Požadavky znalostí k bakalářské státní závěrečné zkoušce z bioinformatiky

Matematika & informatika
1. Matematická analýza
o Posloupnosti a řady, konvergence, Cauchyovské posloupnosti.
o Reálně funkce jedné proměnné. Limita v bodě a spojitost. Derivace
funkcí: definice a základní pravidla, věty o střední hodnotě, derivace
vyšších řádů. Extrémy funkcí. Aplikace, např. průběh funkcí, Taylorův
polynom.
o Integrální počet. Primitivní funkce a Newtonův integrál. Určitý
(Riemannův) integrál a jeho použití.
2. Lineární algebra
o Soustavy lineárních rovnic, metody řešení.
o Matice, operace s maticemi. Hodnost matice, regulární matice a
inverzní matice. Odstupňovaný tvar matice.
o Základní algebraické struktury: grupy, tělesa, vektorové prostory.
Základní vlastnosti konečně generovaných vektorových prostorů,
vektorové podprostory. Báze a dimenze.
o Lineární zobrazení. Základní vlastnosti, maticová reprezentace,
skládání lineárních zobrazení.
o Skalární součin a norma. Vlastnosti v reálném i komplexním případě,
Cauchy-Schwarzova nerovnost. Kolmost. Ortogonální doplněk a jeho
vlastnosti, ortogonální projekce.
o Determinanty. Definice a základní vlastnosti determinantu. Úpravy
determinantů, výpočet.
o Vlastní čísla a vlastní vektory matic. Výpočet a základní vlastnosti.
Diagonální tvar matice, diagonalizovatelnost. Jordanův normální tvaru
(v obecném případě).
3. Kombinatorika, pravděpodobnost a statistika
o Binární relace, ekvivalence a částečná uspořádání. Kombinatorické
počítání: kombinační čísla, binomická věta, princip inkluze a exkluze.
o Teorie grafů. Základní pojmy teorie grafů: grafy a podgrafy,
izomorfismus. Stromy a jejich základní vlastnosti, kostra grafu.
Rovinné grafy, barvení grafů. Toky v sítícha aplikace. Souvislost grafů
(míra souvislosti), Mengerovy věta.
o Náhodné jevy, podmíněná pravděpodobnost, nezávislost náhodných
jevů. Náhodné veličiny, střední hodnota, linearita střední hodnoty.
Bodové odhady a testování hypotéz.
4. Algoritmy a datové struktury
o Časová složitost algoritmů. Metoda ,,rozděl a panuj'' - aplikace a
analýza složitosti, dynamické programování.
o Binární vyhledávací stromy, vyvažování, haldy.
o Třídění - sekvenční třídění, porovnávací algoritmy, přihrádkové
třídění, třídící sítě.
o Grafové algoritmy - prohledávání do hloubky a do šířky, souvislost,
topologické třídění, nejkratší cesta, kostra grafu, toky v sítích.
Tranzitivní uzávěr.
o Algoritmy vyhledávání v textu - Aho-Corasicková, KMP, sufixový
strom, sufixové pole. Algebraické algoritmy - DFT, Euklidův
algoritmus. RSA. Aproximační algoritmy. Automaty a gramatiky - typy
automatů a gramatik, vztahy, příklady.
5. Aplikovaná informatika
o Principy a základy implementace objektově orientovaných jazyků -
třída, dědičnost, polymorfismus, virtuální funkce, atd. Generické
programování a knihovny šablony a generika, kompilační
polymorfismus.
o Normální formy, referenční integrita. Základy SQL.
o Unix - základní pojmy (systém souborů, komunikace mezi procesy),
shell (syntaxe, programové konstrukty), základní utility.

Biologie
• Složení živých buněk - malé molekuly a makromolekuly, jejich
interakce, vlastnosti vody a vodných roztoků důležité pro život,
kyseliny, zásady a pufry, role vody v živých tělech,
• Stavba buňky, funkce buněčných kompartmentů, srovnání buněčné
stavby pro- a eukaryot, povrchové struktury buněk, význam
specifických struktur rostlinných buněk (buněčné stěny, plastidů,
vakuol) pro životní strategii rostlin
• Membrány - stavba, biogeneze a funkce membrán, membránové
proteiny, membránový potenciál a transmembránový přenos látek
• Struktury proteinů a nukleových kyselin - primární, sekundární, terciální
a kvartérní struktury, motivy a domény, supramolekulární komplexy
(ribosom, spliceosom, proteasom...); princip komplementarity bází,
primární a sekundární struktury DNA a RNA
• Enzymy a jejich vlastnosti - mechanismy katalýzý, regulace enzymové
aktivity, názvosloví enzymů
• Energetický metabolismus - makroergní fosfátové sloučeniny, glykolýza
a citrátový cyklus, fermentace, oxidativní fosforylace a transport
elektronů, fotosyntéza - celkový přehled, dílčí reakce a komplexy, jejich
lokalizace
• Zpracování genetické informace. Centrální dogma molekulární biologie,
struktura virových, pro- a eukaryotických genomů. Vertikální a
horizontální přenos dědičné informace. Transpozony, viry, epigenetická
dědičnost, priony
• Základy genetiky - Mendelovy zákony, základní pojmy, různé verze
definice genu. Intra- a intergenové interakce, genová vazba, genetické
aspekty sexuality, chromozomové určení pohlaví, pohlavně vázaná
dědičnost, mimojaderná dědičnost.
• Mutace a mutageneze - mutace genové, chromozomové a genomové,
molekulární podstata mutací, mutageny, reparace poškozené DNA
• Exprese genů a její regulace na úrovni transkripční, posttranskripční,
translační a posttranslační, genetický kód, syntéza a distribuce proteinů
v buňce, folding a účast chaperonů, posttranslační modifikace,
regulace stability proteinů
• Dynamika a funkce buněčných kompartmentů - endoplasmatické
retikulum, Golgiho komplex, vezikulární transport, endo- a exocytóza,
sekreční dráha a nitrobuněčné adresování proteinů, lyzosom, vakuoly,
peroxisom, hydrogenosom
• Funkční anatomie buněčného jádra - stavba jádra, jaderný obal,
organizace genetické informace, chromozomy, chromatin, jadérko
• Semiautonomní organely - evoluční historie, stavba, funkce, replikace a
exprese organelového genomu
• Cytoskelet - cytoskeletální proteiny, molekulární motory a jiné
asociované proteiny, interakce s dalšími buněčnými strukturami, úloha
v morfogenezi buňky a buněčném cyklu, růst a pohyb buněk
• Mezibuněčné spoje a mezibuněčná hmota –napojení buněk na
mezibuněčnou hmotu, složení a význam mezibuněčné hmoty; buněčná
stěna u prokaryot a eukaryot
• Buněčný cyklus a programovaná buněčná smrt - porovnání cyklu
prokaryotní a eukaryotní buňky, fáze cyklu, replikace DNA, u eukaryot
jaderné dělení, mitoza a meioza, rekombinace DNA, cytokineze,
apoptóza, buněčná onkogeneze
• Komunikace uvnitř buněk a mezi buňkami, mezibuněčný a
intracelulární přenos signálu, membránové a intracelulární receptory,
vybrané příklady signálních drah
• Principy základních metod molekulární biologie - metody analytické
separace makromolekul, PCR, sekvenování, molekulární klonování,
genomika, proteomika, transkriptomika. Modelové organismy v
molekulární biologii a genetice a jejich krátký popis a srovnání.
Nejvýznamnější sekvenační projekty
• Evoluce, různá její pojetí, významné události v dějinách teorie evoluce.
• Lamarckismus, darwinismus, neodarwinismus
• Mechanismy evoluce - drift, draft, evoluční tahy, genový tok, selekce
• Mutace jako zdroj evolučních novinek, typy mutací, náhodnost mutací
co do místa, času a směru
• Selekce - mechanismus, typy, úrovně
• Pohlavní výběr - intrasexuální a intersexuální selekce, epigamní znaky,
evoluce
• Speciace: mechanismy a typy speciací
• Evoluce pohlavního rozmnožování
• Homologie, analogie, plesiomorfie a apomorfie v evoluci organismů

Bioinformatika
- definice oboru- historie bioinformatiky – oblasti bioinformatiky- biologická data
- sekvenční srovnávání - dotplot – substituční tabulky – metody dynamického
programování–lokální a globální alignment – parwise versus multiple sequence
alignment
- hledání podobných sekvencí – Blast versus FASTA - statistické zhodnocení
významnosti nálezu - profilové metody (PSI-BLAST) – HMM metody
- hledání domén a motivů – predikce transmembránových proteinů – predikce
buněčné lokalizace a postranslačních modifikací
- databáze – vlastnosti databází – formáty dat- validace dat – významné
bioinformatické databáze
- strukturní srovnávání – hledání podobných struktur
- predikce struktury makromolekul
- fylogenetika – stavba stromů – základní metody tvorby stromů (ML, MP, NJ,
Bayes) – bootstrap analýza