenj v ciklusu sečnine, ta pa vodi do hepatične encefalopatije, ki povzroči motje zavesti, v skrajnih primerih pa tudi komo. Stopnja ireverzibilne škode, ki jo možgani utrpijo, je odvisna od stopnje razvitosti možganov ter tudi intenzivnosti in dolžine izpostavitve visokim koncentracijam NH4+. Ker se vsa bolezenska stanja, ki nastopijo, odražajo na možganih, ti tudi predstavljajo osrednji predmet vseh spekulacij o mehanizmih toksičnosti amonijaka. Večja količina NH4+ v krvi vpliva na koncentracije številnih aminokislin, še posebej glutamina, glutamata in arginina, ovira normalno delovanje nevronov in s tem tudi prenos živčnih signalov ter onemogoča optimalno sintezo dušikovega oksida. Vse te motnje vzdrževanja celične homeostaze imajo lahko ireverzibilen vpliv na naše možganske celice, v primeru, da stanja ne zdravimo, pa lahko pride celo do smrti.

Inge Sotlar: Sinteza celuloze in druge komponente rastlinske celične stene

Rastlinsko tkivo gradijo rastlinske celice, ki se od živalskih razlikujejo po tem, da poleg tipičnih organelov vsebujejo še plastide, vakuolo in celično steno. Debelejša in dokaj trdna celična stena je zelo dinamičen del celice. Njene osnovne naloge so, da vzdržuje osmotski tlak in obliko celice ter jo ščiti pred vplivi okolja. Glavni gradnik celične stene rastlin je celuloza, polisaharid iz več sto ali tisoč enot glukoze, ki se nahaja v obliki kristaliničnih mikrofibril. Vsako posamezno celulozno mikrofibrilo sintetizira transmembranski proteinski kompleks na plazmalemi, sintaza celuloze. Pod mikroskopom so sintaze vidne kot strukture, podobne rozeti, ki se vzdolž plazmaleme premikajo s pomočjo obodnih mikrotubulov in tudi aktinskih filamentov. Rozeta je heksamer, sestavljen iz 36 proteinov, ki sintetizirajo celulozo (CesA proteinov). Dva sosednja CesA proteina se povežeta preko cinkovega prsta in tvorita kompleks, kateri izgradi posamezno verigo celuloze. Na katalitsko domeno encima se veže substrat UDP-glukoza, ki se sintetizira s pomočjo sintaze sukroze ali pirofosforilaze UDP-glukoze. V naslednjem koraku se UDP-glukoza, donor glikozilne skupine, prenese na rastočo verigo. Zaradi steričnih ovir se na glavno verigo ne dodajajo monomeri glukoze, temveč celobioza – disaharid glukoze. Drugi polisaharid, ki tvori steno, je hemiceluloza. Verige hemiceluloze so krajše in za razliko od celuloze ne kristalizirajo. S celulozo se prepletajo v t.i. matriksu pektina, ki je tretja glavna sestavina celične stene. Če se razvije sekundarna celična stena, se v matriks vgradi še lignin in poveča trdnost.

Peter Pečan: Vpliv maščob na komplekse oksidativne fosforilacije

Nealkoholna maščobna bolezen jeter (NAFLD) je izraz, ki predstavlja širok spekter bolezni jeter. Spada med najpogostejše kronične bolezni jeter v razvitem svetu, pojavlja pa se predvsem pri ljudeh s prekomerno telesno težo, ki ne uživajo prevelikih količin alkohola (ta lahko namreč povzroči enake oz. zelo podobne okvare). Najverjetnejši model razvoja bolezni predpostavlja delovanje v dveh stopnjah. V prvi stopnji pride do zvišane odpornosti na insulin, hiperglikemije, hiperlipidemije in nabiranja trigliceridov v jetrih, v drugi pa do oksidativnega stresa. V obeh stopnjah lahko pride do okvare mitohondrijev. Do napak naj bi prišlo, ker so mitohondriji ključni pri procesu β-oksidacije prostih maščobnih kislin (FFA). Te reakcije so namreč največji vir reaktivnih kisikovih spojin (ang. reactive oxygen species, ROS), ki sicer niso vedno škodljive, vendar lahko v povečanih količinah pripeljejo do močnega oksidativnega stresa. V predhodnjih raziskavah so dokazali, da ROS negativno vplivajo na procese oksidativne fosforilacije. Tako je pri osebah, ki imajo povečan vnos maščob, njihova oksidacija povečana, koncentracija ATP molekul pa posledično manjša kot običajno. Antioksidanti in antiperoksinitriti preprečijo takšne spremembe v oksidativni fosforilaciji, iz česar lahko z veliko gotovostjo sklepamo, da oksidativni stres res igra ključno vlogo pri patogenezi teh sprememb. Uporaba teh antioksidantov bi zato morda lahko bila uporabljena tudi za zdravljenje NAFLD pri ljudeh.

Jernej Vidmar: Oksidatvina fosforilacija v rakavih celicah

Mitohondriji so ključni celični organeli, ki sodelujejo v metabolizmu, igrajo ključno vlogo pri celični smrti in signalnih poteh. Za sintezo ATP preko oksidativne fosforilacije mitohondriji porabijo večino kisika, ki ga celica prejme, pri tem pa kot stranski produkt proizvede večino reaktivnih kisikovih spojin. Reaktivne kisikove spojine igrajo pomembno vlogo pri karcinogenezi, saj zaradi svoje oksidativnosti povzročajo poškodbe na celičnih makromolekulah. Povezanost mitohondrijskih funkcij z rakom še ni razvozlana, vendar je potrjena velika vpletenost, saj mitohondriji, poleg tega da igrajo ključno vlogo pri proizvodnji energije in regulirajo reaktivne kisikove spojine, nadzirajo celično življenje in smrt. To je zelo pomembno, saj lahko tumorske celice razvijejo odpornost na apoptozo na številne načine, med drugim preko mitohondrijskih nepravilnosti, izražanju protiapoptotskih proteinov ali negativni regulaciji ali mutaciji proapoptotskih proteinov. Rakave celice morajo svoj metabolizem prilagoditi, tako da proizvedejo molekule in energijo potrebno za rast tumorja in za morebitno spremembo okolja kjer preživijo. V rakavih celicah je veliko posebnosti, ki se tičejo oksidativne fosforilacije-nepravilnosti v kompleksih dihalne verige, posebna regulacija memebranskega potenciala, mutacije mitohondrijske DNA in mutacije genov v jedru, ki vplivajo na oksidativno fosforilacijo. Odkrivanje mehanizmov delovanja nekaterih molekul, katerih nepravilnosti v izražanju povzročajo rakave celice, bo v prihodnje pripomoglo k diagnostriciranju in zdravljenju raka.

Luka Dejanović: Sistemi za ohranjanje funkcionalnosti mitohondrijev

Mitohondrij je eden od organelov v evkariontski celici. Ima dve membrani zunanjo in notranjo. Notranja membrana je močno nagubana, saj tako omogoča povečanje površine za potek dihalne verige (RC). Njegova glavna naloga je proizvodnja ATP. V mitohondriju poteka ogromno število reakcij. Včasih se zgodi, da se kakšna tudi zalomi. Tako lahko npr. iz enega od citokromov (RC) uide elektron, ki pa lahko reagira s kisikom v bližini. Nastanejo reaktivni oksidativni intermediati (ROS). Te lahko reagirajo z bližnjimi biomolekulami in jih poškoduje. Prav zaradi takih situacij so celice razvile sistem ki stalno nadzoruje delovanje mitohondrija in ga ohranja funkcionalnega. Prav te sistemi so osnova za to seminarsko nalogo. Delijo se v 3 večje skupine glede na nivo delovanja: molekularni, na nivoju organelov in celični. Najbolj raziskan je sistem za lovljenje ROS, v mitohondriju imamo encime, ki so sposobni ROS spremeniti v vodikov peroksid, ta se kasneje razgradi na vodo in kisik. Naprej poznamo še sistem, ki lahko popravlja mitohondrijsko DNA. Več sistemov, ki popravljajo proteine in jih zvijajo nazaj v nativne konformacije. Poznamo pa tudi take mehanizme, ki mitohondrij vodijo v mitofagijo. Najbolj skrajni sistem deluje na celičnem nivoju in lahko sproži apoptozo. Toda tudi te mehanizmi niso vsemogočni, torej se naši mitohondriji vseeno kvarijo in jih je potrebno obnavljati.

Gašper Marinšek: Eikozanoidi citokrom P450 poti in rak

Eikozanoidi so družina zelo pomembnih bioloških molekul, ki igrajo v našem telesu osrednjo vlogo pri nastanku vnetij in ohranjanju homeostaze tkiv. Uvrščamo jih med lipide in so produkt metabolizma arahidonske kisline. Mednje spadajo tudi metaboliti citokrom P450 poti. Te so v preteklosti sicer že raziskovali in pri tem tudi ugotovili, da imajo sposobnost širjenja oz. krčenja žil-na ta način lahko uravnavajo krvni pritisk v našem telesu, a so do nedavnega ostali v senci drugih eikozanoidov, predvsem »razvpitih« vnetnih prostaglandinov. Šele pred kratkim pa so nekatere raziskave nakazale možnost povezave med eikozanoidi citokrom P450 poti in rakom. Predlaganih je bilo več možnosti povezave: spodbujanje rasti tumorskih celic, vnetne reakcije in pospeševanje angiogeneze, ki je ključna za normalno prehranjenost tumorskih celic in njihovo preživetje. Žal je bilo do tega trenutka izvedenih premalo raziskav, da bi lahko z gotovostjo govorili o eikozanoidih citokrom P450 poti kot o nedvomnih spodbujevalcih raka. Težava je tudi v tem, da so določeni poskusi dali nasprotujoče si rezultate. V prihodnosti bo tako potrebno izvesti še veliko poskusov in ugotoviti, ali so eikozanoidi citokrom P450 poti res primerne tarčne molekule za zdravljenje raka.

Urška Černe: Kontrola homeostaze holesterola preko ubikvitin-proteasomskega sistema

Ob nenehnem opozarjanju kako škodljiv je holesterol za naše telo, včasih pozabimo, da je to ena izmed bolj pomembnih molekul v našem organizmu. Je sestavni del bioloških membran in prekurzor pri biosintezi steroidnih hormonov, žolčnih kislin ter vitamina D. Zaradi vseh teh nalog holesterola, mora biti njegova koncentracija v celicah in na splošno v organizmu, dobro uravnana. Ob pomanjkanju ali preveliki količini le-tega lahko pride do številnih bolezni, na celični ravni pa nakopičenje holesterola lahko privede do apoptoze mitohondrijev. Pomembno vlogo pri regulaciji homeostaze holesterola ima UPS (angl. ubiquitin-proteasome system) ubikvitin-proteasomski sistem. Ta nadzira poti, ki primarno vplivajo na koncentracijo holesterola. Tako nadzira sintezo, absorpcijo in izločanje holesterola preko receptorjev za LDL (angl. low –density lipoprotein), transkripcijskih faktorjev (SREBP), preko encimov, ki sodelujejo v sintezi holesterola (HMG-CoA reduktaza), in preko membranskih transporterjev za holesterol. Poleg lizosomske razgradnje predstavlja UPS glavno pot v razgradnji znotraj celičnih proteinov. V seminarju bom na kratko razložila metabolizem holesterola in se osredotočila na to kako UPS vpliva na samo homeostazo, kaj to pomeni za celico in nakazala morebitne načine za zdravljenje bolezni, ki so povezane z nenormalnimi koncentracijami holesterola.

Jerneja Ovčar: Saharozna signalizacija v rastlinah

Saharoza je vrsta ogljikov hidratov in spada med nereducirajoče disaharide. Je spojina fruktoze in glukoze. Sinteza ogljikovih hidratov pri rastlinah poteka s fotosintezo v listih. V listih se shranjujejo kot škrob, v druge dele rastline pa potujejo v obliki saharoze, ki je glavna transportna oblika ogljikovih hidratov v rastlini. Saharoza ima v rastlini več vlog. Vloga saharoze kot signalizacijske molekule v rastlinah je bila predstavljena že pred desetletji. Saharozni signali lahko nadzirajo veliko število razvojnih procesov v življenjskem ciklu rastline. Med drugim je saharozno signaliziranje povezano z ogljikovo in dušikovo asimilacijo ter transportom v rastlini. Ugotovili so, da je v naravi verjetno saharoza tista molekula, ki sproži signalne kaskade, ki vodijo do indukcije fruktanskih sinteznih proteinov, ki nato sprožijo sintezo fruktana v rastlinah (polimer fruktoze). Kot saharozni senzor v rastlinah je znan protein SUT2. Transporterji SUT2 so energijsko odvisni saharozni/H+ transporterji, ki so lahko spremljevalci drugih celic ali pa se nahajajo direktno v sitastih celicah floema v rastlini. Tip transporterjev SUT2 je poseben, ker vsebuje N-terminalne in centralne razširitvene zanke, ki so sestavljene iz 40-60 aminokislin. Takšne zanke v drugih saharoznih transporterjih niso prisotne in to je vzrok, da imajo ti proteini v rastlinah tudi senzorno vlogo.