1. Self-organization of enzyme-catalyzed reactions studied by the maximum entropy production principleAndrej Dobovišek, Marko Vitas, Tina Blaževič, Rene Markovič, Marko Marhl, Aleš Fajmut, 2023, original scientific article Abstract: The self-organization of open reaction systems is closely related to specific mechanisms that allow the export of internally generated entropy from systems to their environment. According to the second law of thermodynamics, systems with effective entropy export to the environment are better internally organized. Therefore, they are in thermodynamic states with low entropy. In this context, we study how self-organization in enzymatic reactions depends on their kinetic reaction mechanisms. Enzymatic reactions in an open system are considered to operate in a non-equilibrium steady state, which is achieved by satisfying the principle of maximum entropy production (MEPP). The latter is a general theoretical framework for our theoretical analysis. Detailed theoretical studies and comparisons of the linear irreversible kinetic schemes of an enzyme reaction in two and three states are performed. In both cases, in the optimal and statistically most probable thermodynamic steady state, a diffusion-limited flux is predicted by MEPP. Several thermodynamic quantities and enzymatic kinetic parameters, such as the entropy production rate, the Shannon information entropy, reaction stability, sensitivity, and specificity constants, are predicted. Our results show that the optimal enzyme performance may strongly depend on the number of reaction steps when linear reaction mechanisms are considered. Simple reaction mechanisms with a smaller number of intermediate reaction steps could be better organized internally and could allow fast and stable catalysis. These could be features of the evolutionary mechanisms of highly specialized enzymes.
Keywords: enzymes, kinetic data analysis, steady state, self-organization, maximum entropy production
Published in DKUM: 08.05.2024; Views: 227; Downloads: 9
 Full text (2,57 MB)
This document has many files! More... |
2. Optimizacija ekstrakcije bioaktivnih komponent kurkume in formulacija v organogele : magistrsko deloGal Slaček, 2022, master's thesis Abstract: Magistrsko delo prikazuje študijo optimizacij ekstrakcij bioaktivnih komponent iz kurkume in formuliranje ekstrakta v organogele. V laboratoriju smo izvajali ekstrakcijo po Soxhletu, hladno maceracijo, ultrazvočno ekstrakcijo in ekstarkcijo s superkritičnimi fluidi. Za pridobivanje ekstraktov sta bila uporabljena topila etanol in CO2, katera smo kasneje z rotacijskim uparjalnikom odparili. Ko smo pridobili vse željene ekstrakte je sledila analiza. Določili smo vsebnosti antioksidantov, totalnih fenolov in proantocianidinov z različnimi metodami pri različnih valovnih dolžinah. Izvedena je bila tudi tekočinska kromatografija z masno spekrometrijo LC-MS/MS. Iz dobljenih rezultatov smo ugotovili da imajo največjo vsebnost antioksidantov ekstrakti ultrazvočne ekstrakcije (64 % inhibicije) in ekstrakti pridobljeni s superkritičnimi fluidi (približno 1700 mg Trolox na g suhe mase). Ekstrakti superkritične ekstrakcije imajo prav tako največjo vsebnost totalnih fenolov (545 mg GA/100 g materiala), medtem ko imajo ekstrakti metode Soxhlet največjo vsebnost proantocianidinov (4,91 mg PAC/100 g materiala). Analiza LC-MS/MS je pokazala, da največ kurkumina vsebujejo ekstrakti, pridobljeni s postopkom ultrazvočne ekstrakcije (190,8 mg/g materiala), omenjen ekstrakt smo formulirali v organogele.
Izdelana sta bila dva organogela; in sicer vodni ter brezvodni, nato je bila izvedena študija sproščanja kurkumina iz formulacij v simuliranem želodčnem soku. Ugotovljeno je bilo, da se pri nevodnem organogelu po času 240 min sprosti in raztopi večina kurkumina, medtem ko je delež sproščenega in raztopljenega kurkumina iz vodnega organogela v tem času veliko manjši in znaša zgolj okrog desetine (16 %).
Keywords: kurkuma, totalni fenoli, proantocianidini, antioksidanti, organogeli
Published in DKUM: 12.09.2022; Views: 726; Downloads: 244
Full text (2,14 MB) |
3. Viskoelastični model izometrične kontrakcije gladkih mišicTadej Emeršič, 2012, undergraduate thesis Abstract: V seminarju obravnavamo mehanizme razvoja sile v gladki mišični celici dihalnih poti ob holinergični stimulaciji. Pri tem obravnavamo od kalcija odvisen razvoj sile, ki upošteva podroben opis od kalcija in kalmodulina odvisne aktivacije encima kinaze lahkih verig miozina in aktivnost fosfataze lahkih verig miozina. Obstoječi model nadgradimo z elementi, ki opisujejo viskoelastične lastnosti gladkih mišičnih celic arterij. Modelni rezultati napovejo zakasnitve v razvoju sile, kar je bolj v skladu z meritvami kot pri predhodnih modelih.
Keywords: viskoelastični model, izometrična kontrakcija, gladka mišična celica, holinergična stimulacija, prečni mostički, kalcij, kalmodulin, kinaza lahkih verig miozina
Published in DKUM: 03.02.2021; Views: 1786; Downloads: 34
Full text (1,27 MB) |
4. |
5. Določevanje lahkohlapnih in težjehlapnih spojin v ekstraktih rastlin iz družine Zingiberaceae z uporabo različnih kromatografskih tehnik : diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa I. stopnjeKaja Makoter, 2020, undergraduate thesis Abstract: Ingverjevke (Zingiberaceae) so družina rastlin z značilnim vonjem in okusom, znane po vsem svetu. V kulinarične namene jih uporabljajo predvsem kot začimbe, imajo pa tudi številne medicinske učinke. Rastline vsebujejo številne komponente, kot so terpeni, flavonoidi, diarilheptanoidi, ogljikovi hidrati, beljakovine, škrob in druge. Da bi določili komponente različnih rastlin, smo izvedli analize na štirih rastlinah iz družine ingverjevk: mali galangal (Alpinia officinarum), ingver (Zingiber officinale), kurkuma (Curcuma longa) in kardamom (Elettaria cardamomum).
Pri analizi lahkohlapnih komponent v eteričnih oljih smo izvedli destilacijo z vodno paro po Clevengerju, ter na tak način ekstrahirali eterična olja v preiskovanih rastlinskih vrstah. Ta smo analizirali s plinsko kromatografijo, sklopljeno z masnim spektrometrom (GC-MS). Prav tako smo dele rastlin zmleli in izvedli ekstrakcijo s pomočjo ultrazvoka, kjer smo kot topilo uporabili metanol. Te ekstrakte smo analizirali z reverzno-fazno tekočinsko kromatografijo visoke ločljivosti z UV zaznavo (RP-HPLC-UV). Nazadnje smo izvedli še analizo komponent v posameznih rastlinah s pomočjo GC-MS, kjer smo vzorce predhodno derivatizirali.
Ugotovili smo, da v eteričnih oljih malega galangala in kardamoma prevladujejo monoterpeni, medtem ko v eteričnih oljih ingverja in kurkume prevladujejo seskviterpeni. Glavna komponenta eteričnega olja malega galangala je 1,8-cineol (1,8-cineol), ingverja α-zingiberene (α-zingiberen), kurkume β-turmerone (β-turmeron), ar-turmerone (ar-turmeron) in ar-curcumene (ar-kurkumen) in kardamoma α-terpinyl acetate (α-terpinil acetat) in 1,8-cineol (1,8-cineol).
Z RP-HPLC-UV metodo smo pri malem galangalu določili diarilheptanoide ter flavonoide, med katerimi je bilo največ galangina. Pri ingverju smo določili gingerole, med katerimi je bilo največ 6-gingerola, in shogaole (šogaole). Pri kurkumi pa smo potrdili naslednje komponente: kurkuminoidi (kurkumin, demetoksikurkumin in bis-demetoksikurkumin), ar-turmerone (ar-turmeron), curlone (curlon) in α-turmerone (α-turmeron).
Pri analizi komponent z GC-MS smo po derivatizaciji spojin v vzorcih dokazali prisotnost monosaharidov.
Med spojinami eteričnih olj prevladujejo lahkohlapne komponente, medtem ko ostale identificirane komponente spadajo med težjehlapne komponente.
Keywords: Ingverjevke (Zingiberaceae), eterična olja, GC-MS, RP-HPLC-UV, destilacija z vodno paro po Clevengerju, ekstrakcija na UZ kopeli, derivatizacija
Published in DKUM: 24.09.2020; Views: 1337; Downloads: 199
Full text (6,56 MB) |
6. Potencial kurkumina v klinični uporabiTimotej Brumec, 2020, master's thesis Abstract: V magistrskem delu smo predstavili rastlino kurkumo in njeno učinkovino kurkumin. Sama rastlina kurkuma (Curcuma longa) uspeva na Indijskem polotoku in jugovzhodni Aziji ter se že izredno dolgo uporablja v ajurvedski medicini za zdravljenje vnetnih bolezni. Številne moderne študije so pokazale pozitivne učinke kurkumina pri mnogih bolezenskih stanjih, kot so: rak, ulcerozni kolitis, revmatoidni artritis, pankreatitis, osteoartritis in številnih drugih. Največja težava pri uporabi kurkumina za zdravljenje v moderni medicini je njegova slaba biorazpoložljivost, saj so v krvni plazmi zaznali zelo majhne koncentracije kurkumina tudi ob zaužitju večjih doz. V sami nalogi smo predstavili več bolezenskih stanj, katera bi naj kurkumin izboljšal, ter študije oziroma raziskave, v katerih so te učinke kurkumina dokazali. Prav tako smo prej omenjene študije med seboj tudi primerjali.
Delovanje kurkumina izhaja iz njegove sposobnosti vplivanja na veliko število signalnih molekul, kot so: pro-inflamatorni citokini, encimi, apoptozni proteini, adhezijske molekule, nuklearni faktorji in ostale. Nepravilno delovanje prej naštetih molekul in signalnih poti, v katerih te molekule sodelujejo, so mnoge študije povezale z razvojem raznih bolezenskih stanj.
V nadaljevanju smo podrobneje pregledali spletno bazo PubMed. Z dodajanjem drugih ključnih besed smo raziskovalni vzorec postopoma omejevali. Osredotočali smo se na število študij, ki so bile izvedene in vivo ali pa in vitro, prav tako smo se osredotočali tudi na število študij, ki so se izvedle v kliničnem okolju.
Keywords: kurkuma, ajurvedska medicina, signalne poti, klinične študije, nutracevtiki.
Published in DKUM: 11.06.2020; Views: 1343; Downloads: 184
Full text (1012,00 KB) |
7. Utjecaj eikosanoida na kontrakciju i relaksaciju glatkih mišića respiratornog putaKarlo Blažetić, 2020, master's thesis Abstract: Eikosanoidi su metaboliti arahidonske kiseline. Između njih prostaglandini i leukotrieni imaju najvažnije biološke učinke i uloge u organizmu. Jedna od tih uloga je kontrakcija/relaksacija glatkih mišića respiratornog sustava. Tako je dereguliranjem produkcije eikosanoida moguća bronhokonstrikcija kod astme.
U ovom radu usredotočujemo se na ovisnost sile glatkih mišića različitih tkiva iz različitih subjekata, čovjeka i životinja o različitim vrstama eikosanoida. Opisat ćemo mehanizme nastanka eikosanoida, receptore preko kojih oni djeluju te njihovu funkciju.
Analizirali smo mjerenja kontrakcije i relaksacije glatkih mišića dišnih putova pod utjecajem različitih eikosanoida. Među ljudskim tkivima analizirane su sile razvijene u glatkim mišićima bronha, malih dišnih puteva te plućnog parenhima. Kod životinjskog modela uzeti su uzorci tkiva glatkih mišića s dušnika miša te zamorca. Digitalizacijom mjerenja obradili smo podatke iz različitih znanstvenih članaka. Koristeći računalni program Origin 8.5 s alatom Digitizer, digitalizirali smo ovisnosti dišnih putova glatkih mišića različitih organizama o koncentracijama eikosanoida i drugih kontraktilnih agonista te odredili parametre tih ovisnosti prilagođavanjem različitih odabranih matematičkih funkcija (različiti oblici Hill funkcije). Napravili smo usporedbu parametara između različitih organizama i između mjerenja različitih autora. Nadalje, usporedili smo jačine eikosanoidne kontrakcije s drugim fiziološkim kontraktilnim agonistima i na kraju objasnili je li moguće prenijeti podatke izmjerene na životinjama u fizikalno-matematičke modele, koji simuliraju procese kod ljudi.
Keywords: prostaglandini, leukotrieni, arahidonska kiselina, bronhokonstrikcija, digitalizacija.
Published in DKUM: 04.06.2020; Views: 1054; Downloads: 51
Full text (2,47 MB) |
8. Signalna pot nuklearnega transkripcijskega faktorja kappa BMateja Žnidarić, 2020, master's thesis Abstract: V magistrskem delu najprej predstavimo zgradbo in delovanje nuklearnega transkripcijskega faktorja kappa B (NF-κB), ki je izražen v skoraj vseh vrstah celic. Le-ta je ob odsotnosti specifičnih stimulov latenten in se v citoplazmi nahaja v kompleksu z inhibitorjem NF-κB (IκB). Aktivira se šele pod vplivom vezave različnih stimulov na receptorje na celici, nakar začne prehajati v jedro celice, kjer se veže na DNA. To vodi do povečanega izražanja specifičnih genov. V normalnem fiziološkem stanju NF-κB inducira gene, ki imajo pomembno vlogo v procesih vnetja in tiste, ki so pomembni pri razvoju in normalnem delovanju številnih tkiv, kot so kosti, koža, mlečne žleze in centralni živčni sistem. Nepravilno delovanje signalne poti NF-κB pa lahko vodi v vnetne in avtoimune bolezni, nastanek in širjenje raka ter v rezistenco rakavih celic na kemoterapevtike.
V nalogi opišemo dve najbolj znani signalni poti, preko katerih se aktivira NF-κB – klasično (kanonično) signalno pot, ki je odgovorna za kontrolo prirojene imunosti in vnetja, ter alternativno (nekanonično) signalno pot, ki ima ključno vlogo pri kontroli razvoja, organizacije in funkcije sekundarnih limfatičnih organov ter v promociji zorenja in preživetja limfocitov B.
Nadalje obravnavamo matematični model, ki omogoča podrobno analizo kinetike pomembnih molekul v kanonični signalni poti: kinaz IκB (IKK), NF-κB, proteinov A20, IκBα, njihovih kompleksov in transkriptov. Ugotovimo, da se ta model v veliki meri sklada z izmerjenimi vrednostmi in z rezultati drugih modelov ter, da ob različnih pogojih in vrednostih parametrov lahko reproducira različno dinamiko sistema – oscilirajočo ali dvofazno. Identificiramo tiste parametre in njihove vrednosti, ki posledično pomembno vplivajo na časovno dinamiko izražanja genov.
Keywords: nuklearni faktor NF-κB, signalne poti, izražanje genov, matematični model, vnetje.
Published in DKUM: 29.01.2020; Views: 2125; Downloads: 301
Full text (1,58 MB) |
9. Modeliranje signalne poti dušikovega oksida od strižne napetosti do razvoja sile v gladkih mišičnih celicah arterijeGašper Fašun, 2019, master's thesis Abstract: Dušikov oksid (NO) je pomembna signalizacijska molekula v našem telesu. Posebno pomembno vlogo ima pri zagotavljanju ustreznega tonusa žil. Produkcija NO v žilah poteka v endotelni plasti, njegovo ciljno mesto delovanja pa so vaskularne gladke mišične celice (GMC), kjer sproža relaksacijo. Za odkritje vloge NO v našem telesu je bila podeljena Nobelova nagrada za medicino oziroma fiziologijo leta 1998. V uvodu tega dela predstavimo nekaj najpomembnejših študij in znanstvenikov na tem področju. Naštejemo tudi nekaj lastnosti ter funkcij NO in izpostavimo njegovo vlogo pri zdravljenju kardiovaskularnih bolezni. V nadaljevanju opišemo matematični model signalne poti NO v endoteliju, ki opisuje sklopitev strižne napetosti in produkcije NO v endotelnih celicah (EC). Strižno napetost zaznajo mehanosenzorji, ki aktivirajo encim endotelijsko sintazo NO (eNOS), ki producira NO. Mehanosenzorji, ki so upoštevani v matematičnem modelu, so ionski kanali, receptorji, povezani z G-proteini in integrini. Opisani model združimo z modelom, v katerem simuliramo učinkovanje NO v GMC. Glavnino magistrskega dela predstavlja prav nadgradnja in sklopitev teh dveh modelov preko prenosa NO iz endotelijskih v gladke mišične celice. Sklopitev je izvedena z enačbo, v kateri je opisana hitrost prehajanja NO v gladke mišične celice in tamkajšnje eliminacije. V GMC NO sproži produkcijo signalne molekule ciklični gvanozin monofosfat (cGMP) preko aktivacije encima topne gvanilat ciklaze (sGC). Hitrost produkcije cGMP v GMC opišemo s Hillovo funkcijo, ki temelji na odvisnostih, določenih v eksperimentih in predhodnih kinetičnih modelih. cGMP nato ključno vpliva na signalizacijo kalcija v GMC, od česar je odvisno tudi stanje relaksacije/kontrakcije GMC. Celosten model, ki je ustvarjen s sklopitvijo dveh parcialnih modelov, tj. modela signalne poti NO v EC in modela za od NO odvisne signalizacije Ca2+ in posledične relaksacije/kontrakcije GMC, nato verificiramo po delih. Posamezne rezultate celostnega modela primerjamo z rezultati parcialnih modelov, po katerih smo povzeli določene dele našega celostnega modela, ali pa so nam služili kot referenca pri njegovi izgradnji. Na podlagi primerjav identificiramo ključni parameter, s katerim je moč ustrezno kalibrirati celostni model. Ta parameter je hitrostna konstanta eliminacije NO v GMC (kdno), ki ključno vpliva na koncentraciji NO in cGMP v GMC. Predlagamo velikostni red vrednosti te konstante, ki rezultira tipične fiziološke vrednosti koncentracij NO in cGMP v GMC. Predlagana vrednost te konstante omogoča veliko odzivnost sistema na velike spremembe koncentracij cGMP, tj. preko več velikostnih redov, hkrati pa majhno senzitivnost sistema. S celostnim modelom na koncu napovemo od strižne napetosti odvisen časovni razvoj sile pod vplivom fiziološke holinergične stimulacije.
Keywords: strižna napetost, dušikov oksid, ciklični gvanozin monofosfat, endotelij, gladke mišične celice, arterije, signalna pot, matematični model
Published in DKUM: 06.03.2019; Views: 1788; Downloads: 141
Full text (1,47 MB) |
10. Vplivi strižne napetosti toka krvi na endotelij karotideManja Sluga, 2017, master's thesis Abstract: V magistrskem delu najprej sistematično predstavimo poznane mehanizme zaznavanja strižne napetosti, njihov vpliv na endotelij karotide in drugih arterij ter vlogo poznanih mehanizmov na produkcijo dušikovega oksida (NO). Ključni mehanosenzorni kompleksi, ki se aktivirajo ob spremembah strižne napetosti in ki sprožajo različne signalne poti v endotelnih celicah, so ionski kanali, receptorji tirozin kinaze,
G-proteini, kaveole, adhezijski proteini, citoskelet, glikokaliks in primarne migetalke. Večjo pozornost v nalogi posvetimo tudi opisom mehanosenzornega kompleksa medceličnih stikov, ki mu je v zadnjem času pripisana vedno večja vloga pri mehanotransdukciji strižne napetosti in aktivaciji anti-aterosklerotičnih signalnih poti. V nadaljevanju obravnavamo matematični model, ki kot mehanotransduktorje vključuje ionske kanale, integrine in receptorje, povezane z G-proteini. Model ovrednotimo z namenom ugotavljanja njegove zmožnosti za reprodukcijo relevantnih izmerjenih podatkov produkcije NO. Ugotovitve primerjamo še z drugim modelom, ki upošteva vpliv zgolj dveh mehanoreceptorjev (integrinov in receptorjev, povezanih z G-proteini), toda podrobneje opisuje vplive kompleksa kalcij/kalmodulin (Ca2+/CaM), encima protein kinaza B (Akt) ter stresnega proteina (Hsp90) na aktivnost encima endotelijska sintaza dušikovega oksida (eNOS). Za razliko od prvega modela drugi ne vključuje inhibitornih vplivov encima protein kinaza C (PKC) in nukleotida cikličnega gvanozin monofosfata (cGMP) na aktivnost eNOS in kodacijo signala Ca2+. Modela sta skladna v tem, da v obeh primerih strižna napetost v endotelijski celici sproži produkcijo inozitol trifosfata (IP3), kar vodi do sproščanja Ca2+ iz znotrajceličnih shramb in do kodacije podobnih signalov Ca2+. V obeh modelih je odziv produkcije NO na strižno napetost dvofazen, pri čemer je za pojav druge faze bistvenega pomena
signalna pot, ki vključuje encima fosfoinozitid 3-kinazo (PI3K) in Akt. Oba encima imata ključno vlogo pri fosforilaciji encima eNOS, ki je potrebna za dosego njegove največje aktivnosti. Čeprav noben izmed modelov ni povsem popoln, pa vsak izmed njiju omogoča poglobljen in sistematičen vpogled v razumevanje kompleksnih biokemijskih procesov, ki jih lahko sproži strižna napetost v karotidi, in hkratno kvantitativno ovrednotenje pomembnosti posameznih signalnih poti in procesov.
Keywords: strižna napetost, endotelij, mehanotransdukcija, mehanosenzorni kompleks, dušikov oksid, matematični model
Published in DKUM: 23.02.2018; Views: 1969; Downloads: 171
Full text (1021,95 KB) |
