Assembly rules in plant communities
ŠVAMBERKOVÁ, Eva
2021 - English Understanding the mechanisms of species co-occurrence in plant communities and determining the most important drivers of community assembly is one of the central questions in community ecology. Problematics of assembly rules is relatively difficult and most of the studies are based on null models, simulations, or observational methods rather than on experimental approach. This thesis focused on an experimental approach which can clarify many ecological mechanisms contributing to answer many questions related to assembly rules concept. Research in this thesis was focused both on stochastic and deterministic processes influencing the species community composition. Adding seeds or transplants of different species (including also the non-resident species) into community and also into plots with restricted competition and monitoring their establishment and survival for several years, the research highlighted the important role of priority effects on species community composition, the importance of the biotic filter as one of the main drivers in composition of meadow species and suggested that species composition is necessary to compare with the appropriately defined species pool. Research in this thesis also compared different estimation methods of species pool assessment with experimentally determined species pool trying to find the most appropriate possibility of the estimation of species pool. Understanding the mechanisms of species co-occurrence in plant communities and determining the most important drivers of community assembly is one of the central questions in community ecology. Problematics of assembly rules is relatively difficult and most of the studies are based on null models, simulations, or observational methods rather than on experimental approach. This thesis focused on an experimental approach which can clarify many ecological mechanisms contributing to answer many questions related to assembly rules concept. Research in this thesis was focused both on stochastic and deterministic processes influencing the species community composition. Adding seeds or transplants of different species (including also the non-resident species) into community and also into plots with restricted competition and monitoring their establishment and survival for several years, the research highlighted the important role of priority effects on species community composition, the importance of the biotic filter as one of the main drivers in composition of meadow species and suggested that species composition is necessary to compare with the appropriately defined species pool. Research in this thesis also compared different estimation methods of species pool assessment with experimentally determined species pool trying to find the most appropriate possibility of the estimation of species pool. Keywords: abiotic filter; assembly rules; biotic filter; plant community; competition; co-occurrence; establishement; priority effect; sowing experiment; species pool; transplant experiment Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Assembly rules in plant communities

Understanding the mechanisms of species co-occurrence in plant communities and determining the most important drivers of community assembly is one of the central questions in community ecology. ...

ŠVAMBERKOVÁ, Eva
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2021

Reproductive form and function in trait-based plant ecology: from species to communities
CSERCSÁNÉ VOJTKÓ, Anna
2021 - English This thesis focuses on reproductive functional trait patterns across different spatial scales. The following sections document novel results and their relevance in modern plant functional ecological theory. The thesis evaluates evolutionary and environmental processes driving functional trait variability with a special focus on sexual and vegetative reproduction. First, the thesis provides a synthesis on the role of sexual reproductive functional traits in plant community assembly processes pointing to current knowledge gaps (Chapter I). Then, using publicly available databases as well as data from field measurements, the following sections aim at filling these knowledge gaps. On the species level, sexual reproductive traits are identified as one of the most important axes of variability in plant form and function (Chapter II). On the level of communities, functional and phylogenetic diversity is studied within and across different habitat types (Chapter III and IV). This thesis focuses on reproductive functional trait patterns across different spatial scales. The following sections document novel results and their relevance in modern plant functional ecological theory. The thesis evaluates evolutionary and environmental processes driving functional trait variability with a special focus on sexual and vegetative reproduction. First, the thesis provides a synthesis on the role of sexual reproductive functional traits in plant community assembly processes pointing to current knowledge gaps (Chapter I). Then, using publicly available databases as well as data from field measurements, the following sections aim at filling these knowledge gaps. On the species level, sexual reproductive traits are identified as one of the most important axes of variability in plant form and function (Chapter II). On the level of communities, functional and phylogenetic diversity is studied within and across different habitat types (Chapter III and IV). Keywords: plant community assembly; functional diversity; phylogenetic diversity; plant economic spectrum; floral traits; clonal traits Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Reproductive form and function in trait-based plant ecology: from species to communities

This thesis focuses on reproductive functional trait patterns across different spatial scales. The following sections document novel results and their relevance in modern plant functional ecological ...

CSERCSÁNÉ VOJTKÓ, Anna
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2021

Effect of distinct soil horizon and vegetation on soil microbiome abundance, composition, and activity of Arctic permafrost
VARSADIYA, Milankumar
2022 - English In the present work, I studied the abundance, composition, and activity of soil microbial communities involved in the decomposition of soil organic matter (OM) in different horizons and under distinct tundra vegetation of Arctic permafrost soils. Special emphasis was given to buried topsoil caused by cryoturbation processes. The enzyme activity and their stoichiometry were also analyzed to determine the limitation of microbial carbon, nitrogen, and phosphorus. I also applied the metatranscriptomics approach to study the active microbial community in a complex view of all three domains of life (bacteria, archaea, Eukaryota). With this approach, we could better understand the potential role of microbial interactions (e.g., bacterial predation) in the carbon and nitrogen cycles of permafrost soils. Keywords: Microbes; Soil organic matter; Climate change; Arctic Permafrost; Tundra Vegetation Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Effect of distinct soil horizon and vegetation on soil microbiome abundance, composition, and activity of Arctic permafrost

In the present work, I studied the abundance, composition, and activity of soil microbial communities involved in the decomposition of soil organic matter (OM) in different horizons and under distinct ...

VARSADIYA, Milankumar
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2022

Ekologie vybraných druhů poloparazitických rostlin z čeledi Orobanchaceae
BLAŽEK, Petr
2018 - English The thesis is focused on the ecology of grassland hemiparasitic Orobanchaceae species, with the focus on Rhinanthus spp., which are vulnerable to modern landscape changes. Various aspects of their population ecology were explored to provide comprehensive information about their ecological requirements. In addition, the parasitic effect of Rh. major on Calamagrostis epigejos was explored. Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Ekologie vybraných druhů poloparazitických rostlin z čeledi Orobanchaceae

The thesis is focused on the ecology of grassland hemiparasitic Orobanchaceae species, with the focus on Rhinanthus spp., which are vulnerable to modern landscape changes. Various aspects of their ...

BLAŽEK, Petr
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2018

Potravní chování nepůvodních druhů hlaváčovitých ryb
GEBAUER, Radek
2018 - English Global homogenisation of biota is observed at an ever-increasing rate, causing environmental and economic losses as well as emerging health risks. Ecological and economic consequences of biological invasions fuel the need for an urgent targeted and cost-effective management given the amount of invaders, vectors and pathways. We examined the effects of environmental and human-related factors on distribution of alien animal species richness in the Czech Republic (Central Europe). We compiled a set of maps showing the level of invasion of six categories of alien animal species in each of 628 grid cells (ca. 12.0 × 11.1 km) covering the Czech Republic. Relationships between alien species richness and 12 variables characterizing climatic conditions, topography, land cover, and human population size were calculated using the generalized least squares method. Species richness of all aliens, of invertebrates, and of terrestrial species showed the strongest positive relationship with mean annual temperature, while the number of black and grey (proposed prominent invaders) and aquatic species was most closely related to the presence of large rivers. Alien vertebrates showed a strong negative relationship with annual precipitation. The highest alien animal species richness was found in and near large population centres and in agricultural landscapes in warm and dry lowlands. The gateways for alien aquatic species are rather large rivers over sport fishing and aquaculture import. Two benthic fish species, round goby Neogobius melanostomus and western tubenose goby Proterorhinus semilunaris have recently expanded beyond their native ranges. Both species exert a detrimental effect on fish communities' structure directly via predation on fish eggs and indirectly via alterations of food webs. We quantified and compared the foraging behavior and efficiency of invasive N. melanostomus and alien P. semilunaris upon common carp Cyprinus carpio larvae at two temperature levels (20 and 25 °C) and in three different habitat structures (sand, cobbles, cobbles with artificial plant) using the functional response approach. Both alien predators showed type II FR in all temperature and habitat treatments. Intra-specific comparison showed no significant temperature dependency on assessed FR parameters, attack rate and handling time, suggesting broad temperature tolerance of both tested predators. The handling time did not differ between predators suggesting similar per capita ecological impact at high prey densities. Proterorhinus semilunaris showed a lower maximum feeding rate at 25 °C compared to the rest of treatments suggesting a lower temperature optima compared to N. melanostomus. Interspecific comparison showed similar values of handling time in cobble substrate and cobbles with artificial plant suggesting similar per capita ecological impacts of both aliens. Intraspecific comparison showed significantly lower values of handling time in both predators in habitat with cobbles reflecting higher maximum feeding rate. Therefore, impact of both invaders in such environment could elevate. Neogobius melanostomus showed higher attack rate in sandy habitat compared to P. semilunaris, while no significant differences were observed in other habitat treatments. Homogenizace bioty prostřednictvím tzv. biologických invazí nepůvodními organismy má narůstající tendenci reflektující nárůst světového obchodu a turismu. Biologické invaze způsobují environmentální a ekonomické škody, ale také závažná zdravotní rizika. Vzhledem k množství nepůvodních druhů, jejich vektorů a způsobů transportu vyvolávají důsledky biologických invazí potřebu naléhavého cíleného a finančně efektivního managementu. V kapitole 2 jsme zkoumali vliv environmentálních a demografických faktorů na distribuci druhového bohatství nepůvodní fauny v České republice. Zároveň jsme sestavili soubor map znázorňujících úroveň invaze nepůvodními druhy u šesti kategorií fauny v každém z 628 mapovacích kvadrátů (cca 12,0 × 11,1 km) pokrývajících Českou republiku. Vztahy mezi druhovou pestrostí a 12 faktory popisujícími klimatické podmínky, topografii, půdní pokryv a hustotu zalidnění byly vyhodnoceny pomocí metody GLM (zobecněné lineární modely). Druhové bohatství v kategoriích "všechny nepůvodní druhy", "nepůvodní bezobratlí" a "terestrické nepůvodní druhy" bylo nejsilněji korelováno se vzrůstající průměrnou teplotou. Kategorie "nepůvodní druhy uvedené na černém a šedém seznamu (významné nepůvodní druhy)" a "akvatické nepůvodní druhy" byly nejčastěji dokumentovány ve velkých řekách nebo jejich okolí. Kategorie "nepůvodních obratlovců" byla nejsilněji korelována s oblastmi s nízkými průměrnými srážkami. Nejvyšší druhová pestrost nepůvodní fauny byla dokumentována ve velkých populačních centrech a v jejich okolí a také v zemědělsky obdělávané krajině v teplých a suchých nížinných oblastech. Vstupní bránu pro nepůvodní akvatické druhy představují především velké řeky. Mezi nimi byly také dvě bentické ryby, hlaváč černoústý Neogobius melanostomus a hlavačka poloměsíčitá Proterorhinus semilunaris, které se v posledních dekádách významně rozšířily mimo své původní areály. Oba druhy mají škodlivý vliv na původní rybí společenstva, a to buď přímo predací jiker a plůdku, nebo nepřímo vlivem kompetice o potravní zdroje. V kapitolách 3 a 4 jsme kvantifikovali a porovnali potravní chování a efektivitu predace invazního hlaváče černoústého a nepůvodní hlavačky poloměsíčité při dvou teplotních režimech (20 a 25 °C) a ve třech různých habitatech (písek, kameny, kameny s umělou rostlinou) za pomoci tzv. srovnávací funkční odpovědi potravního chování. Jako kořist byl použit plůdek kapra obecného Cyprinus carpio. Oba nepůvodní predátoři vykazovali funkční odpověď potravního chování II. typu. Při vnitrodruhovém srovnání nebyl u hlaváče černoústého ani hlavačky poloměsíčité prokázán žádný signifikantní rozdíl mezi teplotními režimy u obou sledovaných parametrů funkční odpovědi, tj. u efektivity při vyhledávání kořisti a u doby zpracování kořisti. To naznačuje široké teplotní optimum obou druhů. Doba zpracování kořisti se mezi predátory nelišila. To ukazuje na stejný ekologický vliv per capita při vysokých hustotách kořisti. Hlavačka poloměsíčitá také prokázala nižší hodnoty maximálního příjmu potravy při 25 °C v porovnání s 20 °C a s hlaváčem černoústým při obou teplotních režimech. To svědčí o nižším teplotním optimu hlavačky v porovnání s hlaváčem. V kapitole 4 byla zjištěna stejná doba zpracování kořisti na kamenitém substrátu a na kamenech s umělou rostlinou. To naznačuje stejný ekologický vliv per capita na tvrdých substrátech jak u hlaváče černoústého, tak u hlavačky poloměsíčité. Při vnitrodruhovém srovnání projevili oba predátoři nejnižší dobu zpracování kořisti na kamenitém substrátu. Z toho vyplývá, že ekologický vliv obou predátorů v kamenitém prostředí je vyšší. Hlaváč černoústý prokázal vyšší efektivitu při vyhledávání kořisti v písečném habitatu v porovnání s hlavačkou poloměsíčitou, zatímco v ostatních habitatech nebyly dokumentovány žádné významné rozdíly. Keywords: biologické invaze; ekologický vliv; funkční odpověď; hlaváč černoústý; hlavačka poloměsíčitá Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Potravní chování nepůvodních druhů hlaváčovitých ryb

Global homogenisation of biota is observed at an ever-increasing rate, causing environmental and economic losses as well as emerging health risks. Ecological and economic consequences of biological ...

GEBAUER, Radek
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2018

Změna abundance mRNA, oxidativních produktů a aktivit antioxidačních enzymů spojených se stárnutím rybích oocytů
MOHAGHEGHI SAMARIN, Azadeh
2018 - English In fish, delayed spawning in nature, delayed egg collection in capture and delayed fertilization after egg stripping lead to excessive oocyte ageing and finally over-ripening. Until now there has been only poor understanding about the processes and underlying mechanism of oocyte ageing in fish as well as other vertebrates. Some studies on other vertebrates have suggested the oxidative stress as initiating factor for the progress of oocyte ageing. The present work investigated possible changes in the mRNA levels of transcripts involved in oxidative damage, mitochondrial function and stress response, with roles in fertilization, embryo development, transcriptional regulation and cell cycling as well as the ones related to the apoptosis during the egg over-ripening. This study investigated the oxidation status of oocytes during post-ovulatory ageing by measuring TBARs as the marker of lipid oxidation and carbonyls which shows the extension of protein oxidation. In addition the role of oxidative stress in the progress of oocyte ageing was assessed by evaluation the activity of antioxidant enzymes, CAT, SOD, GPX and GR. Possible changes in lipid class and fatty acid composition during fish oocyte aging were also examined. Egg viability parameters and larval ploidy levels were examined. Complete loss of egg viability for African catfish (Clarias gariepinus) occurred at 16 and 24 Hours Post Stripping (HPS) when eggs were stored at 25°C and 4°C respectively. Under both storage temperatures, the embryo mortality and larval malformation rates increased significantly over time and were the highest in the most aged oocytes. We determined the time in which the eggs retain their fertilizing ability 10 hours for tench (Tinca tinca) at 20 °C, 18 hours for goldfish (Carassius auratus) at 20 °C and 14 hours Post Ovulation (HPO) and more than 10 Hours Post Stripping (HPS) for common carp (Cyprinus carpio) at 20 °C. Our results demonstrated no significant changes in the mRNA levels of oxidative stress related genes and genes involved in cell cycling during the progress of oocyte ageing in any of species; African catfish, goldfish and common carp. Additionally, with elapsing time following ovulation the amount of TBARs and carbonyls, did not change in any of the oocytes from our experimented species; African catfish, tench, goldfish and common carp. However an increase in the mRNA abundance of apoptotic related genes were observed. Antioxidant enzyme analysis indicated no significant changes in the activity of CAT and SOD during post-ovulatory ageing of common carp, goldfish and tench oocytes. However, a significant decrease in the activity of GPX was observed during post-ovulatory ageing of tench oocytes which could play a major role in the overall drop of egg quality. This observation in GPX activity was not observed in common carp and goldfish oocytes. Besides the direct effects of oxidative stress on oocytes, also changes of fatty acid and lipid composition caused by oxidation could affect the functionality. We observed that post-ovulatory ageing of the oocytes does not change the fatty acids and lipid class composition of the oocytes. Therefore, according to our obtained results, oxidative stress is not the main initiator or promotor of the oocyte ageing process. However, complementary tests and analysis are required to clearly clarify its involvement. Increased mRNA levels of apoptotic related transcripts during oocyte ageing in this study demonstrates that apoptotic pathway might be involved in the molecular changes during the progress of oocyte ageing. Investigation of epigenetic changes associated with fish oocyte ageing seems to be interesting for future research works. Opožděná přirozená reprodukce či umělý výtěr oocytů, a také jejich pozdější oplodnění při umělém výtěru vede k jejich stárnutí a následně přezrávání. I v dnešní době jsou ovšem znalosti o procesu stárnutí oocytů ryb nebo vyšších obratlovců velmi omezené. Některé studie prováděné na vyšších obratlovcích předpokládají, že na stárnutím oocytů má největší vliv zejména oxidativní stres. Tato práce se zabývá možnými změnami v mRNA transkriptu, který je způsobený oxidativním poškozením buněk, mitochondriální funkcí a stresovou reakcí a souvisí s následnou oplozeníschopností oocytů, vývojem embryí, transkripční regulací a cyklem buněk, a také apoptózou během přezrávání oocytů. Tato práce také sleduje oxidativní stavy oocytů během post-ovulačního stárnutí pomocí hodnot TBAR jakožto ukazatele oxidace lipidů a karbonylů ukazujících na prodloužení oxidace proteinů. Dále byla role oxidativního stresu v průběhu stárnutí oocytů hodnocena pomocí sledování aktivity antioxidačních enzymů jako jsou: CAT, SOD, GPX a GR. Dalšími hodnocenými parametry byly změny v jednotlivých skupinách lipidů, mastných kyselin, životaschopnosti oocytů a ploidní úroveni vylíhnutých larev. V případě sumečka afrického (Clarias gariepinus) dochází k přezrání oocytů 16 hodin po výtěru při jejich uchovávání v teplotě 25°C a za 24 hodin po výtěru u jiker skladovaných při 4°C. V případě obou sledovaných teplot bylo pozorováno postupné zvyšování mortality a počtu deformovaných larev v průběhu jejich uchovávání. Nejvyšší mortalita a nejnižší kvalita larev byly zaznamenány u nejdéle uchovávaných oocytů. Dále byl u vybraných druhů ryb stanoven čas, po který si jejich oocyty stále zachovávaly vysokou oplozeníschopnost. U lína obecného (Tinca tinca) je to 10 hodin při teplotě 20 °C, u karase zlatého (Carassius auratus) 18 hodin při 20 °C a v případě kapra obecného (Cyprinus carpio) je to 14 hodin po ovulaci a 10 hodin po umělém výtěru při 20 °C. Z výsledků práce je patrné, že v průběhu stárnutí oocytů nedošlo k žádné průkazné změně mRNA genů týkajících se oxidativního stresu a genů zapojených do buněčného cyklu během procesu stárnutí oocytů u sumečka afrického, karase zlatého a kapra obecného. Navíc u sledovaných druhů nedošlo v průběhu stárnutí oocytů ke změně hodnot TBAR a karbonylů. Avšak bylo pozorováno zvýšené množství mRNA apopticky příbuzných genů. Analýza antioxidačních enzymů nezaznamenala významné změny v hodnotách CAT a SOD během stárnutí oocytů po jejich získání u kapra obecného, karase zlatého a lína obecného. Nicméně významně snížená aktivita GPX byla pozorována při stárnutí oocytů u lína obecného, která by mohla odhalovat její významou roli v celkovém poklesu kvality jiker. Zmíněná snížená aktivita GPX nebyla pozorována u oocytů kapra obecného a karase zlatého. Kromě přímých účinků oxidativního stresu na oocyty by mohly jejich funkčnost ovlivnit i změny kompozice mastných kyselin a lipidů, které jsou způsobené oxidací. Pozorovali jsme, že při stárnutí oocytů se nemění složení mastných kyselin a skupin lipidů v oocytech. Proto podle našich získaných výsledků není oxidativní stres hlavním iniciátorem nebo promotorem procesu stárnutí oocytů. Avšak komplementární testy a analýzy jsou potřebné k jasnému vysvětlení jeho vlivu a zapojení do celého procesu stárnutí oocytů. Zvýšené hladiny mRNA apoptoticky souvisejících transkriptů během stárnutí oocytů v této práci demonstrují, že apoptotická dráha může být zapojena do molekulárních změn během stárnutí oocytů. Studium epigenetických změn spojených se stárnutím rybích oocytů se jeví jako velmi zajímavý výzkumný směr pro budoucí vědecké studie. Keywords: stárnutí rybích oocytů; oxidativní stress; množství mRNA; antioxidační enzymy Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Změna abundance mRNA, oxidativních produktů a aktivit antioxidačních enzymů spojených se stárnutím rybích oocytů

In fish, delayed spawning in nature, delayed egg collection in capture and delayed fertilization after egg stripping lead to excessive oocyte ageing and finally over-ripening. Until now there has been ...

MOHAGHEGHI SAMARIN, Azadeh
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2018

Malacosporea and Sphaerospora sensu stricto: Myxozoan clades with unique biology and evolution
PATRA, Sneha
2017 - English The Malacosporea and Sphaerospora sesnsu stricto clade are the two most basal myxozoan clades. While the evolutionary older malacosporeans possess unique features resembling cnidarians, sphaerosporids are known for special developmental features and unique long insertions in the small and large subunits of the ribosomal DNA. This thesis aimed at elucidating the hidden biodiversity, describing special biological traits and tracing the evolutionary history of these two clades based on both, morphological and molecular data. Host-parasite phylogenetic congruence was studied to understand the evolutionary patterns of cospeciation and host switching. Keywords: Myxozoa; Malacosporea; Sphaerospora; Sphaerospora sesnsu stricto; Sphaerospora molnari; Tetracapsuloides; Phylogeny; Taxonomy; Evolution Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Malacosporea and Sphaerospora sensu stricto: Myxozoan clades with unique biology and evolution

The Malacosporea and Sphaerospora sesnsu stricto clade are the two most basal myxozoan clades. While the evolutionary older malacosporeans possess unique features resembling cnidarians, sphaerosporids ...

PATRA, Sneha
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2017

Computational Investigations of Biomolecular Systems and Comparison with Experiments in Various Environmental Conditions
KHABIRI, Morteza
2011 - English Computational methods were used to study two different types of biological systems. The first study is related to the effect of three different organic solvents (formamide, acetone and isopropanol) on the structure and behavior of three globular proteins. These enzymes belong to the haloalkane dehalogenase family: DhaA, LinB, and DbjA. Moreover, the effect of mutation in the presence of DMSO was also investigated in two variants of DhaA; DhaA57 (L95V+A172V) and DhaA80 (Thr148Leu+Gly171Gln+Ala172Val+Cys176Phe). The simulation results showed that except for DhaA80, organic solvents entered the active site and influence its hydration. Not only the active site but also the enzyme?s hydration shell is influenced by organic molecules. The results showed that the water molecules are stripped out from the enzyme surfaces. It seems that the dual nature of organic molecules makes them favorable to solvate the enzymes. Radial Distribution Function (RDF) of the different parts of each organic molecule reveals that the behavior of each organic solvent in the vicinity of hydrophobic surfaces is similar to their behavior at the air-water interface. Structural analysis of root-mean-square-deviations (RMSD) and B-factors reveals that the flexibility of the enzymes decreased in the presence of most organic solvents, mainly in the CAP domain. Changes of other structural properties like radius of gyration and total solvent accessible surface areas are minimal. DbjA exists as a dimer and is more influenced by organic molecules. They penetrate to the amino acid network between monomers and influence their motion. The second study is the interaction of voltage-gated potassium channel Kv1.3 wild type and its mutants (Kv1.3_V388C, Kv1.3_V388C_H399T) with scorpion toxin (ChTX). Since there is no structure for Kv1.3, 94% sequence identity with Kv1.2 structure was used to make a homology model based on the Kv1.2 structure. MD structural analyses reveal that mutation of V388C changes the stability of selectivity filter by interrupting the amino acid network interactions behind the selectivity filter. The interaction of ChTX is also affected by the single mutant. ChTX is able to block wild type and double mutant channels but cannot occlude the pore entirely. Introducing the second point mutation H399T in the pore region reverts the structural changes back to the wild type. These results are entirely consistent with experimental results. Additionally, the binding energy of ChTX with the wild type mKv1.3 was investigated by the potential of mean force method, in the presence and absence of KCl solution. The results both in experiment and simulation show that, even though the unbinding process and dissociation rate is changing in the present of K+ ions, the binding energy is independent of K+ concentration. All together, the combination of computer simulations together with experiments provides new knowledge about channel-toxin interactions which could be helpful for drug design. Práce se zabývá studiem dvou biologických systémů metodou počítačových simualcí. V prvním případě se jedná o studium vlivu tří roztoků organických látek (formamidu, acetonu a isopropanolu) na stukturu a chování tří globulárních bílkovin. Tyto enzymy patří do rodiny haloalkán dehalogenáz: DhaA, LinB a DbjA. Dále se zabývám vlivem mutací v přítomnosti DMSO na dva mutanty DhaA; DhaA57 (L95V+A172V) a DhaA80 (Thr148Leu+Gly171Gln+Ala172Val+Cys176Phe). Výsledky simulací ukázaly, že s výjimkou DhaA80, vstupují organické molekuly do aktivního místa enzymu a ovlivňují jeho hydrataci. Organické molekuly ovlivňují nejen aktivní místo enzymu, ale i jeho hydratační obal. Výsledky ukazují, že molekuly vody jsou odpuzovány z povrchu enzymu. Zdá se, že amfipatická povaha organických molekul z nich činní oblíbené solváty zkoumaných enzymů. Radiální distribuční funkce (RDF) rozdílných částí organické molekuly ukazuje, že chování jednotlivých roztoků organických molekul v blízkosti hydrofóbního povrchu a na rozhraní voda-vzduch je podobné. Strukturní analýza středních kvadratických odchylek (RMSD) a B-faktorů ukazuje, že flexibilita enzymů hlavně v oblasti CAP domény klesá v přítomnosti většiny organických roztoků. Změny ostatních strukturních vlastností jako poloměru rotace a celkového povrchu přístuponému solventu jsou minimální. DbjA se v roztoku vyskytuje jako dimer a je více ovlivněn organickými molekulami. Ty pronikají do oblasti vzájemného kontaktu monomerů a ovlivňují pohyb aminokyselin z této oblasti. Druhá studie se zabývá interakcemi napěťově řízeného draselného kanálu Kv1.3 ve standardní formě a s mutacemi (Kv1.3_V388C, Kv1.3_V388C_H399T) se štířím toxinem (ChTX). Protože neexistuje krystalová struktura pro Kv1.3, vytvořili jsme její homologní model na základě Kv1.2, se kterým má s Kv1.3 sekvenční identitu 94%. MD strukturální analýza ukazuje, že mutace V388C mění stabilitu selektivního filtru přerušením vzájemných interakcí aminokyselin za selektivním filtrem. Přítomnost jedné mutace rovněž ovlivňuje interakci ChTX s kanálem. Toxin částečně blokuje standardní a dvakrát mutovaný pór kanálu. Druhá bodová mutace H399T v oblasti póru vrátí strukturu na pozici jako ve standardním typu. Tyto výsledky jsou naprosto v souladu s experimentem. Dále se zkoumala vazebná energie ChTX se standardním mKv1.3 pomocí výpočtu potenciálu průměrné síly, buď s přidáním KCl do roztoku nebo bez něj. Výsledky shodně v simulaci i v experimentu ukazují, že přestože se v přítomnosti draselných iontů mění nevazebný proces a disociační konstanta, je vazebná energie nezávislá na koncentraci K+. Kombinace počítačových simulací s experimenty získává nové informace o interakcích kanálu s toxinem, které mohou být užitečné při navrhování léků. Keywords: molekulární dynamika; haloalkan dehalogenázy; roztoky organických látek; napětím řízené kanály; štírí toxiny; volná vazebná energie; průměrná síla potenciálu Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Computational Investigations of Biomolecular Systems and Comparison with Experiments in Various Environmental Conditions

Computational methods were used to study two different types of biological systems. The first study is related to the effect of three different organic solvents (formamide, acetone and isopropanol) on ...

KHABIRI, Morteza
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2011

A study of the effects of nitrite on fish and possible ways to reduce its negative impact
KROUPOVÁ, Hana
2007 - English Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. A study of the effects of nitrite on fish and possible ways to reduce its negative impact

KROUPOVÁ, Hana
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2007

Strukturní a funkční studie vybraných mutantů haloalkan dehalogenasy DhaA
STSIAPANAVA, Alena
2010 - English Structural biology is one of the most quickly growing fields of research in life sciences. X-ray diffraction analysis is the technique that allows direct visualization of protein structure at the atomic or near-atomic level. Structure solution of proteins and protein complexes by X-ray crystallography provides important insights into their mode of action. The haloalkane dehalogenase proteins represent objects of interest for protein engineering studies, attempting to improve their catalytic efficiency or broaden their substrate specificity towards environmental pollutants. In the present study, the structures of three haloalkane dehalogenase DhaA mutants DhaA04, DhaA14 and DhaA15 at atomic resolution are reported and compared to explore the effect of mutations on the enzymatic activity of modified proteins from a structural perspective. Besides that, in this work, the crystallization and initial X-ray diffraction characterization of DhaA wild type and its mutant variant DhaA13 in complex with environmental pollutant 1,2,3-trichloropropane and the crystallization of DhaA13 in complex with the fluorescence dye coumarin are described. Strukturní biologie je jednou z nejrychleji se rozvíjejících oblastí v biologických vědách. Rentgenová difrakční analýza je technika, která umožňuje přímou vizualizaci proteinových struktur na atomárním rozlišení. Řešení struktur proteinů a proteinových komplexů pomocí metod rentgenové difrakce poskytuje důležitý pohled na způsob jejich fungování. Haloalkan dehalogenasy jsou proteiny mající velký význam pro studie v proteinovém inženýrství, kdy je zájem soustředěn na zvýšení jejich katalytické účinnosti nebo rozšíření jejich substrátové specificity k ekologickým polutantům. V předkládané práci jsou detailně popsány nové struktury tří mutantních haloalkan dehalogenas DhaA04, DaA14 a DhaA15, které byly vyřešeny na atomárním rozlišení. Struktury jsou vzájemně srovnány s cílem objasnit efekt mutací na enzymovou aktivitu modifikovaných proteinů. Kromě těchto struktur jsou v práci charakterizovány krystalizační a strukturní studie divokého typu DhaA a jeho mutantní formy DhaA13 se substrátem 1,2,3-trichloropropanem a krystalizační experimenty s DhaA13 v komplexu s fluorescenčním barvivem kumarinem. Keywords: haloalkan dehalogenasa DhaA z Rhodococcus rhodochrous - mutantní formy - biokrystalizace - rentgenova difrakce - strukturní biologie Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Strukturní a funkční studie vybraných mutantů haloalkan dehalogenasy DhaA

Structural biology is one of the most quickly growing fields of research in life sciences. X-ray diffraction analysis is the technique that allows direct visualization of protein structure at the ...

STSIAPANAVA, Alena
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2010