1. Računska ocena vpliva znotrajceličnih presnovnih in signalnih poti ter medcelične komunikacije na izločanje glukagona in inzulina : doktorska disertacijaJan Zmazek, 2022, doctoral dissertation Abstract: Doktorska disertacija proučuje fiziološke lastnosti celic alfa in beta z uporabo matematičnega modeliranja, omrežnih znanosti in drugih sodobnih biofizikalnih pristopov. V prvem delu disertacije predstavimo matematični model presnove in hormonskega izločanja obeh tipov celic. Rezultati modela kažejo, da je oksidacija maščobnih kislin odgovorna za visoko bazalno nastajanje ATP, medtem ko je od glukoze odvisno zvišanje koncentracije ATP posledica anaerobnih (glikolitskih) značilnosti celice alfa in aerobnih (mitohondrijskih) značilnosti celice beta. Motnje v glikolitski in mitohondrijski presnovi kritično vplivajo na pravilno izločanje hormonov obeh vrst celic. Model celice alfa je nadalje dopolnjen z od cAMP odvisno signalno potjo, ki jo uravnava presnovna aktivnost ali vezava zunajceličnih signalov na membranske receptorje. Glede na modelsko napoved je znižanje znotrajceličnega pH med visoko presnovno aktivnostjo ključnega pomena za znižanje znotrajcelične koncentracije cAMP ob stimulaciji z visoko koncentracijo plazemske glukoze. Modelirana je tudi stimulacija celic alfa z aminokislinami, in sicer tako, da se modelski rezultati ujemajo z eksperimentalnimi opažanji, da obrok mešanih hranil močno poveča izločanje glukagona. Drugi del disertacije predstavlja analizo eksperimentalno pridobljenih kalcijevih signalov iz celic beta v Langerhansovih otočkih. Predstavljena metodologija obdelave podatkov vključuje ekstrahiranje presnovno aktivirane počasne in električno aktivirane hitre komponente, binarizacijo ali diskretizacijo signalov, detekcijo nizkokakovostnih signalov in izgradnjo funkcionalnih mrež. Počasna in hitra oscilatorna komponenta sta med seboj povezani, pri čemer je frekvenca hitrih oscilacij največja okoli vrhov počasnih oscilacij. To vedenje je bolj izrazito pri stimulaciji s fiziološko koncentracijo glukoze kakor pri suprafiziološki koncentraciji. Za obe komponenti so zgrajene funkcionalne mreže, njihova analiza pa kaže na večjo lokalno gručavost in segregacijo mrež hitre komponente ter večjo globalno povezanost počasne komponente. Analiza večplastnih mrež kaže na šibko povezavo med hitro in počasno plastjo, kar nakazuje na to, da različni sinhronizacijski mehanizmi oblikujejo kolektivno aktivnost v otočkih.
Keywords: celica beta, celica alfa, modeliranje, presnova, cAMP, aminokisline, kalcij, medcelične mreže
Published in DKUM: 17.01.2023; Views: 112; Downloads: 30
 Full text (3,81 MB) |
2. Didaktika fizike 2 s praktikumom : zbirka laboratorijskih vajRobert Repnik, Mitja Slavinec, Eva Klemenčič, 2022 Abstract: Didaktika fizike s praktikumom 2 – zbirka laboratorijskih vaj je namenjena študentom 3. in 4. letnika študijskega programa Predmetni učitelj, usmeritev Izobraževalna fizika na Fakulteti za naravoslovje in matematiko v Mariboru. Fizikalni eksperimenti se izvajajo pri predmetu Didaktika fizike 2 s praktikumom in so razdeljeni v sedem tematskih sklopov: Pospešeno gibanje, Mehanika tekočin, Termodinamika, Zvok, Svetloba, Elektromagnetizem in Moderna fizika. V okviru laboratorijskih vaj študentje pridobivajo znanje in razvijajo spretnosti za ustrezno izvedbo eksperimentov pri pouku fizike na srednješolskem nivoju izobraževanja.
Keywords: fizika, didaktika, srednja šola, fizikalni eksperimenti
Published in DKUM: 12.07.2022; Views: 218; Downloads: 52
Full text (14,29 MB)
This document has many files! More... |
3. Izbrana poglavja iz naravoslovnih znanosti - fizika : laboratorijske vajeBorut Krajnc, Marko Žigart, Marjeta Capl, Vladimir Grubelnik, Marko Marhl, 2021, other educational material Abstract: Navodila laboratorijskega dela pri predmetu Izbrana poglavja iz naravoslovnih znanosti – fizika je plod večletnega soustvarjanja in dograjevanja naravoslovnih vsebin različnih avtorjev. Glavni namen je ponuditi strnjeno in pregledno gradivo s področja fizikalnih laboratorijskih vaj za študentke in študente Razrednega pouka Pedagoške fakultete Univerze v Mariboru. Gradivo je razdeljeno na 13 vsebinskih enot, ki pokrivajo vsa pomembna fizikalna področja od merjenj do astronomije. Vsaka enota je razčlenjena z navodili za izvedbo številnih fizikalnih poskusov, ki so neposredno uporabni pri naravoslovnih vsebinah na razredni stopnji v osnovni šoli. Izbrani so tisti poskusi, ki so poučni in zanimivi, hkrati pa izvedljivi z osnovnošolsko eksperimentalno opremo.
Keywords: Učno gradivo, fizika, laboratorijske vaje
Published in DKUM: 27.02.2021; Views: 2319; Downloads: 235
 Link to full text
This document has many files! More...
This document is also a collection of 1 document! |
4. Rekonstrukcija funkcionalnih mrež iz dinamike pankreasnih celic betaJakob Murko, 2019, master's thesis Abstract: V magistrskem delu obravnavamo funkcionalno povezanost celic beta. Te celice se nahajajo v Langerhansovih otočkih v trebušni slinavki in so ključne pri uravnavanju koncentracije glukoze v krvi, saj ob povečani ravni glukoze v organizmu izločajo hormon inzulin. V prvi fazi dela dinamiko električno vzdraženih celic beta simuliramo z modelom, v drugi fazi pa se osredotočimo na analizo eksperimentalno izmerjene dinamike znotrajceličnega kalcija. Za opis dinamike posameznih celic uporabimo fenomenološki model, t.i. iterativno mapo Rulkova. Posamezne Rulkove oscilatorje med seboj povežemo v mrežo, s čimer simuliramo funkcijo presledkovnih stikov, s katerimi so povezane celice beta v realnem tkivu. Da bi naš večcelični model čimbolj približali realnemu obnašanju, vpeljemo tudi naključno in prostorsko definirano heterogenost celic. Na podlagi podatkov aktivnosti celic iz simulacij določimo funkcionalno povezanost le-teh. Predstavimo dve metodi določitve funkcionalne mreže, to je korelacijsko in metodo pseudo-inverza kovariance. Analiza simuliranih podatkov pokaže, da sta obe metodi zanesljivi, zato jih preizkusimo tudi na eksperimentalno pridobljenih podatkih, in sicer na in situ meritvah kalcijeve aktivnosti v svežih tkivnih rezinah mišje trebušne slinavke. Ugotovimo, da sta si funkcionalna mreža na podlagi simulacijskih in eksperimentalnih podatkov podobni, kar nam kaže na natančno obnašanje modela. Z analizo obeh funkcionalnih mrež ustvarjenih na podlagi eksperimentalnih podatkov lahko vsaj delno sklepamo na strukturo povezav presledkovnih stikov v opazovani plasti Langerhansovega otočka. Pomembna je tudi ugotovitev, da v funkcionalni mreži celic beta opazimo celice z nadpovprečnim številom povezav, tudi daljnosežnih, kar je v skladu z ugotovitvami preteklih raziskav.
Keywords: celice beta, Langerhansov otoček, funkcionalna mreža, Rulkov model, celična heterogenost, korelacijski koeficient, pseudo-inverz kovariance.
Published in DKUM: 05.11.2019; Views: 991; Downloads: 88
Full text (3,34 MB) |
5. Vesoljski turizem v resničnosti in v znanstveni fantastiki : od analize del Arthurja Charlesa Clarka do dejanskih turističnih produktovMatic Jelenovec, 2018, bachelor thesis/paper Abstract: Vesoljski turizem postaja v današnjem času vse bolj priljubljen, saj se izvaja vse več raziskav in v zvezi s tem je vse več povpraševanja. Turistična potovanja v vesolje so se pred nekaj desetletji zdela še nemogoča, a danes je popolnoma drugače. Vse več je špekulacij in načrtovanj, kako se bo v naslednjih letih potovalo v vesolje. Glavni akterji pri načrtovanju le-tega so zdaj že svetovno znane zasebne organizacije za vesoljski turizem, ki že vrsto let načrtujejo, da bi izvedle prvo potovanje v vesolje, kar bi na tem področju predstavljalo prelomnico. Zaradi vse večje priljubljenosti omenjene vrste turizma nas je zanimalo, kako bodo vesoljska potovanja izgledala v prihodnosti in predvsem, kako bo to potekalo v praksi. Prav tako nas je zanimalo, ali tudi Slovenija prispeva k razvoju vesoljskega turizma, ter ali obstajajo turistični produkti, povezani z vesoljskim turizmom, tudi na slovenskih tleh. Analiza podatkov je pokazala, da vesoljski turizem iz leta v leto napreduje, kot tudi tehnologija za potovanje v vesolje. Prav tako smo spoznali, da je v Sloveniji še veliko prostora za promocijo vesoljskega turizma in za ustvarjanje turističnih produktov, povezanih s to vrsto v turizma.
Keywords: vesoljski turizem, potovanje v vesolje, organizacije za vesoljski turizem, turistični produkti, tehnologija za potovanje v vesolje
Published in DKUM: 29.11.2018; Views: 980; Downloads: 173
Full text (1,82 MB) |
6. Analiza lastnosti jezika kot kompleksnega dinamičnega sistema na primerih slovenskih besedilMaja Sokolovič, 2018, master's thesis Abstract: V magistrskem delu smo se osredotočili na področje, ki je v našem prostoru še precej neraziskano, to je dinamika in kompleksnost sistemov. Odločili smo se za obravnavo jezika s statističnega vidika. Namen raziskave je bil ugotoviti, ali v slovenskih besedilih zastopanost besed glede na njihovo pogostost sledi potenčno padajoči funkciji ter kako se skozi posamezna vzgojno-izobraževalna obdobja spreminja kompleksnost besedil. Z analizo slovenskih besedil smo raziskali pogostost besed glede na njihovo pojavljanje v besedilu ter pogostost pojavljanja besed glede na njihov rang in dolžino. Posebno pozornost smo namenili tudi literarnim osebam in njihovi prepletenosti v besedilu. S pomočjo programskega jezika Python in programov OriginPro 8.5 ter Gephi smo analizirali, kako so si v teh lastnostih medsebojno podobna besedila, primerna za posamezno vzgojno-izobraževalno obdobje, ter izpostavili razlike in podobnosti besedil med vzgojno-izobraževalnimi obdobji. Ugotovili smo, da so si besedila znotraj ene starostne skupine za posamezno vzgojno-izobraževalno obdobje zelo podobna. Smo pa na podlagi pridobljenih rezultatov prav tako ugotovili, da obstajajo precejšnje razlike v strukturi besedil med starostnimi skupinami. V magistrskem delu smo tako predstavili orodje, ki bi lahko v prihodnje učiteljem zagotavljalo enostavnejšo in bolj učinkovito določanje literarnih besedil, primernih za branje v določeni starostni skupini.
Keywords: jezik, kompleksni sistemi, Zipfov zakon, zastopanost besed, samoorganizacija
Published in DKUM: 11.04.2018; Views: 1316; Downloads: 120
Full text (1,45 MB) |
7. Critical and supercritical spatiotemporal calcium dynamics in beta cellsMarko Gosak, Andraž Stožer, Rene Markovič, Jurij Dolenšek, Matjaž Perc, Marjan Rupnik, Marko Marhl, 2017, original scientific article Abstract: A coordinated functioning of beta cells within pancreatic islets is mediated by oscillatory membrane depolarization and subsequent changes in cytoplasmic calcium concentration. While gap junctions allow for intraislet information exchange, beta cells within islets form complex syncytia that are intrinsically nonlinear and highly heterogeneous. To study spatiotemporal calcium dynamics within these syncytia, we make use of computational modeling and confocal high-speed functional multicellular imaging. We show that model predictions are in good agreement with experimental data, especially if a high degree of heterogeneity in the intercellular coupling term is assumed. In particular, during the first few minutes after stimulation, the probability distribution of calcium wave sizes is characterized by a power law, thus indicating critical behavior. After this period, the dynamics changes qualitatively such that the number of global intercellular calcium events increases to the point where the behavior becomes supercritical. To better mimic normal in vivo conditions, we compare the described behavior during supraphysiological non-oscillatory stimulation with the behavior during exposure to a slightly lower and oscillatory glucose challenge. In the case of this protocol, we observe only critical behavior in both experiment and model. Our results indicate that the loss of oscillatory changes, along with the rise in plasma glucose observed in diabetes, could be associated with a switch to supercritical calcium dynamics and loss of beta cell functionality.
Keywords: beta cells, islets of Langerhans, self-organized criticality, intercellular dynamics, calcium waves, glucose oscillations, computational model, confocal calcium imaging
Published in DKUM: 23.01.2018; Views: 1198; Downloads: 358
Full text (3,43 MB)
This document has many files! More... |
8. Progressive glucose stimulation of islet beta cells reveals a transition from segregated to integrated modular functional connectivity patternsRene Markovič, Andraž Stožer, Marko Gosak, Jurij Dolenšek, Marko Marhl, Marjan Rupnik, 2015, original scientific article Abstract: Collective beta cell activity in islets of Langerhans is critical for the supply of insulin within an organism. Even though individual beta cells are intrinsically heterogeneous, the presence of intercellular coupling mechanisms ensures coordinated activity and a well-regulated exocytosis of insulin. In order to get a detailed insight into the functional organization of the syncytium, we applied advanced analytical tools from the realm of complex network theory to uncover the functional connectivity pattern among cells composing the intact islet. The procedure is based on the determination of correlations between long temporal traces obtained from confocal functional multicellular calcium imaging of beta cells stimulated in a stepwise manner with a range of physiological glucose concentrations. Our results revealed that the extracted connectivity networks are sparse for low glucose concentrations, whereas for higher stimulatory levels they become more densely connected. Most importantly, for all ranges of glucose concentration beta cells within the islets form locally clustered functional sub-compartments, thereby indicating that their collective activity profiles exhibit a modular nature. Moreover, we show that the observed non-linear functional relationship between different network metrics and glucose concentration represents a well-balanced setup that parallels physiological insulin release.
Keywords: endocrinology, computational biophysics, calcium signalling, biological physics
Published in DKUM: 23.06.2017; Views: 1072; Downloads: 301
Full text (957,14 KB)
This document has many files! More... |
9. The analysis of intracellular and intercellular calcium signaling in human anterior lens capsule epithelial cells with regard to different types and stages of the cataractMarko Gosak, Rene Markovič, Aleš Fajmut, Marko Marhl, Marko Hawlina, Sofija Andjelić, 2015, original scientific article Abstract: In this work we investigated how modifications of the Ca2+ homeostasis in anterior lens epithelial cells (LECs) are associated with different types of cataract (cortical or nuclear) and how the progression of the cataract (mild or moderate) affects the Ca2+ signaling. We systematically analyzed different aspects of intra- and inter-cellular Ca2+ signaling in the human LECs, which are attached to surgically isolated lens capsule (LC), obtained during cataract surgery. We monitored the temporal and spatial changes in intracellular Ca2+ concentration after stimulation with acetylcholine by means of Fura-2 fluorescence captured with an inverted microscope. In our analysis we compared the features of Ca2+ signals in individual cells, synchronized activations, spatio-temporal grouping and the nature of intercellular communication between LECs. The latter was assessed by using the methodologies of the complex network theory. Our results point out that at the level of individual cells there are no significant differences when comparing the features of the signals with regard either to the type or the stage of the cataract. On the other hand, noticeable differences are observed at the multicellular level, despite inter-capsule variability. LCs associated with more developed cataracts were found to exhibit a slower collective response to stimulation, a less pronounced spatio-temporal clustering of LECs with similar signaling characteristics. The reconstructed intercellular networks were found to be sparser and more segregated than in LCs associated with mild cataracts. Moreover, we show that spontaneously active LECs often operate in localized groups with quite well aligned Ca2+ activity. The presence of spontaneous activity was also found to affect the stimulated Ca2+ responses of individual cells. Our findings indicate that the cataract progression entails the impairment of intercellular signaling thereby suggesting the functional importance of altered Ca2+ signaling of LECs in cataractogenesis.
Keywords: intracellular calcium signaling, anterior lens, epithelial cells, cataract
Published in DKUM: 19.06.2017; Views: 1033; Downloads: 401
Full text (1,45 MB)
This document has many files! More... |
10. Planar cell polarity genes frizzled4 and frizzled6 exert patterning influence on arterial vessel morphogenesisRene Markovič, Julien Peltan, Marko Gosak, Denis Horvat, Borut Žalik, Benjamin Seguy, Remi Chauvel, Gregoire Malandain, Thierry Couffinhal, Cécile Dupláa, Marko Marhl, Etienne Roux, original scientific article Abstract: Quantitative analysis of the vascular network anatomy is critical for the understanding of the vasculature structure and function. In this study, we have combined microcomputed tomography (microCT) and computational analysis to provide quantitative three-dimensional geometrical and topological characterization of the normal kidney vasculature, and to investigate how 2 core genes of the Wnt/planar cell polarity, Frizzled4 and Frizzled6, affect vascular network morphogenesis. Experiments were performed on frizzled4 (Fzd4-/-) and frizzled6 (Fzd6-/-) deleted mice and littermate controls (WT) perfused with a contrast medium after euthanasia and exsanguination. The kidneys were scanned with a high-resolution (16 μm) microCT imaging system, followed by 3D reconstruction of the arterial vasculature. Computational treatment includes decomposition of 3D networks based on Diameter-Defined Strahler Order (DDSO). We have calculated quantitative (i) Global scale parameters, such as the volume of the vasculature and its fractal dimension (ii) Structural parameters depending on the DDSO hierarchical levels such as hierarchical ordering, diameter, length and branching angles of the vessel segments, and (iii) Functional parameters such as estimated resistance to blood flow alongside the vascular tree and average density of terminal arterioles. In normal kidneys, fractal dimension was 2.07±0.11 (n = 7), and was significantly lower in Fzd4-/- (1.71±0.04; n = 4), and Fzd6-/- (1.54±0.09; n = 3) kidneys. The DDSO number was 5 in WT and Fzd4-/-, and only 4 in Fzd6-/-. Scaling characteristics such as diameter and length of vessel segments were altered in mutants, whereas bifurcation angles were not different from WT. Fzd4 and Fzd6 deletion increased vessel resistance, calculated using the Hagen-Poiseuille equation, for each DDSO, and decreased the density and the homogeneity of the distal vessel segments. Our results show that our methodology is suitable for 3D quantitative characterization of vascular networks, and that Fzd4 and Fzd6 genes have a deep patterning effect on arterial vessel morphogenesis that may determine its functional efficiency.
Keywords: cell polarity, vascular network, metrics, quantitative analyses
Published in DKUM: 19.06.2017; Views: 962; Downloads: 368
Full text (2,56 MB)
This document has many files! More... |
