Bioenergetics and metabolism - MB150P46

• Title: Bioenergetika a metabolismus
• Czech title: Bioenergetika a metabolismus
• Guaranteed by: Department of Physiology (31-152)
• Faculty: Faculty of Science
• Actual: from 2015
• Semester: summer
• E-Credits: 3
• Examination process: summer s.:combined
• Hours per week, examination: summer s.:2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: cancelled
• Language: Czech
• Note: enabled for web enrollment
• Guarantor: doc. RNDr. Jitka Žurmanová, Ph.D.
• Incompatibility : MB150P52
• Is incompatible with: MB150P94, MB150P52

Annotation

Last update: RNDr. Tomáš Mráček, Ph.D. (25.03.2015)

Cílem přednášky je seznámit posluchače se základními principy energetického zabezpečování fyziologické funkční aktivity v různých eukaryotických buňkách a se základními mechanizmy regulujícími intenzitu procesu přeměny energie za fyziologických a patologických stavů.

Literature

Last update: RNDr. Tomáš Mráček, Ph.D. (14.10.2014)

Alberts a spol. Základy buněčné biologie, Kap.3 Energie, katalýza a biosyntéza. (Espero Publishing, Ústí nad Labem.)
Nichols, Ferguson. Bioenergetics 4. (Academic Press 2013)
J. Marin-Garcia, Mitochondria and the heart. (Springer, 2005)

 
Přehledné referáty.

Requirements to the exam

Last update: RNDr. Daniela Horníková, Ph.D. (06.04.2012)

Zkouška se skládá z písemné a ústní části.

Syllabus

Last update: RNDr. Tomáš Mráček, Ph.D. (14.10.2014)

1. Úvod do bioenergetiky (Drahota)

Bioenergetika jako součást buněčného metabolismu, která zabezpečuje energii pro endergonické reakce podílející se na syntetických i degradačních procesech a na různých funkčních aktivitách různých buněčných populací nezbytných pro zajišťování existence organismů jako celku.

Stručný přehled vědeckých osobnosti, které se podílely na objasnění principů přeměny energie v eukaryotických buňkách.

 

2. Regulace energetického metabolismu na úrovni celého organizmu I (Flachs)

Energetické senzory buňky (AMPK, SIRT) a regulace energetického metabolismu buňky. Coriho cyklus. Energetická bilance organizmu. Neurální a humorální řízení intenzity energetického metabolismu organismu.

 

3. Regulace energetického metabolismu na úrovni celého organizmu II (Flachs)

Cirkadiální cyklus toku a distribuce energie v organizmu. Metabolická teorie života. Obezita a metabolický syndrom. Hodnocení celotělových parametrů a dlouhodobé monitorování metabolických funkcí.

Metody: Nepřímá kalorimetrie, pozitronová emisní tomografie (CT/PET skener).

 

4. Regulační mechanizmy zabezpečující energetickou homeostázu I (Žurmanová)

Hydrolýza ATP, význam Gibbsovy volné energie.  Poměr ATP/ADP jako senzor. Udržování poměru ATP/ADP - CK systém, adenylát kináza, AMP deamináza. Signalizace adenosinu (adenosinové receptory a signální dráhy HIF a p53). Regulace glykolýzy a Krebsova cyklu vápníkem při aktivaci kontrakce.

 

5. Regulační mechanizmy zabezpečující energetickou homeostázu II (Žurmanová)

Hexokináza a její role v regulaci apoptózy a MPTP. Fosfagenové systémy v živočišné říši. Srdce v hypoxii (HIF regulace, Na přetížení, Ca přetížení). Laktátový metabolizmus - mozek - srdce - sval

 

6. Mitochondriální energetika a její tkáňová specifita (Mráček)

Mitochondrie a jejich úloha v buňce. Specificita struktury a enzymového vybavení mitochondrií v různých tkáních - zajištění specifických fyziologických funkcí.

Hnědá tuková tkáň - příklad specializace mitochondriálního metabolizmu. Lipidy a jejich metabolizmus, důležitost pro mitochondrie hnědého tuku.

 

7. Molekulární mechanismy biotransformace energie v mitochondriích (Pecina)

Mitochondriální produkce ATP, chemiosmotická teorie. Enzymové komplexy mitochondriálního dýchacího řetězce, transport elektronů (redoxní centra). Strukturně/funkční interakce mezi jednotlivými komplexy dýchacího řetězce.

Metody: měření spotřeby kyslíku, měření mitochondriálního membránového potenciálu.

 

8. Mechanismy regulace OXPHOS (Pecina)

Cytochrom c oxidáza jako model regulace oxidační fosforylace: Struktura a podjednotkové složení - srovnání prokaryotické a eukaryotické formy enzymu; Tkáňově specifické podjednotky: jaterní vs. srdeční isoformy podjednotek 6a, 7a a 8 savčí COX.

Regulace parciálním tlakem kyslíku - HIF signalizace, COX 4 izoformy v regulaci afinity enzymu ke kyslíku. Postranslační regulace - tyrosinové fosforylace, Ser/Thr fosforylace řízené intramitochondriální cAMP/PKA drahou, acetylace.

Metody: metabolické značení, pulse-chase experimenty

 

9. Biogeneze OXPHOS (Mráček)

Biogeneze enzymových komplexů, úloha pomocných proteinů (asemblační faktory). Organizace OXPHOS do vyšších celků - superkomplexy. Dynamika uspořádání OXPHOS, vliv struktury na regulaci energetického metabolismu.

Metody: nativní elektroforetické techniky

 

10. Životní cyklus mitochondrií (Mráček)

Mitochondriální retikulum - statická struktura (tomografie) vs. dynamika. Proteiny zajišťující fůzi a dělení mitoretikula. Import proteinů do mitochondrií, degradace proteázami, mitochondriální UPR. Degradace celých mitochondrií - mitofagie.

Metody: mikroskopie, fluorescenční próby

 

11. Vrozené metabolické poruchy energetického metabolismu buněk (Mráček)

Poruchy OXPHOS - kódované mtDNA (s maternální dědičností), jaderně kódované. Sekundární defekty OXPHOS - poruchy mitochondriálního translačního aparátu, defekty v importních drahách, mutace proteinů zajišťujících mitochondriální dynamiku. Mitochondriální genetika - maternální dědičnost, heteroplazmie, segregace, bottleneck efekt.

Metody: diagnostické metody, exomové sekvenování

 

12. Mitochondriální tvorba ROS (Mráček)

Produkce ROS v OXPHOS a na jiných proteinech s mitochondriální lokalizací. Patologická vs. signální úloha ROS, regulace intenzity ROS produkce. Detoxifikace ROS (SOD, glutation, thioredoxiny…). Úloha ROS v procesu stárnutí organizmu.

Metody: fluorescenční metody, EPR detekce, biomarkery oxidativního poškození