Biochemie

Úspěšné absolvování předmětu F7PMLBCH je podmínkou pro zápis na předmět F7PMLILP1.

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva

Anotace:

Výuka předmětu je zaměřena na pokročilé laboratorní techniky biochemie. Teoretická příprava předpokládá zvládnutí znalostí z oblasti vlastností, funkce a analýzy biomolekul. Důraz bude kladen na techniky enzymologie a izolaci a purifikaci proteinů a nukleových kyselin. Laboratorní cvičení budou důslednou aplikací teoretických základů, studenti budou vedeni k precizní bioanalytické práci využitelné v mnoha oblastech výzkumné i diagnostické laboratorní praxe.

Požadavky:

Forma ověření studijních výsledků: dva testy v průběhu semestru (10 otázek) z přednesených témat a témat probraných v rámci laboratorních úloh formou otevřených otázek se stručnou odpovědí. Je nutno získat minimálně 50% bodů z každého testu. Neúčast na určeném termínu omlouvají pouze závažné zdravotní komplikace doložené lékařským potvrzením. Jeden kratší test proběhne v rámci přednášek v polovině semestru, závěrečný test doplněný dle potřeby ústním přezkoušením proběhne na konci semestru. Výsledná známka je průměrem výsledků testů.

Požadavky na studenta: 100 % účast na laboratorní praxi. Jednu absenci je možno řešit náhradou po dohodě s vyučujícím. Větší počet absencí bude řešen individuálně. V průběhu laboratorní praxe budou studenti řešit konkrétní laboratorní úlohy. K udělení zápočtu je nutné odevzdání a schválení všech protokolů laboratorních úloh.

Osnova přednášek:

Témata přednášek:

1.Živé systémy, jejich složení, organizace a charakteristika. Přehled látkového složení živých systémů. Význam nekovalentních interakcí v živé přírodě. Molekulová organizace a struktura buňky.

2.Biologické membrány. Chemické složení a struktura membrán. Vlastnosti biologických membrán, model fluidní mozaiky. Membránové proteiny a membránový transport.

3.Struktura nukleotidů a nukleových kyselin. Principy párování bazí. Konformace řetězce nukleové kyseliny. Faktory ovlivňující stabilitu DNA. Motivy sekundární struktury RNA. Ribozymy. Replikace, transkripce, translace a posttranslační modifikace

4.Proteiny a peptidy. Struktura a fyzikálně-chemické vlastnosti aminokyselin. Peptidová vazba, přírodní peptidy. Struktura proteinů: pořadí aminokyselin, konformace řetězců a prostorová struktura, strukturní motivy a domény. Fyzikálně chemické vlastnosti roztoků proteinů, hydrofobní efekt. Klasifikace proteinů, vztah struktury a biologické funkce. Faktory ovlivňující stabilitu proteinů. Metabolismus dusíkatých látek.

5.Metody přípravy rekombinantních proteinů. Příprava expresního konstruktu. PCR. Expresní systémy. Metody purifikace proteinů. Dialýza. Určování koncentrace roztoku proteinu. Zvyšování koncentrace roztoku proteinu.

6.Enzymy a biokatalýza. Klasifikace a názvosloví enzymů. Složení a molekulární vlastnosti enzymů, chemie koenzymů, koenzymy a vitaminy. Mechanismus působení enzymů.

7.Enzymová kinetika. Reakční kinetika enzymových reakcí, mechanismy enzymové katalýzy, kinetika Michaelise-Mentenové. Regulace činnosti enzymů, allosterie. Fyzikálně chemické faktory a látky ovlivňující enzymovou aktivitu. Typy a mechanismy inhibice.

8.Sacharidy: Nomenklatura sacharidů. Monosacharidy, glykosidy, oligosacharidy a polysacharidy. Složené sacharidy a heteroglykosidy, glykoproteiny. Metabolismus sacharidů a jeho poruchy (diabetes).

9.Lipidy. Charakteristika lipidů, jejich rozdělení, funkce. Hlavní skupiny lipidů. Jednoduché a složené lipidy. Izoprenoidy (izoprenoidní lipidy), lipoproteiny. Metabolismus lipidů.

10.Bioenergetika: Metabolismus a biochemické reakce. Chemická energie a Gibbsova energie, energetika biologických oxidoredukčních dějů. Přenašeče chemické energie, ukládání a čerpání energie z molekul ATP. Rovnovážná konstanta, definice standardního stavu biochemických reakcí. Energetické spřáhnutí, makroergní vazby a sloučeniny obsahující makroergní vazby (ATP, fosfokreatin, fosfoenolpyruvát atd.). Citrátový cyklus a glyoxylátový cyklus.

11.Krev: funkce, složení, sérum, plasma, krevní buňky, bílkoviny krevní plasmy – prealbumin, albumin a globuliny, zástupci α-globulinů, β-globulinů a γ-globulinů, fibrinogen – srážení krve – hemofilie A a B, proteinemie, albuminemie, dysproteinemie.

12.Klinická biochemie vnitřního prostředí. Intracelulární, extracelulární, intersticiální, intravaskulární a transcelulární tekutina. Koncentrace iontů v tělních tekutinách, osmolalita, onkotický tlak, hospodaření s elektrolyty, regulace hospodaření se sodíkem a vodou – antidiuretický hormon (diabetes insipidus), renin-angiotensin-aldosteronový systém, natremie, kalemie, chloremie, dehydratace a hyperhydratace isotonická, hypertonická a hypotonická. Acidobazická rovnováha krve a výměna plynů – metabolismus a protony, těkavé a netěkavé kyseliny, regulace stabilního fyziologického pH, pufrační systémy, respirační regulace, renální regulace, respirační acidóza, respirační alkalóza, metabolická acidóza, metabolická alkalóza, smíšené poruchy.

13.Biochemická vyšetření v endokrinologii (endokrinní, parakrinní a autokrinní regulace, tkáňové hormony a mediátory; struktura hormonů. Mechanismy působení hormonů, negativní a pozitivní zpětná vazba. Hypothalamo-hypofyzální systém, liberiny a statiny, antidiuretický hormon, oxytocin. Gonadotropiny, adrenokortikotropní hormon, thyreostimulační hormon, růstový hormon, prolaktin. Štítná žláza – trijodthyronin, thyroxin; nadledviny – kortisol a aldosteron; pohlavní žlázy – gonády – folikulstimulující a luteinizační hormon – menstruační cyklus a spermatogeneze – estradiol, progesteron, testosteron. Hyperfunkční a hypofukkční hypofyzální syndromy. Cushingův a Connův syndrom, Addisova choroba. Biochemická vyšetření v onkologii (vlastnosti nádorových buněk, tumorové markery – vlastnosti ideálního markeru, oblasti užití, buněčné a humorální, onkofetální antigeny, onkoplacentární antigeny, proliferační tumorové markery, enzymy, hormony a jejich metabolity, sérové proteiny, okultní krvácení. Nekróza, apoptóza. Laboratorní vyšetření v kardiologii (kardiální troponiny, natriuretické peptidy).

14.Věrohodnost a variabilita výsledků laboratorního vyšetření (preanalytické, analytické a postanalytické vlivy, statistika, referenční hodnoty, vlastnosti laboratorní metody z analytického a klinického hlediska, pravdivost, správnost, citlivost, specifičnost, biologická variabilita měřeného parametru, diagnostická citlivost, diagnostická specifičnost, vypovídající hodnota testu, kontrola kvality laboratorního vyšetření).

Osnova cvičení:

Témata laboratorních cvičení:

Laboratorní cvičení budou probíhat 1x za 14 dní ve 4hodinových blocích.

1.Nukleové kyseliny – Polymerázová řetězová reakce (PCR), stanovení opakujících se sekvencí (Alu repeats).

2.Izolace a purifikace proteinů z buněčného lyzátu, stanovení výtěžku metodou dle Bradfordové.

3.Enzymologie 1 – Izolace enzymu laktátdehydrogenázy ze srdečního svalu, purifikace a stanovení aktivity.

4.Enzymologie 2 – Stanovení pH optima enzymu alfa-amylázy, stanovení aktivity jodometrickou titrací.

5.Sacharidy – izolace z různých materiálů, purifikace, stanovení koncentrace redukujících sacharidů metodou dle Nelsona-Somogyho.

6.Extrakce a izolace lipidů z přírodního materiálu.

7.Imunochemické metody ELISA, imunoelektroforéza.

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

•MCMURRY, John. Organická chemie. Přeložil Jan BUDKA, přeložil Radek CIBULKA, přeložil Dalimil DVOŘÁK, přeložil Jaroslav KVÍČALA, přeložil Pavel LHOTÁK, přeložil Jiří SVOBODA. Brno: Vysoké učení technické v Brně, nakladatelství VUTIUM, 2021. Překlady vysokoškolských učebnic, svazek 8. ISBN 978-80-708-0930-3.

•KODÍČEK, Milan, Olga VALENTOVÁ a Radovan HYNEK. Biochemie: chemický pohled na biologický svět. 2. přepracované vydání. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2018. ISBN 978-80-7592-013-3.

Doporučená literatura:

•NELSON, L. David and Michael M. COX. Lehninger's Principles of Biochemistry. 8th Edition. New York: W. H. Freeman and Comp. 2021. ISBN 978-1319228002.

•VOET, Donald. Principles of Biochemistr. John Wiley & Sons Inc, 2018. ISBN 9781119451662.

•NELSON, L. David and Michael M. COX. Lehninger Principles of Biochemistry. 8th ed. W. H. Freeman, 2021. ISBN-13-978-1319228002.

•BERG, M. Jeremy, Lubert STRYER, John TYMOCZKO and Gregory GATTO. Biochemistry, 9th ed. WH Freeman, 2019. ISBN 1319114652.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterský studijní program Biomedicínské laboratorní metody (povinný předmět)