|
|
||
|
The aim of the lecture is to acquaint students with the basic principles of energy provision of physiological functional activity in various eukaryotic cells and with the basic mechanisms regulating the intensity of the energy conversion process under physiological and pathological states.
Last update: Horníková Daniela, RNDr., Ph.D. (25.10.2019)
|
|
||
|
Alberts a spol. Cell biology, 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) Navdeep Chandel: Navigating Metabolism (CSH Press, 2014) Last update: Horníková Daniela, RNDr., Ph.D. (25.10.2019)
|
|
||
|
written test (english version). Protocols form the practical course. Last update: Mráček Tomáš, RNDr., Ph.D. (15.02.2022)
|
|
||
|
Sylabus přednášky: 1. Regulace energetického metabolismu na úrovni celého organizmu I (K. Bardová) 18.2. Energetická bilance organizmu. Metabolický obrat, glukózová homeostáza. Přímá kalorimetrie. Nepřímá kalorimetrie – RQ, energetický výdej, oxidace substrátů, cirkadiánní cykly.
2. Mitochondriální energetika a její tkáňová specifita, biogeneze OXPHOS (T. Mráček) 25.2. Mitochondrie a jejich úloha v buňce. Specificita struktury a enzymového vybavení mitochondrií v různých tkáních – zajištění specifických fyziologických funkcí. 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
3. Regulace energetického metabolismu na úrovni celého organizmu III (O. Horáková) 4.3. Hlavní metabolické dráhy energetického metabolismu. Coriho cyklus. Rendlův cyklus. Neurální a humorální řízení intenzity energetického metabolismu organismu. Regulace energetického metabolizmu během hladovění.
4. Regulační mechanizmy zabezpečující energetickou homeostázu buňky v zátěži (J. Žurmanová) 11.3. Udržování energetické homeostázy buňky (ATP/ADP, CK, AK). Fosfagenové systémy v živočišné říši. Signalizace adenosinu. Glykolýza, β-oxidace a jejich regulace v srdci. Hexokináza a její role v regulaci apoptózy a MPTP. Hypoxické a ischemické podmínky (HIF regulace, Na přetížení, Ca přetížení). Laktátový metabolizmus - mozek - srdce – sval.
5. Regulace energetického metabolismu na úrovni celého organizmu II (P. Zouhar) 18.3. Hnědá tuková tkáň – příklad specializace mitochondriálního metabolizmu. Lipidy a jejich metabolizmus, důležitost pro mitochondrie hnědého tuku. Obezita a metabolický syndrom
6. Molekulární mechanismy biotransformace energie v mitochondriích (P. Pecina) 25.3. 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.
7. Mechanismy regulace OXPHOS (P. Pecina) 1.4. 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
8. Životní cyklus mitochondrií (T. Mráček) 8.4. 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
9. Mitochondriální tvorba ROS (T. Mráček) 15.4. Produkce ROS v OXPHOS a na jiných proteinech s mitochondriální lokalizací. Patologická vs. signální úloha ROS, regulace intenzity ROS produkce. Úloha ROS v procesu stárnutí organizmu. Metody: fluorescenční metody, EPR detekce, biomarkery oxidativního poškození
10. Antioxidační ochrana buňky (J. Žurmanová) 22.4. Cytosolická tvorba ROS. Antioxidanty odpovědné za přímé odbourávání ROS (SOD, CAT, PRX, GPX, GSTO), udržování redoxní homeostázy v buňkách (glutation, GSR, thioredoxiny, TXRD) a antioxidanty spojené s metabolizmem železa (HMOX), antioxidační a prooxidační účinky akonitázy (ACO1,2). Transkripční aktivita závislá na redoxním stavu buňky. Úloha oxidačního stresu v kardioprotekci.
11. mtDNA genetika, mitochondriální onemocnění (T. Mráček) 29.4. Mitochondriální genetika – maternální dědičnost, heteroplazmie, segregace, bottleneck efekt. Mitochondriální transkripce a translace – regulace, koordinace s jadernou. Poruchy OXPHOS - kódované mtDNA, jaderně kódované, sekundární defekty OXPHOS Metody: diagnostické metody, exomové sekvenování
Zkouška formou písemného testu.
Praktická část 21.-22.5. - ale ještě lze diskutovat Analýza mitochondriálního metabolizmu. Studenti pracují se čtyřmi buněčnými liniemi, které představují kontrolní buňky nebo modelové defekty komplexů oxidačně-fosforylačního aparátu. Cílem je na konci této části odhadnout, jaké defekty jsou u jednotlivých linií přítomny. Den 1: Teoretický úvod – analýza respiračního řetězce, použití substrátů a inhibitorů. Měření permeabilizovaných buněk na kyslíkové elektrodě (Oroboros Oxygraph 2k), hodnocení maximálních kapacit jednotlivých komplexů (celý den) Den 2: Analýza intaktní respirace a intenzity glykolýzy na přístroji Seahorse Bioanalyzer XFe. MitoStressTest a GlycolysisStressTest protokoly (0.5 dne) Analýza celotělového metabolizmu. Nepřímá kalorimetrie a pozitronová emisní tomografie Den 2: Teoretický úvod k principům metod. Hodnocení křivky získané z nepřímé kalorimetrie. Početní úlohy k aplikaci radiotracerů pro PET. (0.5 dne)
Pro udělení zápočtu je nezbytná účast na kurzu a předložení vypracovaných protokolů (zaslaných e-mailem nebo předaných v písemné podobě). Last update: Mráček Tomáš, RNDr., Ph.D. (29.01.2026)
|
|
||
|
Bioenergetika a metabolizmus (MB150P94) - po absolvování kurzu student chápe následující hlavní okruhy a dokáže s nimi aktivně pracovat: (1) Regulace metabolismu na úrovni organismu a energetická homeostáza buněk Student vysvětlí principy energetické bilance a složky energetického výdeje, včetně bazálního metabolismu a termogeneze. Definuje respirační koeficient (RQ) a jeho využití v nepřímé kalorimetrii k určení oxidace substrátů. Analyzuje hormonální regulaci glukózové homeostázy a metabolické adaptace během cyklů sytosti a hladovění na úrovni organismu a tyto znalosti aktivně propojí se znalostimi energtické homeostázy na buněčné úrovni. (2) Mitochondriální oxidační fosforylace a její regulace Student pochopí chemiosmotickou teorii a popíše funkci komplexů dýchacího řetězce při tvorbě protonového gradientu. Objasní mechanismus rotace ATP syntázy jako nanomotoru. Analyzuje regulaci OXPHOS pomocí analýzy metabolické kontroly (MCA), vlivu rezervní kapacity a posttranslačních modifikací (např. fosforylace). (3) Mitochondriální fyziologie Student popíše životní cyklus mitochondrií zahrnující procesy biogeneze, dynamiky (fúze a dělení). Popíše principy importu proteinů do mitochondriálních kompartmentů a mechanismy kontroly kvality, jako je mitofagie a stresová odpověď UPRmt. Objasní význam komplexu MICOS pro architekturu vnitřní membrány. (4) Mitochondrie a ROS – produkce a antioxidační ochrana Student dokáže definovat místa úniku elektronů v dýchacím řetězci (zejména komplexy I, II a III) a mechanismus reverzního toku elektronů. Popíše enzymatické antioxidační systémy, včetně superoxid dismutázy, katalázy a systémů glutathionu a thioredoxinu a zasadí je do souvislostí s fyziologickými a patofyziologickými jevy. Diskutuje teorii mitohormeze a roli ROS v buněčné signalizaci a stárnutí. (5) Mitochondriální onemocnění Student vysvětlí specifika mitochondriální genetiky, zahrnující maternální dědičnost, heteroplazmii a efekt hrdla lahve (bottleneck). Chápe pojem prahový efekt (threshold) u mitochondriálních patologií. Identifikuje rozdíly mezi onemocněními způsobenými mutacemi v mtDNA (např. syndromy MELAS či LHON) a defekty v jaderném genomu. Rozumí základním principům interpretace výsledků diagnostických metod, jako je exomové sekvenování nebo histologie pro analýzu mitochondriálních poruch. (6) Dovednosti osvojené během praktika Student interpretuje data získaná z nepřímé kalorimetrie, oxygrafie a Seahorse analyzátoru k identifikaci konkrétních defektů v metabolických drahách. Chápe limitace jednotlivých metod, rozumí, ke studiu jakých otázek je jde využít. Last update: Žurmanová Jitka, doc. RNDr., Ph.D. (21.01.2026)
|