Biochemie I

Sylabus

Přednášky

Úvod do předmětu. (Stoklasová 1)

Vliv ionizujícího záření na živé organismy. Radioizotopy využívané v lékařství. (Hroch 2)

Energetika chemických reakcí. I a II. věta termodynamiky. Základní pojmy. Exergonní a endergonní reakce. Rovnovážné stavy. Guldbergův-Waageův zákon. Dynamická rovnováha a ustálený stav.  (Hroch 1)

Kinetika chemických reakcí. Reakční rychlost, kinetické rovnice. Ovlivnění rychlosti chemické reakce. Aktivační energie. Katalyzátory, mechanismus jejich účinku. (Hroch 1)

Anabolismus a katabolismus. Makroergní sloučeniny. (Řezáčová 1)

Charakteristika disperzních soustav. Rozpouštění a rozpustnost. Elektrolyty, elektrolytická disociace, disociační konstanta. Aktivita iontů a iontová síla.  Osmotické a onkotické jevy. Koloidní stav.  Složení krve. (Köhlerová 3)

Teorie kyselin a zásad. Iontový součin vody, pH. Amfoterní elektrolyty. Soli, hydrolýza solí, součin rozpustnosti. Charakteristika pufrů, výpočet pH, kapacita. Pufrační systémy v živých organismech.  (Havelek 2)

Přehled alifatických a cyklických uhlovodíků - nasycené, nenasycené, aromatické. Uhlovodíky a jejich deriváty. Alkany, alkeny, alkyny, cykloalkany a aromáty; halogenderiváty, aminoderiváty, nitroderiváty, thioly, sulfidy, disulfidy a sulfonové kyseliny; alkoholy, fenoly, aldehydy, ketony. Karboxylové kyseliny, jejich funkční a substituční deriváty. Kyselina uhličitá a její organické deriváty. Výběr s ohledem na výuku biochemie. (Muthná 4)

Pětičlenné a šestičlenné heterocykly s jedním či více heteroatomy, významné deriváty z hlediska biochemie. Stručný přehled alkaloidů. Vitamíny jako kofaktory enzymů. (Řezáčová 2)

Biologicky významné peptidy. Bílkoviny, aminokyselinové složení, vztah ke konformaci molekuly bílkoviny. Konformace a její udržování - typy vazeb a interakcí. Fyzikálně chemické vlastnosti bílkovin. (Cerman 1)

Enzymy - složení a funkce, mechanismus účinku, kinetika enzymových reakcí, Michaelisova konstanta, vyjadřování aktivity enzymů, vliv prostředí na aktivitu enzymů, inhibice enzymových reakcí, názvosloví a třídění enzymů. Význam enzymů pro diagnostiku onemocnění. (Cerman 2)

Celkový přehled metabolismu. Citrátový cyklus a jeho regulace. Anaplerotické reakce napojené na citrátový cyklus. Oxidační dekarboxylace pyruvátu. (Řezáčová 1)

Oxidoredukční děje v aplikaci na živé systémy. Postavení kyslíku a vodíku v oxidoredukčních dějích. Biologické oxidace. Reaktivní formy kyslíku a dusíku. (Řezáčová 2)

Dýchací řetězec, popis přenašečů v dýchacím řetězci, jejich prostorové uspořádání, aerobní fosforylace. (Řezáčová 2)

Sacharidy - klasifikace, struktura, tvorba anomerů a glykosidové vazby, základní reakce a vlastnosti. Náhradní sladidla. Trávení a vstřebání sacharidů v trávicím traktu. Glykolýza, glukoneogeneze, pentosový cyklus, metabolismus glykogenu, fruktózy, galaktózy a uronových kyselin a jejich regulace. (Řezáčová 4)

Syntéza a degradace purinových a pyrimidinových nukleotidů. (Beránek 2)

Syntéza nukleových kyselin - replikace a transkripce, opravy, funkce. Proteosyntéza. (Beránek 2)  

Laboratorní cvičení a semináře

Vyučující prof. PharmDr. Martin Beránek, Ph.D. prof. MUDr. Martina Řezáčová, Ph.D. prof. MUDr. Jiří Stulík, CSc. doc. RNDr. Radim Havelek, Ph.D. doc. Ing. Miloš Hroch, Ph.D. doc. MUDr. Alena Stoklasová, CSc.

Mgr. Renata Köhlerová, Ph.D.

Mgr. Darja Koutová, Ph.D.

Mgr. Alena Mrkvicová, Ph.D.

PharmDr. Darina Muthná, Ph.D.

Mgr. Eva Peterová, Ph.D.

RNDr. Martin Uher, Ph.D.  

Semináře

Chemické reakce. Energetika a kinetika chemických reakcí. Radioaktivita. Základní výpočty v chemii. 

Roztoky, pH, pufry. Protolytické děje, výpočty pH a ředění roztoků. Osmotické děje , koloidní roztoky. Test.

Organické součeniny významné v biochemii I. Uhlovodíky, jejich prostorové uspořádání, základy názvosloví. Halogen-, nitro-, amino-, hydroxyderiváty, sirné deriváty, aldehydy a ketony a jejich reakce. Význam v biochemii. Test.

Organické součeniny významné v biochemii II. Karboxylové kyseliny a jejich funkční a substituční deriváty, základní reakce. Močovina a její deriváty. Význam v biochemii. Test.

Heterocyklické sloučeniny, alkaloidy. Vitamíny jako součást enzymů, význam v biochemii. Test.

Aminokyseliny, peptidy a bílkoviny; metody separace.

Syntetické materiály, užití v medicíně. Terpeny. Vitamíny rozpustné v tucích. Význam pro medicínu.

Enzymy, mechanismus účinku, enzymová kinetika, ovlivnění účinku enzymů, inhibice. Isoenzymy. Význam pro klinickou praxi.

Celkový přehled metabolismu. Fosforylace na úrovni substrátu. Citrátový cyklus. 

Biologické oxidace, dýchací řetězec, aerobní fosforylace. Reaktivní formy kyslíku a dusíku a jejich význam. Test.

Sacharidy I. Klasifikace, struktura, vlastnosti. Trávení a vstřebávání z trávicího traktu. Glykolýza a glukoneogeneze. 

Sacharidy II. Pentsový cyklus, metabolismus glykogenu, fruktózy, galaktózy a uronových kyselin.

Setkání s expertem: Studium genů a nukleových kyselin. Proteomika.

           Semestrální test.

Laboratorní cvičení

Bezpečnost práce. Úvod do spektrofotometrie.

Elektrochemické metody - potenciometrie. Titrační křivka slabé kyseliny.

Optické metody - spektrofotometrie. Ověření platnosti Lambert-Beerova zákona.

Vlastnosti pufrů. Měření pH pufru, stanovení kapacity acetátového pufru. Pufrační kapacita bílkovin.

Ovlivnění výsledků laboratorních vyšetření. Analytické chyby.

Vlastnosti aminokyselin a bílkovin. Stanovení isoelektrického bodu bílkovin.

Kinetika enzymových reakcí.

Specifičnost enzymové účinnosti a vliv prostředí - pH, specifičnost β-fruktofuranosidázy, teplota, koncentrace.

Chromatografické metody - gelová permeační chromatografie. Oddělení anorganických solí od bílkovin.  

Poznámky: Laboratorní cvičení - probíhají na Ústavu lékařské biochemie. Pro práci v laboratoři je třeba mít plášť a přezůvky s gumovou podrážkou, nelze použít návleky. Formuláře na protokoly jsou připraveny v programu MOODLE a lze si je stáhnout. Pro výpočty je třeba mít kalkulačku.

Anotace

Hlavní témata předmětu zahrnují: 1) Principy obecné, anorganické, fyzikální a organické chemie významné pro pochopení biochemických procesů. Zahrnují interakce mezi molekulami, vybrané biogenní prvky a jejich sloučeniny, izomerii, biochemicky významné organické sloučeniny a jejich přeměny typické pro organismus, mezinárodní názvosloví, termodynamiku a kinetiku chemických reakcí zaměřenou na biologické systémy, katalýzu, enzymy, koenzymy a vitamíny, roztoky a jejich vlastnosti, acidobazické děje, oxidoredukční děje a biologické oxidace, aminokyseliny, peptidy a bílkoviny. 2) Základní aspekty metabolismu se soustředí na celkový přehled metabolismu, dýchací řetězec a tvorbu makroergních sloučenin, vznik reaktivních forem kyslíku a dusíku, citrátový cyklus, metabolismus sacharidů, nukleové kyseliny a jejich metabolismus a proteosyntézu. 3) Základní laboratorní techniky v biochemii se zaměřují na potenciometrii, spektrofotometrii a chromatografii a jejich využití pro charakteristiku pufrů, stanovení katalytické koncentrace enzymů, ovlivnění výsledků laboratorních vyšetření (analytické chyby), či separaci bílkovin.

Výstupy: 1.Studující si upevní znalosti o průběhu chemických reakcí v aplikaci na živé systémy a jejich ovlivnění zevními podmínkami. 2.Studující získá základní představu o provázanosti jednotlivých metabolických dějů, což využije při jejich podrobnějším studiu včetně regulací na různých úrovních v navazujících předmětech. 3.Studující se seznámí se základními laboratorními technikami využívanými v biochemické laboratoři a zvládne zpracování výsledků a jejich zhodnocení. 4.Studující zvládne využít získané znalosti při řešení modelových kazuistik.