Studijní program Biochemie (Navazující magisterský)

Obsah a rozsah státní závěrečné zkoušky

 

Státní závěrečná zkouška pro studenty oboru biochemie sestává ze tří předmětů:

pokročilá biochemie
molekulární biologie a genetika
biotechnologie

Státní závěrečná zkouška studentů oboru biomolekulární chemie sestává z hlavního předmětu biomolekulární chemie, a dvou volitelných předmětů ze skupiny: 

Molekulové modelování a bioinformatika

Experimentální metody strukturní biologie

Molekulární biologie a genetika

Biofyzika

Státní závěrečná zkouška pro studenty oboru analytická biochemie  sestává z hlavního předmětu  analytická biochemie a dvou volitelných předmětů ze skupiny:

klinická biochemie a patobiochemie

imunologie a imunochemie
molekulární biologie a genetika
instrumentální analytická chemie

Státní závěrečná zkouška studentů oboru bioinformatika a chemoinformatika sestává z hlavního předmětu bioinformatika a chemoinformatika, a dvou volitelných předmětů ze skupiny:

biochemie

fyzikální chemie

organická chemie

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z hlavních předmětů a vedlejších předmětů jsou uvedeny níže. 

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z Pokročilé biochemie

 

1. Biochemické metody

Extrakce, purifikace a kvantifikace proteinů (pufry, detergenty, chemická a mechanická lýze buněk, solubilizace inkluzních tělísek, metody stanovení celkového obsahu proteinů a analýzy jejich směsí, nechromatografické metody purifikace - frakcionace, ultrafiltrace, diferenciální centrifugace, preparativní elektroforéza a izoelektrická fokusace, chromatografické metody - gelová permeační, iontově výměnná, chromatofokusace, hydrofobní, afinitní, kovalentní, kvantifikace postupu purifikace)

Stanovení relativní molekulové hmotnosti biopolymerů (elektroforéza v polyakrylamidu s SDS, gelová permeační chromatografie, hmotnostní spektrometrie, rozptyl světla, centrifugační metody)

Určení prostorové struktury biopolymerů (CD a IR spektrometrie, NMR, rentgenostrukturní analýza)

Studium interakce makromolekula-ligand (rovnovážná dialýza a další metody založené na fázové separaci, spektroskopické techniky, izotermická titrační kalorimetrie, použití biosenzorů, zpracování dat a získání hodnot parametrů vazby)

 

2. Enzymologie

Enzymová aktivita a její měření (způsoby vyjadřování enzymové aktivity, standardizace podmínek, příklady měření fotometrických, fluorimetrických, luminometrických, kalorimetrických a měření s použitím pH státu, analýza izoenzymového složení, význam katalytických koncentrací enzymů v klinické biochemii)

Kinetika jednosubstrátové enzymové reakce (rovnovážné a stacionární přiblížení, rovnice Michaelise a Mentenové v diferenciálním a integrálním tvaru, význam a experimentální stanovení Michaelisovy konstanty a limitní rychlosti, prestacionární kinetika)

Inhibice enzymových reakcí (typy reversibilní inhibice a jejich diagnostika, inhibice substrátem a produktem, vysokoafinitní reverzibilní inhibitory, ireverzibilní inhibice - afinitní značení, inaktivace závislá na reakčním mechanismu, analoga přechodového stavu, farmakologický význam inhibitorů)

Kinetika vícesubstrátových enzymových reakcí (klasifikace kinetických mechanismů a jejich znázornění pomocí  Clelandovy symboliky, kinetické rovnice, experimentální rozlišení mezi jednotlivými mechanismy, primární a sekundární grafy, inhibice produkty, analogy substrátů, izotopová výměna)

Regulace enzymové aktivity (regulace na úrovni biosyntézy a odbourávání molekul enzymu, aktivace proenzymů/zymogenů, reverzibilní kovalentní modifikace, protein fosforylasy a protein fosfatasy, alosterické enzymy, regulační místa hlavních metabolických drah)

Imobilizované enzymy (používané nosiče, chemické metody imobilizace, kinetika imobilizovaných enzymů, vnější a vnitřní difuze substrátu, vliv imobilizace na kinetické parametry, pH optimum a stabilitu enzymu, význam imobilizovaných enzymů pro praxi)

Enzymy jako činidla,  značky a reportéry (stanovení analytů s použitím rozpustných enzymů, rovnovážné a kinetické metody, enzymové biosenzory - rozdělení podle měřené elektrické veličiny, analytické charakteristiky a příklady použití, enzymová imunoanalýza, enzymy jako markery genové exprese)

Chemické mechanismy enzymové katalýzy (acidobasická katalýza, nukleofilní a elektrofilní katalýza, kovalentní katalýza, příklady účasti konkrétních aminokyselinových zbytků a kofaktorů)

 

3. Bioenergetika

Makroergní sloučeniny (hlavní zástupci, vznik ATP fosforylací na úrovni substrátu, oxidační fosforylací a fotofosforylací, adeninnukleotidová hotovost buňky, fosfokreatin, mechanismy využití ATP k pohánění buněčných procesů)

Elektrontransportní řetězce v produkci energie (principy organizace elektrontransportních řetězců u mitochondrií, chloroplastů a bakterií, donory a akceptory respirací, mechanismy vzniku protonového gradientu, souvislost s biogeochemickými cykly prvků v přírodě)

 

4. Fyziologická biochemie a biochemie regulací

Molekulové motory (bakteriální bičíky, rotační katalýza v ATP synthase, kinesiny, dyneiny, myosiny, cytoskeletální transport, činnost svalů, řasinek a bičíků)

Biochemie buněčných organel a kompartmentů (mitochondrie, plastidy, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, lysosomy, peroxisomy, vakuoly - metabolické funkce, biogeneze)

Mezibuněčná a vnitrobuněčná signalizace (formy mezibuněčné komunikace, hormony jako první/vnější poslové, receptory, struktura transmembránových receptorů, heterotrimerní G-proteiny a jejich efektory, druzí/vnitřní poslové - cAMP, cGMP, inositoltrisfosfát, Ca²⁺, NO, diacylglycerol, fosfoinositidy)

Integrace a regulace energetického metabolismu u člověka (metabolismus svalů, tukové tkáně, jater, ledvin a mozku, meziorgánový transport, hormonální regulace, poruchy energetického metabolismu, hladovění, diabetes)

Metabolismus xenobiotik (metabolické přeměny cizorodých lipofilních látek, enzymy prvé fáze - oxidační, redukční a hydrolytické, enzymy druhé fáze - konjugační a nekonjugační, regulace tvorby, příčiny toxicity některých xenobiotik)

Sekundární metabolity (acetátová, šikimátová, mevalonátová a deoxyxylulosafosfátová dráha jako zdroje prekurzorů a příklady výsledných produktů, neribosomové peptidy, alkaloidy)

 

Literatura:

• Voet, D., Voet, J.G.,: Biochemistry. 4rd ed. Hoboken : John Wiley & Sons, 2011.

• Voet, D., Voet, J.G Pratt, C.W.: Fundamentals of biochemistry :life at the molecular level. 3rd ed. Hoboken, N.J. : John Wiley & Sons, 2008.

• Voet, D., Voet, J.G: Biochemie, Victoria Publishing, 1990.

• Vodrážka,Z. Biochemie, 2. vyd., Praha : Academia, 2007.

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z biochemie

1. Základy obecné biochemie

Struktura a funkce aminokyselin, peptidů a bílkovin, metody jejich studia. Imunoanalýza bílkovin, složení bílkoviny. Struktura a funkce nukleových kyselin. Metabolismus bílkovin (degradace a biosynthesa). Mechanismus deaminace, transaminace a dekarboxylace aminokyselin,detoxikace amoniaku (tvorba amidů a močoviny). Oxidační dekarboxylace a-oxokyselin jako multienzymový systém. Syntéza mastných kyselin. Deriváty cukrů důležité v metabolismu. Glykolýza a glukoneogeneze. Pentosový cyklus a jeho význam. Krebsův cyklus a glyoxylátový cyklus. Fotosyntetická tvorba hexos (C3 a C4 rostliny). Štěpení tuků a jeho kompartmentace. Složení a biosyntéza fosfolipidů, glykolipidy. Principy regulace metabolismu na enzymové a buněčné úrovni (kovalentní modifikace, allosterie, druhý posel, membránové receptory, G proteiny, proteinkinasy). Biochemie hemoglobinu. Přehled hormonů a mechanismus účinku. Přehled a význam vitamínů. Membránový transport, přenašeče a kanály. Xenobiochemie, cytochrom P450.

2. Enzymologie
Stavba enzymů, pojmy holoenzym, apoenzym, kofaktor, koenzym, kosubstrát, prostetická skupina. Charakteristické rysy enzymové katalýzy, výklad specifity působení enzymů. Mnohočetné formy enzymů, multienzymy. Názvosloví enzymů. Aktivita, molekulová aktivita, aktivita katalytického místa, katalytická koncentrace, specifické aktivita. Konvenční jednotky enzymové aktivity. Izolace enzymů, kvantitativní hodnocení purifikačního postupu. Chemické mechanismy enzymové katalýzy, příklady účasti konkrétních aminokyselinových zbytků a kofaktorů. Kinetika reakčního mechanismu Michaelise a Mentenové Význam kinetických parametrů vmax (vlim) a Km. Vliv faktorů prostředí (teplota, pH) na rychlost enzymové reakce.
Typy reverzibilní inhibice a jejich diagnostika. Inhibice substrátem a produktem. Ireverzibilní inhibice - afinitní značení, inaktivace závislá na reakčním mechanismu. Klasifikace kinetických mechanismů vícesubstrátových reakcí a experimentální rozlišení mezi jednotlivými mechanismy. Kooperativní jevy při enzymové katalýze. Metody imobilizace enzymů. Vliv imobilizace na kinetické parametry, pH optimum, teplotní závislost aktivity a stabilitu enzymu. Stanovení analytů s použitím rozpustných enzymů. Enzymové biosenzory - rozdělení podle měřené elektrické veličiny, analytické charakteristiky, příklady použití. Enzymová imunoanalýza.
Nejdůležitější prakticky používané enzymy.
 

3. Bioenergetika
Formy energie v živých organismech a jejich vzájemné přeměny.Přehled makroergních sloučenin. Příklady mechanismů konzervace energie na úrovni substrátu. Mechanismy membránového transportu. Přenašeče, iontové kanály, ionofory. Membránové transportní ATPasy. Enzymy, prostetické skupiny a elektronové přenašeče v bioenergeticky významných redoxních reakcích. Umělé donory a akceptory. Izolace, ultrastruktura a metabolické aktivity mitochondrií. Transport proteinů, anorganických iontů a metabolitů přes mitochondriální membrány. Mitochondriální respirace a oxidační fosforylace. Termogeneze v hnědé tukové tkáni. Aerobní respirace u chemoorganotrofních a chemolithotrofních bakterií. Anaerobní respirace. Bakteriorhodopsinová fotosynthesa. Anoxygenní a oxygenní fotosynthesa závislá na (bakterio) chlorofylu, kooperace dvou fotosystémů v oxygenní fotosyntéze. Mechanochemické přeměny energie, molekulární motory. Bioenergetika a cykly biogenních prvků v přírodě.
 

4. Klinická biochemie
Osmolalita vnitřního prostředí. Ukazatelé acidobasické rovnováhy. Bílkoviny krevní plasmy, glykované formy. Lipoproteiny, transport lipidů krví. Přenos kyslíku (typy a funkce hemoproteinů). Biochemické parametry jaterních funkcí. Funkce ledvin, kreatininová clearence, typy proteinurie. Intermediární metabolismus u diabetes mellitus. Geneticky podmíněné poruchy metabolismu aminokyselin. Stanovení enzymových aktivit v klinické laboratoři. Isoenzymy - význam pro klinickou enzymologii. Problémy ve výživě, ukazatelé proteosyntézy a katabolických stavů.
 

5. Metody biochemického výzkumu
Principy a uplatnění separačních metod (chromatografické, elektromigrační, centrifugační aj.). Určování molekulové hmotnosti biopolymerů (centrifugační, sephadexy, elektroforéza v polyakrylamidu s SDS). Metody ke studiu konformace biopolymerů (UV-spektrometrie, fluorimetrie, ORD a CD, rentgenostrukturní analýza). Sledování interakcí makromolekul s ligandy a jejich vyhodnocení (rovn. dialýza, molekulová síta, centrifugace, optické metody). Studium rychlých reakcí optickými metodami (metoda zastaveného toku). Radiometrické studium metabolismu.

Literatura:

• Voet, Voetová: Biochemie, Victoria Publishing, 1990

• B. Škárka, M. Ferenčík: Biochemia, Alfa, Bratislava 1987

• V. Dadák, I. Kučera: Nové poznatky z bioenergetiky, skriptum, SNTL, Praha 1988

• L. Macholán a kol.: Enzymologie, skriptum, PF MU 1994, Brno

• O. Červinka a kol.: Chemie org. sloučenin II., SNTL, Praha 1985

• Vodrážka,Z. Biochemie, 2. vyd., Praha : Academia, 1999

• Karlson, Peter - Gerok, Wolfgang - Gross, W. Pathobiochemie. 1. vyd. Praha :Academia, 1987

• Racek, Jaroslav. Klinická biochemie. 1. vyd. Praha : Galén, 1999
   

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z biomolekulární chemie  

1. Obecná biochemie a enzymologie

 

1.    Genetický kód, replikace DNA, transkripce.

2.    Metabolismus proteinů (degradace a biosynthesa). Mechanismus deaminace, transaminace a dekarboxylace aminokyselin, detoxikace amoniaku.

3.    Metabolismus sacharidů, glykolýza a glukoneogeneze, pentosový cyklus.

4.    Metabolismus lipidů a jeho kompartmentace.

5.    Oxidační dekarboxylace alfa-oxokyselin a Krebsův cyklus.

6.    Dýchací řetězec, oxidativní fosforylace, fotosyntéza.

7.    Principy regulace na úrovni enzymů a genů, signální dráhy.(kovalentní modifikace, allosterie, regulace genové exprese, druhý posel, membránové receptory, G proteiny, proteinkinasy).

8.    Základní metody molekulární biologie (mutageneze, klonování, exprese proteinů).

9.    Stavba enzymů, pojmy holoenzym, apoenzym, kofaktor, koenzym, kosubstrát, prostetická skupina, multienzymové komplexy, mechanismy enzymové katalýzy.

10. Kinetika enzymové katalýzy, aktivita, Michaelisova konstanta, vliv faktorů prostředí, inhibice.

 

2. Strukturní biologie

 

1.    Struktura proteinů. Popis struktury (souřadnice, torzní úhly), konformace peptidové páteře.

2.    Typy sekundárních struktur proteinů, terciární struktura (základní prvky trojrozměrné struktury, motivy, domény), vyšší struktury, interakce definující prostorové uspořádání proteinů.

3.    Struktura nukleových kyselin. Popis struktury (souřadnice, torzní úhly, helikální parametry), konformace páteře a pentosového kruhu.

4.    Sekundární struktury nukleových kyselin, rozdíly mezi DNA a RNA, interakce definující prostorové uspořádání nukleových kyselin.

5.    Struktura oligosacharidů a polysacharidů, konformace.

6.    Sekvenace DNA a proteinů.

7.    Studium konformace biomakromolekul optickými metodami (CD, IR).

8.    Krystaly biopolymerů a jejich příprava, principy difrakčních technik, sběr difrakčních dat.

9.     Získávání map elektronových hustot z difrakčních dat, řešení fázového problému.

10.  Výstavba, upřesňování a kontrola správnosti strukturního modelu v rentgenové krystalografii.

11. Principy nukleární magnetické rezonance, popis NMR experimentu, NMR proteinů a nukleových kyselin

12. Metody přiřazení rezonancí v NMR spektroskopii proteinů a nukleových kyselin.

13. NMR experimenty pro určení geometrie biomakromolekul, výpočet struktur, sledování dynamiky.

14. Molekulové modelování, popis geometrie, výpočet energie, hyperplocha potenciální energie a energetické bariéry.

15. Molekulová mechanika a dynamika, silová pole, popis intermolekulárních interakcí, konformační analýza, docking.

16. Metody kvantové chemie, přehled metod (semiempirické, ab initio, DFT), studium chemické reaktivity a enzymové katalýzy.

17. Experimentální metody studia interakcí a stability biomakromolekul.

18. Biologické databáze (proteinové a genomové, primární, sekundární a složené), analýza DNA sekvence (struktura genu, expresní profil, cDNA a EST).

19. Párové přiložení sekvencí, identita a podobnost lokální a globální. Mnohonásobné přiložení sekvencí, konsensus sekvence.

20. Predikce proteinových struktur (předpovídání sekundární, super-sekundární a terciální struktury).

 

 

Literatura:

·        Šípal, Z. Biochemie; Státní pedagogické nakladatelství: Praha, 1992; Roč. 1.

·        Macholán, L. Enzymologie; 2nd ed. Masarykova univerzita: Brno, 1994.

·        Skála, L. Kvantová teorie molekul; 1st ed. Karolinum: Praha, 1994.

·        Drenth, J. Principles of Protein X-Ray Crystallography; Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K, 1994.

·        Branden, C.; Tooze, J. Introduction to Protein Structure; 2nd ed. Garland Science, 1999.

·        Leach, A. Molecular modelling: principles and applications; 2nd ed. Prentice Hall: Harlow  England;New York, 2001.

·        Attwood, T.; Parry-Smith, D. Introduction to Bioinformatics; 1st ed. Benjamin Cummings, 2001.

·        Finkelstein, A. V.; Ptitsyn, O. Protein Physics: A Course of Lectures; 1st ed. Academic Press, 2002.

·        Cramer, C. Essentials of computational chemistry: theories and models; 2nd ed. Wiley: Chichester  West Sussex  England;Hoboken  NJ, 2004.

·        Rhodes, G. Crystallography Made Crystal Clear, Third Edition: A Guide for Users of Macromolecular Models; 3rd ed. Academic Press, 2006.

·        Cavanagh, J. Fairbrother, W. J. III, A. G. P. Skelton, N. J.; Rance, M. Protein NMR Spectroscopy, Second Edition: Principles and Practice; 2nd ed. Academic Press, 2006.

·        Neidle, S. Principles of Nucleic Acid Structure; 2nd ed. Academic Press, 2007.

·        Levitt, M. H. Spin Dynamics: Basics of Nuclear Magnetic Resonance; 2nd ed. Wiley, 2008.

·        Boyd, D. B. Reviews in Computational Chemistry; 2nd ed. Wiley-VCH, 2008.

·        Lesk, A. M. Introduction to Protein Science: Architecture, Function, and Genomics; 2nd ed. Oxford University Press, USA, 2010.

·        Lewars, E. G. Computational Chemistry; Springer Netherlands: Dordrecht, 2011.

·        Voet, D. Biochemistry; 4th ed. John Wiley & Sons: Hoboken  NJ, 2011.

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z Molekulového modelování a bioinformatiky

 

1. Molekulové modelování

 

1. Srovnání molekulového modelování s experimentem. Rozlišení a přesnost výpočetních metod. Modely a jejich validace. Kritické srovnání s experimentálními metodami s jednomolekulárním rozlišením.

2. Kvantová podstata mikrosvěta. Schrödingerova rovnice. Hamiltonův operátor. Vlnová funkce. Energie. Bornova-Oppenheimerova aproximace. Koncept hyperploch potenciální energie.

3. Hyperplochy potenciální energie. Stacionární body, jejich charakterizace a význam. Optimalizační metody. Lokální a globální minima.

 

4. Kvantově chemické metody. Variační a poruchový přístup. Báze. Jednoelektronová aproximace. Hartreeho-Fockova limita a korelační energie. Dělení kvantově chemických metod.

 

5. Reakční cesty a konformační přeměny. Reakční koordináta. Hledání tranzitních stavů. Vztah potenciální energie k termodynamickým veličinám. Primární a sekundární izotopový efekt.

 

4. Molekulová mechanika. Základní rovnice silového pole. Atomové náboje a jejich výpočet. Přehled silových polí. Reakční silové pole.

 

5. Molekulová dynamika. Ergodická hypotéza. Pohybové rovnice. Přehled numerických integračních metod. Délka integračního kroku. Strategie prodlužování integračního kroku.

 

6. Implicitní a explicitní modely rozpouštědel. Periodické okrajové podmínky. Dalekodosahové interakce. Ewaldova sumace.

 

7. Simulace za konstantní teploty a tlaku. Výpočet vlastností systému z molekulárně dynamických simulací. Přehled výpočtů volných energií.

 

8. Molekulární docking. Skórovací metody. Prohledávací algoritmy. Virtuální screening.

 

9. Hybridní kvantově chemické (QM) / molekulově mechanické (MM) přístupy. Kovalentní vazby na rozhraní QM/MM. Interakce mezi QM a MM zónami. Hledání reakčních mechanizmů enzymatických reakcí.

 

10. Racionální návrh proteinů. Konstrukce modifikovaných proteinů. Vyhodnocování vlastností modifikovaných proteinů.

 

 

2. Bioinformatika

 

1. Databáze biologických dat. Molekulárně-biologická data. Rozdělení biologických databází (primární, sekundární, strukturní,  genomové). Složené databáze. Instituce pro správu bioinformatických dat. Formát a anotace záznamů v databázích. Vyhledávání v databázích (textové vyhledávání, sekvenční přiložení).

2. Sekvenční přiložení. Párové a mnohočetné přiložení. Základní algoritmy, matice. Přiložení nukleotidové a aminokyselinové sekvence. Význam a použití přiložení pro analýzu dat.

3. Predikce ORF. Čtecí rámce, překlad nukleotidové sekvence do proteinové, genetický kód. Nástroje pro překlad nukleotidových sekvencí.

4. Predikce genů. Predikce genů u prokaryot. Predikce genů u eukaryot. Chyby při predikci. Programy a nástroje pro identifikaci genů.

5. Design primerů.  Základní charakteristiky primerů a jejich význam. Softwarové nástroje pro design primerů. Použití primerů.

6. Analýza specifických nukleotidových sekvencí – palindromy. Palindromy a restrikční štěpení. Restrikční analýza in silico. Molekulárně biologické vektory. Tvorba rekombinantních molekul a klonování.

7. Fylogenetická evoluční analýza. Fylogeneze, fylogenetická data. Molekulární fylogenetická data. Fylogenetický strom, tvorba fylogenetických stromů.

8. Predikce vlastností a funkce proteinů. Základní fyzikálně-chemická charakteristika proteinu (izoelektrický bod, extinkční koeficient, molekulová hmotnost). Predikce lokalizace proteinu u prokaryot (Gram pozitivní, Gram negativní bakterie) a eukaryot.

9. Predikce sekundární struktury proteinů (algoritmy a nástroje). Vyhledávání funkčních a strukturních motivů v sekvencích, predikce funkce proteinů. Databáze strukturních a funkčních motivů.

10. Predikce terciární struktury proteinů. Homologní modelování. Threading. Predikce ab initio. Srovnání jednotlivých metod, validace modelů. Databáze struktur, vizualizace struktur.    

 

Literatura

·         Cramer, C. Essentials of computational chemistry: theories and models. Wiley: Chichester  West Sussex  England;Hoboken  NJ, 2004.

·         Leach, A. Molecular modelling: principles and applications. Prentice Hall: Harlow  England;New York, 2001.

·         Lewars, E. G. Computational Chemistry. Springer Netherlands: Dordrecht, 2011.

·         Skála, L. Kvantová teorie molekul. Karolinum: Praha, 1994.

·         Alvarez, J. & Shoichet, B. Virtual screening in drug discovery. Taylor & Francis: Boca Raton, 2005.

·         xx. Jan Šmarda, Jiří Doškař, Roman Pantůček, Vladislava Růžičková, Jana Koptíková. Metody molekulární biologie. Masarykova univerzita: Brno, 2005.

·         xx. Koonin, E. V. & Galperin, M. Y. Sequence - Evolution – Function. Computational Approaches in Comparative Genomics. Kluwer Academic: Boston, 2003.

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z Experimentálních metod strukturní biologie

1. Rentgenová a neutronová difrakce

 

1. Krystalizace proteinů, termodynamický (entalpie, entropie) a kinetický pohled (nukleace a růst krystalu) na krystalizaci, popis fázoveho diagramu krystalizace. Popis krystalizačních technik pro proteiny .

2. Symetrie molekul, operace symetrie, 1D, 2D a 3D prostorove grupy. Popis základních krystalografických buněk (translace, centrosymetrie).

3. Vznik difrakce, interferenční jevy, rozptyl rentgenového záření, Bragova rovnice, Fourierova transformace, Rozptylový faktor, Strukturní faktor, Friedlovy páry a Bijvoetovy páry.

4. Popis stolního difraktometru a porovnání se synchrotronem (zdroj RTG záření, goniostat, detektor). Sběr difrakčních dat (kryoprotekce, termický pohyb, radiační poškození, rozlišení, intezita).

5. Zpracování snímků – indexace a integrace (kontrola prostorové grupy, strategie, profilová analýza). Ewaldova sféra, reciproký prostor, Millerovy indexy. Slučování a škálování dat, SCALA, systematické absence.

6. Fázový problém (amplituda vs. fáze). Řešení: Molekulární nahrazení (rotace, translace). Anomální rozptyl (SAD, MAD), inflexe, rozptylové faktory, Pattersonova mapa, SIR, MIR, SIRAS, MIRAS.

7. Tvorba modelu. Fitovaní do elektronové hustoty. REFMAC, Coot. Molekulová dynamika, váhy a „maximum likehood“. Validace proteinové struktury, R-faktory, B-faktor, Ramachandranův graf a PROCHECK.

8. Neutronová difrakce a porovnání s X-ray difrakcí. Horké a studené neutrony. Určení vodíku v proteinové struktuře. Nulový rozptyl a kontrastní rozdíl.

9. Cirkulární dichroismus, cirkulárně polarizované světlo, interakce s hmotou. Optická rotační disperze, chiralita. Využití pro sledování proteinových struktur (sekundární struktura, terciární struktura, metalloproteiny). Experimentální limitace.

10. Dynamický rozptyl světla (DLS, dynamic light scattering), monodisperzita, polydisperzita. Rayleighův rozptyl, Brownův pohyb, anizotropie, hydrodynamický poloměr. Určování velikosti molekul a středního efektivního průměru.

 

Literatura

·         Marek, J. a Trávníček Z. Monokrystalová rentgenová strukturní analýza. Olomouc: Vydavatelství Univerzity Palackého, 2002.

·         Giacovazzo, C. Fundamentals of Crystallography. 2nd Edition, Oxford University Press, 2002.

·         Bergfors, T. M. Protein Crystallization: Second Edition, Oxford University Press, 2009.

·         Berova N., Nakanishi K., and Woody R. W. Circular Dichroism: Principles and Applications. Second ed., Wiley, 2000.

·         PECORA R. Dynamic Light Scattering: Applications of Photon Correlation Spectroscopy,  Springer, 1985.

 

 

 

2. Nukleární magnetická rezonance

 

1. Základní principy: magnetický dipól, rezonanční podmínka, NMR spektrometr, Fourierova spektroskopie, klasický popis - Blochovy rovnice, relaxační procesy - spin-mřížková a spin-spinová relaxace, Fourierova transformace, citlivost měření.

2. Dynamika spinových systémů: základní vlastnosti nukleárního spinového systému, teorie matic hustoty, maticové representace, operátory, spinový Hamiltonián v Hilbertově representaci, teorie průměrného Hamiltoniánu, součinový operátorový formalismus, Hamiltonián v součinové bázi, složené rotace, pozorovatelné veličiny.

3. 1D Fourierova spektroskopie: excitační sekvence, principy spinového echa, měření relaxačních časů, přenos polarizace, metody INEPT a DEPT, složené pulzy, homo- a hetero-nukleární decoupling, pulzní gradienty.

4. 2D Fourierova spektroskopie: základní principy a formální teorie detekce NMR ve dvou frekvenčních dimenzích, koherenční stezky.

5. Základní metody 2D spektroskopie: korelace chemických posunů - COSY, J-rozlišená spektroskopie, měření spin-spinových skalárních interakcí, korelace dipól-dipólových interakcí - NOESY spektroskopie, fázové cykly, varianty pro měření homo- a hetero-nukleárních spinových systémů, editace spekter.

6. NMR experimenty pro sekvenční přiřazení frekvencí proteinů – HNCA, HN(CO)CA, HNCACB, CBCA(CO)NH, přiřazení postranních řetězců – TOCSY-HSQC.

7. Získávání strukturních parametrů: měření vzdáleností vodíkových atomů, určování dihedrálních úhlů, zbytkové dipólové interakce v částečně orientovaných mediích, rekonstrukce prostorové struktury makromolekul, vázaná molekulová dynamika pro výpočet struktury.

8. NMR spektroskopie nukleových kyselin – korelace v bazích a v cukrfosfátové páteři, sekvenční přiřazení – metody založené na NOE a heteronukleární korelaci.

9. Molekulové pohyby a NMR relaxace, časové škály, interakce způsobující relaxaci, teoretický popis relaxace, korelační funkce, funkce spektrální hustoty, relaxační rychlosti – měření, vyhodnocení a interpretace.

10. Chemická a konformační výměna, vliv na tvar čáry, využití NMR pro studium vazby ligandu a jiných pomalých dějů – kinetická a termodynamická informace.

 

Literatura

·         Keeler, J. Understanding NMR Spectroscopy,; Wiley, Chichester, 2005.

·         Levitt, M. H. Spin dynamics. Basics of Nuclear Magnetic Resonance; Wiley, Chichester, 2001.

·         Cavanagh, J. Fairbrother, W. J. III, A. G. P. Skelton, N. J.; Rance, M. Protein NMR Spectroscopy, Second Edition: Principles and Practice; 2nd ed. Academic Press, 2006.

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z Analytické biochemie

1. Pokročilá biochemie
Genetický kód, replikace DNA, transkripce. Metabolismus proteinů (degradace a biosynthesa). Mechanismus deaminace, transaminace a dekarboxylace aminokyselin,detoxikace amoniaku (tvorba amidů a močoviny). Oxidační dekarboxylace a-oxokyselin jako multienzymový systém. Syntéza mastných kyselin. Deriváty cukrů důležité v metabolismu. Glykolýza a glukoneogeneze. Pentosový cyklus a jeho význam. Krebsův cyklus a glyoxylátový cyklus. Fotosyntetická tvorba hexos (C3 a C4 rostliny). Štěpení tuků a jeho kompartmentace. Složení a biosynthesa fosfolipidů, glykolipidy. Principy regulace metabolismu na enzymové a buněčné úrovni (kovalentní modifikace, allosterie, regulace genové exprese, druhý posel, membránové receptory, G proteiny, proteinkinasy). Biochemie hemoglobinu. Přehled hormonů a mechanismus účinku. Přehled a význam vitamínů. Membránový transport, přenašeče a kanály. Xenobiochemie, cytochrom P450.

2. Obecná a aplikovaná enzymologie
Stavba enzymů, pojmy holoenzym, apoenzym, kofaktor, koenzym, kosubstrát, prostetická skupina. Charakteristické rysy enzymové katalýzy, výklad specifity působení enzymů. Mnohočetné formy enzymů, multienzymy. Názvosloví enzymů. Aktivita, molekulová aktivita, aktivita katalytického místa, katalytická koncentrace, specifické aktivita. Konvenční jednotky enzymové aktivity. Izolace enzymů, kvantitativní hodnocení purifikačního postupu. Chemické mechanismy enzymové katalýzy, příklady účasti konkrétních aminokyselinových zbytků a kofaktorů. Kinetika reakčního mechanismu Michaelise a Mentenové Význam kinetických parametrů vmax (vlim) a Km. Vliv faktorů prostředí (teplota, pH) na rychlost enzymové reakce.
Typy reverzibilní inhibice a jejich diagnostika. Inhibice substrátem a produktem. Ireverzibilní inhibice - afinitní značení, inaktivace závislá na reakčním mechanismu. Klasifikace kinetických mechanismů vícesubstrátových reakcí a experimentální rozlišení mezi jednotlivými mechanismy. Kooperativní jevy při enzymové katalýze. Metody imobilizace enzymů. Vliv imobilizace na kinetické parametry, pH optimum, teplotní závislost aktivity a stabilitu enzymu. Stanovení analytů s použitím rozpustných enzymů. Enzymové biosenzory - rozdělení podle měřené elektrické veličiny, analytické charakteristiky, příklady použití. Enzymová imunoanalýza. Nejdůležitější prakticky používané enzymy.

3. Metody biochemického výzkumu
Principy a uplatnění separačních metod (chromatografické, elektromigrační, centrifugační aj.). Určování molekulové hmotnosti biopolymerů (centrifugační, sephadexy, elektroforéza v polyakrylamidu s SDS). Metody ke studiu konformace biopolymerů (UV-spektrometrie, fluorimetrie, ORD a CD, rentgenostrukturní analýza). Sledování interakcí makromolekul s ligandy a jejich vyhodnocení (rovn. dialýza, molekulová síta, centrifugace, optické metody). Studium rychlých reakcí optickými metodami (metoda zastaveného toku). Radiometrické studium metabolismu. Biosenzory, jejich základní typy, principy jejich konstrukce. Studium afinitních interakcí pomocí biosenzorů. Metody kovalentní imobilizace biomolekul.

Literatura:

• Voet, Voetová: Biochemie, Victoria Publishing, 1990

• B. Škárka, M. Ferenčík: Biochemia, Alfa, Bratislava 1987

• V. Dadák, I. Kučera: Nové poznatky z bioenergetiky, skriptum, SNTL, Praha 1988

• L. Macholán a kol.: Enzymologie, skriptum, PF MU 1994, Brno

• Vodrážka,Z. Biochemie, 2. vyd., Praha : Academia, 1999

 

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z chemoinformatiky a bioinformatiky

 

Chemoinformatika

Reprezentace a manipulace s 2D strukturami molekul. Způsoby vyjádření 3D struktur molekuly

Molekulární deskriptory

Modely pro studium kvantitativních vztahů mezi strukturou a aktivitou látek (QSAR modely)

Modely pro predikci fyzikálně chemických vlastností molekul na základě jejich struktury (QSPR modely)

Návrh QSPR modelu a výběr deskriptorů

Lineární a multilineární regrese v QSPR modelu

Metriky kvality QSPR modelu

Nelineární QSPR modely

Aplikace QSPR modelů pro predikci konkrétních veličin (pKa, log P)

Virtuální screening v chemoinformatice: “drug-likeness”, virtuální screening založený na struktuře ligandu, virtuální screening založený na struktuře receptoru

Deskriptory ADMET (adsorbce, distribuce, metabolismus, exkrece a toxicita),využití dokingu ve virtuálním screeningu, skórovací funkce

Chemoinformatické databáze: Databáze struktur molekul (DTP NCI, Pubchem, Drugbank, Zinc), databáze vlastností molekul a databáze deskriptorů. Vyhledávání v těchto databázích.

Moderní metodiky zpracování chemoinformatických dat: genetické algoritmy, neuronové sítě, analýza klastrů, support vector machines

 

Bioinformatika

Molekulárně biologické databáze. Vyhledávání genů.

Přiložení páru sekvencí (sequence alignment). Principy, programy. Vícesekvenční příložení (multiple sequence alignment)

Predikce genů, fylogenetická evoluční analýza

Predikce sekundárních struktur proteinů, základní strukturní 2D a 3D motivy

Vztahy sekvence-funkce, sekvenční homologie, konzervované úseky, proteinové rodiny

3-D topologie proteinů, předpověď 3-D struktury, threading

Studium exprese genů pomocí bioinfomatiky. Predikce promotorů, nekódující úseky nukleových kyselin, transkripční faktory.

Anotace genomů. Automatická anotace, její správnost, zdroje chyb.

Fylogenetická analýza, fylogenetické stromy, principy.

Posttranslační modifikace a jejich význam. Predikční algoritmy.

Bioinformatický potenciál sacharidů, glykom.

Protein data bank (PDB) – práce s databází, validace, struktur, zdroje chybných strukturních dat.

Predikční nástroje pro nukleové kyseliny. 2D, 3D struktura, repetice, význam.

Design primeru a mutageneze.  Rozdílné přístupy ve vyhledávání primerů pro odlišné účely, možnosti mutageneze in vitro a in silico.

Alignment metabolických drah, metabolom.

Virtuální screening v bioinformatice, specifika databází, vazebná místa proteinů.

 

Molekulové modelování

Molekulové modelování (principy molekulového modelování, validace a predikce)

Kvantová mechanika (Bornova-Oppenheimerova aproximace, koncept hyperploch potenciální energie)

Hyperplochy potenciální energie (význam, optimalizační metody, hledání lokálních a globálních minim a tranzitních stavů, výpočet termodynamických veličin)

Molekulová mechanika (silová pole, dalekodosahové interakce, modelování rozpouštědel, periodické okrajové podmínky)

Molekulová dynamika (vývoj systému v čase, pohybové rovnice, kontrola teploty a tlaku, vlastnosti systému)

Speciální metody (Monte Carlo simulace, hrubozrné modely)

 

Moderní metody analýzy genomu

Čipové technologie (CGH, SNP, resekvenační, expresní, proteinové čipy)

Sekvenování nové generace (454, SMRT, sequencing by synthesis, sequencing by ligation, iontorent)

Metody pro analýzu miRNA

Aplikace nových technologíí v genomice, transkriptomice, epigenomice

Analýza extrahumánního genomu – problematika oportunních infekcí

Detekce chimérismu u pacientů po transplantaci krvetvorných kmenových buněk

Další technologické přístupy: Fluidigm, Sequenom, Luminex, Nanostring

 

Návrh algoritmů

Délka výpočtu, složitost algoritmu, složitost problému.

Fundamentální datové struktury: Seznamy, zásobníky a fronty.

Binární vyhledávací stromy, vyvážené stromy, representace množin.

Řadicí algoritmy: Řazení rozdělováním, slučováním, haldou, dolní odhad složitosti.

Základní grafové algoritmy: Representace grafů. Procházení grafu do hloubky a do šířky.

Dijkstrův algoritmus. Minimální kostry grafu.

  

 

 

Literatura:

• Gasteiger, J.; Engel, T.: Chemoinformatics: a textbook. Weinheim: Wiley-VCH, 2003.
• Bajorath, J.: Chemoinformatics Concepts, Methods, and Tools for Drug Discovery. Humana Press Totowa, New Jersey, 2004.
• Hodgman, C. T.; French, A.; Westhead, D. R. Bioinformatics. 2nd ed. New York: Taylor & Francis, 2010.
• Zvelebil, M.; Baum, J. O.: Understanding bioinformatics. New York, N.Y.: Garland Science, 2008.
• Jensen, Frank: Introduction to Computational Chemistry, John Wiley & Sons, Chichester, 2007.
• Leach, Andrew R.: Molecular Modelling: Principles and Applications, 2001
• Janitz M: Next-Generation Genome Sequencing: Towards Personalized Medicine. Heidelberg: Wiley-VCH; 2008.
• Cormen, T. H.; Leiserson, C. E.; Rivest, R. L.: Introduction to algorithms. Cambridge: MIT Press, 1990.
• Skiena, S. S.: The algorithm design manual. New York: Springer, 1998.

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z Biotechnologie

 

1. Obecné parametry bioprocesů.

 

Míchání, laminární a turbulentní tok v bioreaktorech, dopad na vlastnosti produkčních organismů.

Rozdíly mezi laboratorním, poloprovozním a provozním měřítkem, přenos parametrů bioprocesu do většího měřítka.

Přestup hmoty v soustavách kapalina – plyn. Aerace v bioprocesu, určení objemového koeficientu přestupu kyslíku, biochemické a biotechnologické parametry optimální aerace.

Kinetika bioprocesů. Kinetika růstu biomasy v jednorázovém procesu. Kinetika spotřeby substrátu a tvorby produktu, určení udržovacího koeficientu.

Odumírání a autolýza buněk.

Základní principy kontinuální kultivace. Rovnovážný stav v chemostatu a vyplavování kultury, odhad zřeďovací rychlosti z údajů jednorázového procesu.

Imobilizované biokatalyzátory, biotechnologický význam, rozdíly mezi volnými a imobilizovanými enzymy a buňkami. Dopad imobilizace na parametry reakce. Základní typy bioreaktorů s imobilizovanými biokatalyzátory, význam kinetických rovnic popisujících daný reaktor.

 

 

2. Biochemické a biologické principy vybraných biotechnologických procesů.

 

Sekundární metabolismus a biotechnologie, biochemické principy.

Výroba piva. Suroviny a hlavní fáze výroby, působení amylas, pivovarské kvasinky, průběh kvašení a dokvašování.

Výroba vína. Suroviny a hlavní fáze výroby, vinné kvasinky, průběh hlavního kvašení a dokvašování.

Produkce biomasy jako zdroje bílkovin. Obnovitelné a neobnovitelné suroviny, organismy, základní principy procesů.

Biotechnologie v ochraně životního prostředí. Bioremediace, biochemické a biologické principy a praktická řešení: biodegradace uhlovodíků, likvidace toxických kovů, důlní odpady. Bioplyn, biopaliva, řasy v biotechnologii. Bioelektřina (princip buněčných palivových článků).  

 

 

Literatura:

 

• Alexander M., Biodegradation and Bioremediation. Academic Press, San Diego 1994.

• Doran P.M., Bioprocess Engineering Principles, Academic Press, London 1995.

• Evans G.M., Furlong J.C., Environmental Biotechnology, John Wiley & Sons, Chichester 2011.

• Faber K., Biotransformations in Organic Chemistry. Springer, Berlin 1997.

• Glazer A.N., Nikaido H., Microbial Biotechnology, 2nd ed. Cambridge University Press 2007.

• Kaštánek F., Bioinženýrství. Academia, Praha 2001.

• Katoh S., Yoshida F., Biochemical Engineering, Wiley-VCH, Weinheim 2009.

• Ratledge C, Kristiansen B., Basic Biotechnology, 3rd ed. Cambridge University Press 2010.

• Singh S.N., Tripathi R.D., Environmental Bioremediation Technologies. Springer, Berlin 2007.

• Stanbury P.F., Whitaker A., Hall S.J., Principles of Fermentation Technology, 2nd ed. Elsevier, Oxford 1995.

• Yeh W.K., Yang H.C., McCarthy J.R. (eds), Enzyme Technologies. John Wiley & Sons, Hoboken 2010.

 

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z klinické biochemie a patobiochemie

 

Klinická biochemie

• Předmět a organizace klinické biochemie. Specifické rysy klinicko-biochemické analytiky, charakteristiky preanalytické, analytické a postanalytické fáze laboratorního vyšetření. Analytické a klinické požadavky na klinicko-biochemickou analýzu.

• Biologický materiál. Materiál pro klinicko-biochemická vyšetření, zásady správného odběru materiálu, jeho transportu a uchovávání. Mimoanalytické vlivy ovlivňující výsledek vyšetření.

• Analýza moče. Kvalitativní analýza, semikvantitativní metody, diagnostické proužky. Morfologická analýza močového sedimentu.

• Analýza anorganických látek. Analýza iontů, plamenová fotometrie, AAS, ISE, absorpční fotometrie, enzymové metody. Celková koncentrace a aktivita iontů. Principy stanovení: sodíku, draslíku, vápníku, hořčíku, železa, chloridů, hydrogen- a dihydrogenfosfátů.

• Osmolalita. Stanovení, výpočet, osmolalita séra a moče, poruchy osmolality, stanovení pH, pCO₂, pO₂.

• Analýza nízkomolekulárních organických látek. Analytické principy a zvláštnosti. Využití enzymů jako analytických činidel. Chinoniminová reakce. Principy stanovení glukosy, močoviny, kyseliny močové, bilirubinu, kreatininu, lipidů.

• Analýza plazmatických bílkovin. Celkové bílkoviny, albumin, elektroforéza bílkovin, hemoglobin a glykované proteiny.

• Imunoanalýza. Antigen, protilátky, interakce Ag-Ab, precipitační křivka, křížová reaktivita, značené imunochemické metody. EIA – homogenní a heterogenní, ELISA – jednoduchá a sendvičová, přímá, nepřímá, kompetitivní. Imunoprecipitační metody. Imunoaglutinační metody.  Imunochromatografie.

• Stanoveni katalytické koncentrace enzymů. Metoda konstantního času, kinetická metoda, optický test, spřažené reakce. Princip stanovení katalytické koncentrace vybraných enzymů a jejich diagnostický význam: AST, ALT, ALP, GMT, AMS, CK, LPS, ACP, CHE. Isoenzymy.

• Mechanizace a automatizace v klinické biochemii. Analyzátory, jejich rozdělení. Diagnostické soupravy. Organizace práce v klinicko-biochemické laboratoři, laboratorní a nemocniční informační systémy.

• Statistika a chemometrie v klinické biochemii. Základní pojmy. Kontrola kvality. Validace, verifikace, nejistota. Přesnost, bias. Kontrolní a kalibrační materiál. Referenční materiály, referenční metody. Srovnávání metod, zavádění metod. Referenční hodnoty a referenční interval, diskriminační hodnota. Kritická diference.

• Standardizace v klinické biochemii. Význam a cíle standardizace. Standardizace v národním a mezinárodním měřítku.

• Laboratorní diagnostika vybraných onemocnění. Nekrózy myokardu, chronického srdečního selhání, poruch metabolismu sacharidů, metabolického syndromu.

 

Patobiochemie

• Fyziologie a patofyziologie tělních tekutin a elektrolytů. Rozdělení tělních tekutin, osmotický tlak. Hospodaření s vodou a elektrolyty (Na+, K+, Cl−). Regulace vnitřního prostředí.

• Funkce ledvin. Anatomie a fyziologie ledvin, vylučování odpadních látek. Ledvinový funkční test, clearance. Akutní a chronické onemocnění ledvin.

• Acidobazická rovnováha a její regulace, transport plynů. Pufrační systémy krve. Hemoglobin, jeho role při regulaci pH, transport O_2; a CO₂. Respirační a metabolické poruchy, jejich kompenzace. Úloha jater a ledvin v udržování ABR.

• Metabolismus cukrů. Diabetes mellitus (DM). Transportéry, využití glukosy tkáněmi, metabolismu glukosy v resorpční a postresorpční fázi. Hormonální regulace metabolismu glukosy. Funkce insulinu a glukagonu. Klasifikace diabetu - diabetes I. a II. typu. Diagnostika DM. Komplikace při DM, diabetická ketoacidosa.

• Metabolismus lipidů a lipoproteinů.  Rozdělení lipoproteinů, základní chemická, fyzikální a fyziologická charakteristika. Syntéza a metabolismus. Cholesterol. Dyslipoproteinemie.

• Biochemie jater. Anatomie a normální funkce jater. Metabolismus žlučových barviv. Zvýšená koncentrace bilirubinu - ikterus. Jaterní funkční test, klinicky důležité jaterní enzymy. Alkohol.

• Biochemie trávení. Slinivka břišní. Anatomie gastrointestinálního traktu. Endokrinní a exokrinní funkce pankreatu, funkční test. Pankreatitidy. Trávení a resorpce sacharidů, proteinů a lipidů. Enterohepatální oběh žlučových kyselin.

• Biochemie kostní tkáně. Metabolismus fosforu, hořčíku, vápníku. Kalcitonin, parathyroidní hormon, kalcitriol. Poškození kostí, osteoporosa.

• Biochemie svalu.  Sarkomera, kontrakční a regulační proteiny, enzymy.   Mechanismus kontrakce a relaxace kosterního svalu, odlišnosti v kontrakci a relaxaci myokardu a buněk hladkého svalu. Vznik a účinek oxidu dusnatého. Energetika svalové kontrakce a relaxace.

• Onemocnění srdce a hypertenze. Enzymy a důležité bílkoviny srdečního svalu. Akutní infarkt myokardu. Regulace krevního tlaku.

• Vrozené metabolické poruchy. Základní rozdělení, typy dědičnosti, prenatální diagnostika, novorozenecký screening. Vybrané dědičné choroby – fenylketonurie, alkaptonurie, hyperhomocysteinemie, choroba javorového sirupu, galaktosemie, intolerance fruktosy, poruchy metabolismu purinů, hemoglobinpatie, cystická fibróza.

• Endokrinologie - regulace na úrovni organismu. Regulace na úrovni organismu Řízení hormonální hladiny. Mechanismus účinku hormonů. Thyreoidální diagnostika, reprodukční endokrinologie.

• Tumor, tumorové markery Základní charakteristika nádorové buňky. Strategie laboratorních vyšetření. Požadavky na ideální nádorový marker. Používané tumorové markery.

 

Literatura

• Jaroslav Racek et al., Klinická biochemie, 2. přeprac. vyd.  Praha : Galén, 2006 , 329 s., ISBN  80-7262-324-9

• Marta Kalousová et al: Patobiochemie ve schématech, 1. vyd.  Praha : Grada, 2006  264 s., ISBN 80-247-1522-8

• Tietz Fundamentals of Clinical Chemistry, 6. vyd., ed. Burtis CA, Ashwood ER, Bruns DE, Saunders, 2008, 976 s., ISBN 978-0-7216-3865-2

 


Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z imunologie a imunochemie
 

o    Základaní pojmy. Charakteristika imunitního systému. Základní vlastnosti imunitního systému. Nespecifická imunita. Specifická imunita. Buněčná imunita. Humorální imunita.

o    Buňky a tkáně imunitního systému. Lymfatický systém, primární a sekundární lymfatické orgány. Vývoj a funkce T a B lymfocytů, klonálně selekční teorie. Vývoj a funkce fagocytů. Imunologická tolerance.

o    Antigeny a protilátky. Antigeny, hapteny, imunogeny. Vlastnosti a tvorba protilátek. Reakce antigenů a protilátek. Hlavní histokompatibilitní komplex.

o    Charakteristika zánětu, komplement. Vznik zánětu. Aktivace fagocytů v zánětu. Cesty aktivace komplementu, opsonizace. Následky zánětlivých reakcí.

o    Mechanismy tvorby reaktivních metabolitů kyslíku a dusíku v zánětu. Aktivace NADPH oxidasy. Aktivace NO syntasy.

o    Poškození biologicky důležitých molekul reaktivními metabolity kyslíku a dusíku. Peroxidace lipidů, vznik imunologicky aktivních látek. Poškození a reparace DNA. Glykace a glykooxidace. Oxidativní stres a antioxidační adaptační mechanismy. Imunologické aspekty chorob vyvolaných působením reaktivních metabolitů kyslíku a dusíku (ateroskleróza, ischemie/reperfuze, diabetes, stárnutí).

o    Buněčné interakce. Receptory na buňkách imunitního systému. Adhezívní molekuly. Cytokiny. Prezentace antigenu.

o    Úloha krevních destiček v imunitních reakcích

o    Receptory buněk imunitního systému a signálová transdukce. TCR, BCR, komplementové a Fc receptory. Intracelulární signálování asociované s aktivací protein kináz. Intracelulární signálování asociované s aktivací G-proteinů.

o    Imunita k infekčním nemocem. Imunita k bakteriálním infekcím. Spolupráce T a B lymfocytů. Mukózní imunitní systém. Imunita k virům, prvokům a houbám. Antigenní variabilita, latentní stadium virových infekcí, imunosuprese navozená patogenem.

o    Poruchy imunitního systému. Primární imunodeficity, sekundární imunodeficity. Reakce imunologické přecitlivělosti typu I-IV. Autoimunitní reakce.

o    Imunomodulace, vakcinace. Imunomodulace. Vakcinace. Pasivní a aktivní imunizace.

o    Protinádorová a transplantační imunita. Transplantační imunita. Antigeny krevních skupin. Protinádorová imunita.

o    Speciální metody v imunologii. Sérologické reakce - precipitační imunodifuzní, imunoelektroforetické metody, zákalové reakce (nefelometrie, turbidimetrie), aglutinační, hemaglutinační metody, aktivita komplementu, fagocytóza, vyšetření HLA-antigenů, základy interpretace výsledků imunologických laboratorních testů, práce s buňkami imunitního systému, alergologické vyšetření, monoklonální protilátky a jejich využití v praxi (návaznost na proběhlé exkurze), imunochemicke metody - RIA, FIA, EIA, využití všech vyjmenovaných metod v praxi, imunoassays, Western blotting, luminometrie, fluorimetrie a průtoková cytometrie

 

Doporučená literatura:

o    Hořejší V., Bartůňková J.: Základy imunologie. 2. vydání.TRITON, 2002

o    Toman M. a kolektiv: Veterinární imunologie. GRADA Publishing, 2000

o    Krejsek J., Kopecký O.: Klinická imunologie. NUCLEUS HK, 2004

o    Janeway Ch. A., Travers P., Walpont M., Shlomchik M. J.: Immunobiology - the immune system in health and disease. GARLAND SCIENCE, 2005

 

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z instrumentální analytické chemie

 

Analytický proces a vyhodnocování výsledků

Odběr a uchovávání vzorku; příprava vzorku k analýze; měření a stanovení; výpočet a vyjadřování výsledku; nejistota výsledku. přesnost a správnost výsledků; náhodná a systematická chyba; statistické rozdělení výsledků; Gaussův zákon šíření chyb.

 

Separační techniky, chromatografie, elektromigrační techniky

a.    základy chromatografických separací: chromatogram; teorie chromatografie – klasická a kinetická; rozlišení; kvalitativní informace; kvantitativní analýza;

b.    plynová chromatografie; retenční data; rozdělovací chromatografie; separace v plynné fázi; plynový chromatograf; stacionární fáze; kapilární kolony; adsorpční chromatografie.

c.    kapalinová chromatografie: HPLC; rozdělovací chromatografie; stacionární fáze; obrácené fáze; eluotropní řada; aplikace; adsorpční chromatografie; iontová chromatografie klasická a HPLC; gelová chromatografie; tenkovrstvá chromatografie; chromatografie v v superkritické kapalině

d.    elektromigrační techniky: elektroforéza; kapilární zónová elektroforéza; izotachoforéza; izoelektrická fokusace.

e.    frakcionace tokem v poli

 

Kinetické a katalytické metody

Rychlost chemické reakce; analytické využití rekční rychlosti; stanovení založená na kinetice nekatalyzovaných a katalyzovaných reakcí; enzymatické a neenzymatické katalytické reakce; micelární katalýza; analytické využití.

Metody chemické analýzy a jejich použití

a.    volumetrie: acidobazické, komplexometrické, oxidačně redukční a srážecí titrace.

b.    gravimetrie

c.    elektroanalytické metody: potenciometrie; voltammetrie; polarografie; coulometrie.

d.    analýza v toku kapaliny (flow injection analysis)

e.    termická analýza

f.     organická elementární analýza

g.    chemické sensory: elektrochemické sensory; optické sensory; tepelné sensory.

 

Analýza sloučenin a molekulově specifická analýza

a.    UV-Vis spektrometrie; emise a luminiscence: principy; instrumentace; analytická informace v UV-Vis absorpční spektroskopii; molekulová fluorescence, fosforescence a chemiluminiscence.

b.    Infračervená a Ramanova spektroskopie: principy; experimentální uspořádání; analytická informace v IČ oblasti spetra; aplikace ve strukturní analýze.

c.    Nukleární magnetická resonance: fyzikální základy; chování jádra atomu v magnetickém poli; instrumentace; spektrální parametry (chemický posun, spin-spinové interakce); informace z chemického posunu; informace ze spin-spinových interakcí; dvourozměrná NMR spektroskopie.

d.    Organická hmotnostní spektrometrie: princip; instrumentace; měkké ionizační techniky; zavádění vzorků do hmotnostního spektrometru; kombinované techniky s chromatografií; tandemová hmotnostní spektrometrie; analytické vlastnosti; kvalitativní a kvantitativní analýza; informace o struktuře; aplikace.

e.    analytická elektronová mikroskopie (AEM); hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů (SIMS); instrumentace, mikroskopie atomových sil (AFM), principy; instrumentace; aplikace.

 

Literatura

• Zýka J. a kol. : Analytická příručka. Díl I a II. SNTL Praha, 1988.
• Volka K.: Analytická chemie II. VSCHT Praha 1995.
• Churáček, Jaroslav. Analytická separace látek. 1. vyd. Praha : SNTL Praha, 1990.
• Kellner R., Mermet J. M., Otto M., Widmer H. M.: Analytical Chemistry, Wiley 1998.
• Skoog D. A.: Analytical chemistry : an introduction. 7th ed. Fort Worth : Saunders College Publishing, 1999.
• Skoog D. A., Holler, J. F., Nieman T. A. : Principles of instrumental analysis. 5th ed. Philadelphia : Saunders College Publishing, 1998.
• Harris D. C.: Quantitative chemical analysis. 4th ed. New York : W.H. Freeman, 1995.

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z fyzikální chemie

 

I. Rovnováha

Termodynamika

Ideální a reálné plyny. Kritický stav, princip korespondujících stavů. Tepelná rovnováha, teplota, tlak, nultá věta. První věta termodynamiky, vnitřní energie, teplo, práce. Stavové funkce. Standardní stavy. Termodynamická reverzibilita. Enthalpie,tepelné kapacity za konstantního tlaku a objemu. Termochemie. Hessův zákon. Kirchhoffova rovnice. Jouleův-Thomsonův jev. Kalorimetrie.

Druhá věta termodynamiky. Entropie. Clausiova nerovnost. Účinnost tepelného stroje. Třetí věta. Gibbsova a Helmholtzova funkce. Gibbsova-Helmholtzova rovnice. Slučovací Gibbsova funkce. Závislost Gibbsovy funkce na tlaku, teplotě a složení. Chemický potenciál. Fugacita.

Fázové rovnováhy

Fázové přeměny čisté látky. Obecná podmínka fázové rovnováhy. Závislost chemického potenciálu čisté látky na teplotě a tlaku. Stabilita fází. Fázový diagram. Clapeyronova a Clausiova-Clapeyronova rovnice. Klasifikace fázových přechodů. Soustavy s reagujících složek. Trojsložkové fázové diagramy. Parciální molární veličiny. Gibbsova- Duhemova rovnice. Raoultův a Henryho zákon.

Termodynamika mísení. Aktivita. Kapalné roztoky. Koligativní vlastnosti. Gibbsovo fázové pravidlo. Izobarické fázové diagramy dvousložkových soustav kapalina-kapalina a kapalina-pevná látka.

Chemické rovnováhy

Závislost Gibbsovy funkce na rozsahu reakce. Rovnovážná konstanta a její závislost na tlaku a na teplotě. Le Chatelierův princip.

Základní pojmy statistické termodynamiky

Konfigurace a její váha, Boltzmannovo rozdělení, molekulární partiční funkce a její vztah k vnitřní energii a entropii. Kanonický soubor, jeho partiční funkce. Užití statistické termodynamiky.

Rovnovážná elektrochemie

Aktivity iontů v roztocích. Debyeova-Hückelova teorie silných elektrolytů, iontová atmosféra, iontová síla. Součin rozpustnosti. Galvanické a elektrolytické články. Standardní potenciál elektrody, redoxní schopnost. Druhy elektrod. Nernstova rovnice. Oxidačně-redukční potenciály. Kapalinové spojení a membránový potenciál. Termodynamika elektrochemického článku. pH a jeho měření.

II. Pohyb

Kinetická teorie ideálního plynu

Maxwellovo-Boltzmannovo rozdělení rychlostí, rozdělení energií, mezimolekulární srážky, srážkový průměr, frekvence srážek, střední volná dráha. Tepelná vodivost, difúze, 1. a 2. Fickův zákon.

Základy nerovnovážné termodynamiky

Produkce entropie, Vztah toků a hnacích sil. Příklady užití lineární nerovnovážné termodynamiky. Nelineární nerovnovážná termodynamika. Oscilující reakce.

Transport iontů a kinetika přenosu elektronu

Faradayovy zákony, vodivost iontů. Specifická a molární vodivost silné a slabé elektrolyty. Kohlrauschův a Ostwaldův zákon. Převodová čísla. Elektrochemický potenciál. Přepětí a polarizace.

Chemická dynamika

Rychlost chemických reakcí Rychlostní zákon, rychlostní konstanta a řády reakcí. Poločasy reakcí. Molekularita. Zvratné, následné a paralelní reakce. Teplotní závislost reakční rychlosti. Řetězová reakce, fotochemické reakce, katalýza a autokatalýza. Srážková teorie. Teorie aktivovaného komplexu, reakční koordináta, přechodový stav, aktivační energie. Eyringova rovnice.

Vlastnosti makromolekul a fázové rozhraní

Osmóza. Elektroforéza. Polyelektrolyty a dialýza. Viskozita. Povrchová energie, kapilární jevy,praktické aspekty rozdělovacích rovnováh.

Koloidy a adsorpce

Struktura a stabilita povrchů. Typy disperzních soustav, elektrická dvojvrstva. Příprava a vlastnosti koloidů. Koagulace koloidů. Fyzikální a chemická adsorpce. Adsorpční isotermy.

 

II. Struktura

Základní pojmy kvantové mechaniky

Operátory, vlastní funkce a vlastní hodnoty. Princip neurčitosti. Částice v potenciálové jámě. Harmonický oscilátor, tuhý rotor. Kvantování momentu hybnosti.

Elektronová struktura atomů

Atom vodíku, atomový orbital, atomová spektra. Víceelektronové atomy, výstavbové principy, základy teorie SCF. Základní a excitovaný stav. Russelova-Saundersova vazba. Elektronová konfigurace, multiplicita.

 Elektronová struktura molekul a metody jejího výpočtu

Bornova-Oppenheimerova aproximace. Křivka potenciální energie dvojatomové molekuly. Překryvový integrál. Teorie valenční vazby - molekula vodíku. Typy vazeb v molekule, hybridizace atomových orbitalů. Jednoelektronové přiblížení, teorie molekulových orbitalů (MO), MO jako lineární kombinace atomových orbitalů (LCAO), Slaterova a Gausova funkce. Vazebné, nevazebné a antivazebné orbitaly, význam hraničních orbitalů, interakce orbitalů. Variační princip, poruchový počet, repulze elektronů, repulzní integrál, Hartreeova-Fockova teorie SCF. Roothanovy rovnice. p-elektronové přiblížení.

Hückelova (HMO) a rozšířená Hückelova metoda (EHT). Mullikenova populační analýza.

Zavedení spinu do vlnové funkce, spinorbitaly, Slaterovy determinanty. Korelační energie, základy metody konfigurační interakce (CI).

Struktura molekul

Symetrie molekul. Metody studia struktury molekul. Molekulová mechanika.

Elektrické, magnetické a optické vlastnosti molekul

Dielektrika v elektrickém poli (rovnice Debyeova a Clausiova-Mossottiova). Dipólový moment molekul. Polarizace dielektrika, permitivita, Kerrův jev. Diamagnetismus a paramagnetismus, permeabilita a susceptibilita. Optická aktivita molekul, Cottonův efekt, magnetická otáčivost. Refrakce molární, atomová a vazebná.

Molekulová spektra

Energetické změny v molekule a typy spekter. Výběrová pravidla. Tranzitní moment a intenzity absorpčních pásů. Rotační a vibrační spektra. Ramanova spektra. Elektronová spektra, Franckův-Condonův princip, elektronové přechody, luminiscenční spektra, spektra cirkulárního dichroizmu. Využití spekter ve strukturní analýze.

Magnetické resonanční spektroskopie

Hamiltonián částice v magnetickém poli a štěpení energetických hladin, resonanční podmínka. Nukleární magnetická resonance: chemický posun a spin-spinové interakce, intenzita signálů. Elektronová spinová resonance: hyperjemná struktura ESR spekter, g-faktor, šířka a intenzita signálů.

 

Literatura:

• Atkins P.W.: Physical Chemistry. Oxford Univ.Press, Oxford 1996

• Moore W.J.: Fyzikální chemie, SNTL, Praha 1979

• Brdička R., Dvořák J.: Základy fyzikální chemie. Academia, Praha 1977

• Holba V.: Fyzikálno-chemické vlastnosti atómov a molekul. SPN, Bratislava 1980

• Polák R., Zahradník R.: Kvantová chemie. SNTL, Praha 1985

 

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z organické chemie

 

Předmět organické chemie. Vazby v organických sloučeninách, hybridní stav uhlíku, energie vazby, délka vazby, polarita vazby. Polarizovatelnost molekul. Jevy na vazbách indukční a mesomerní efekt, konjugace.

Chemické názvosloví. Principy tvorby systematického názvosloví organických sloučenin. Alkany a cykloalkany, chem. názvosloví. Isomerie řetězová, konformace alkanů a cykloalkanů se zvláštním zřetelem k cyklohexanovému kruhu. Spojování cyklohexanových kruhů. Newmannova projekce. Geometrická isomerie u cykloalkanů. Radikálové reakce jako typická reakce alkanů a jejich mechanismus.

Alkeny, geometrická isomerie u alkenů, nomenklatura isomerů (cis-, trans-, E-,Z-). Cahn, Ingold, Prelogova pravidla. Adiční reakce, mechanismus a stereochemie adičních reakcí. Polymerace. Optická aktivita a symetrie molekul. Chiralita molekul, podmínky chirality, zobrazování trojrozměrných molekul v rovině (perspektivní vzorce, Fischerova projekce). Optická isomerie (enantiomery), specifická rotace a její určování, optická čistota, racemická směs. Zobrazování molekul se dvěma asymetrickými uhlíky. Určování absolutní konfigurace molekul a jejich překreslení do perspektivních vzorců a naopak. Mesoforma. Dieny a polyeny (kumulované, isolované, konjugované). Reakce probíhající na konjugovaných dienech (podmínky pro 1,2- a 1,4- adice a jejich průběh, vysvětlení). Isoprenoidy, monoterpeny, seskviterpeny, di-, tri- a tetraterpeny (zvláštní zřetel na karotenoidy). Pericyklické reakce-elektrocyklizační reakce, pravidla pro jejich průběh, cykloadiční reakce (Dielsovy-Alderovy), sigmatropní přesmyk.

Alkiny a jejich struktura. Vlastnosti trojné vazby, adiční reakce (elektrofilní i nukleofilní reakce), kyselost atomů vodíku vázaných na sp-hybridní uhlík. pK_a hodnoty.

Aromatický stav a jeho demonstrace (resonanční delokalizační energie). Benzoidní a nebenzoidní aromáty. Vlastnosti aromatických sloučenin, mechanismus elektrofilní aromatické substituce. Vliv substituce na jádře na vstup elektrofilu na subst. aromát. Empirická Hammetova rovnice, význam konstant r a s. Možnosti nukleofilních substitucí na aromatickém skeletu (S_N1, S_N2, eliminačně-adiční průběh). Jednotlivé typy S_EAr, generace reagentu. Využití rozkladu diazoniových solí pro přípravu jiných derivátů. Adiční a oxidační reakce a jejich podmínky. Reakce na kondensovaných aromatických sloučeninách. )

Halogenderiváty a jejich strukturní typy, rozdělení z hlediska reaktivity, vysvětlit. Mechanismus nukleofilních substitucí S_N1 a S_N2 a stereochemický důsledek průběhu. Eliminační reakce jako konkurenční reakce, jejich průběh a stereochemie, podmínky preference substituce versus eliminace. Hydroxysloučeniny-alkoholy a fenoly. Reaktivita hydroxylové skupiny, kyselost a vliv uhlíkatého zbytku na míru kyselosti. Způsob substituce a eliminace hydroxylové skupiny (vliv uhlíkatého zbytku). Reakce na uhlíkatém zbytku hydroxysloučenin. Oxidace alkoholů. Polyhydroxyderiváty. Chinony, struktura a chemické vlastnosti. Ethery struktura a chemické názvosloví. Fyzikální vlastnosti ve srovnání s alkoholy. Typické chemické vlastnosti, štěpení vazby C-O, tvorba peroxidických sloučenin. Epoxidy a cyklické ethery, jejich chemické vlastnosti. Crown ethery a jejich použití. Thioly a sulfidy. Srovnání s kyslíkatými analogy. Produkty oxidace sulfinové a sulfonové kyseliny a sulfoxidy a sulfony. Sulfonové kyseliny a jejich funkční deriváty (sulfochloridy, estery sulfon. kyselin, sulfonamidy). Estery minerálních látek (sulfáty, nitráty, nitrity, fosfáty). Aminosloučeniny, typy, názvosloví. Základní chem. vlastnosti. Diazotace a využití diazoniových solí. Aminoxidy a jejich využití. Enaminy. Kvarterní amoniové soli, Hoffmanova eliminace. Diazolátky. Diazolkany, diazoestery, diazoketony jejich příprava a reaktivita. Nitrosloučeniny, struktura a chem. názvosloví. Vliv nitroskupiny na uhlíkatý zbytek. Příprava nitrolátek (ambidentní ionty). Redukce nitrosloučenin v závislosti na pH. Azosloučeniny, azoxysloučeniny a hydrazolátky. Nitrily a isokyanidy, struktura a příprava. Hydrolýza nitrilů,  onitrilová zkouška. Organokovové sloučeniny, chem. názvosloví. Vliv kovu na chemické vlastnosti sloučeniny. Základní představitelé organokovových sloučenin a jejich reaktivita a využití v organické syntéze.

Karbonylové sloučeniny. Charakterizace karbonylu, nukleofilní adice, reakce s kyslíkatými, dusíkatými a uhlíkatými nukleofily. Vliv karbonylu na uhlíkatý zbytek a využití v organické syntéze. Základní jmenné reakce s využitím karbonylových sloučenin. Oxidace a redukce aldehydů a ketonů. Sacharidy (aldosy, ketosy, triosy, tetrosy, pentosy, hexosy) jejich názvosloví, cyklické formy, mutarotace. Reaktivita karbonylu a hydroxyskupin. Produkty oxidace a redukce sacharidů, amino a deoxysacharidy. Disacharidy a jejich struktura, redukující a neredukující disacharidy. Polysacharidy homo a heteropolysacharidy, základní představitelé. Karboxylové kyseliny, jejich struktura a chemické vlastnosti. Vliv uhlíkatého zbytku a substituce na kyselost. Esterifikace. Funkční deriváty karboxylových kyselin (estery, halogenidy, anhydridy, amidy), jejich příprava a srovnání jejich vlastností a z toho vycházející využití v organické syntéze. Tuky a jejich struktura, zmýdelnění. Substituční deriváty karboxylových kyselin (hydroxykyseliny-laktony, laktidy, aminokyseliny laktamy, halogenkyseliny, ketokyseliny). Deriváty kyseliny uhličité, jejich klasifikace a základní typy, jejich reaktivita.

Steroidy. Struktura steroidů, napojení kruhů, číslování, řady steroidů. Steroly (struktura cholesterolu), žlučové kyseliny, steroidní hormony (mužské, ženské-estrogeny a gestageny, zásadní rozdíly ve struktuře a v účincích), kardiotonické steroidy. Heterocyklické sloučeniny. Struktura a systematické názvosloví heterocyklických sloučenin. Elektronová struktura a vliv na chemické vlastnosti. Pyrrol, thiofen a furan, srovnání jejich chemických vlastností. Struktura pyrrolových a žlučových barviv. Indol, indoxyl, indigo (struktura). Imidazol, pyrazol, thiazol, oxazol jejich základní chemická charakteristika. Pyridin, struktura a chemické vlastnosti. Pyridinové soli a pyridinium oxid. Chinolin a isochinolin. Pyryliové soli, flavyliové soli, kumarin, chromon, flavony struktura a výskyt. Pyrazin, pzrimidin (báze nukleových kyselin), pyridazin struktura. Puriny (základní představitelé, báze nukleových kyselin). Pteriny ( struktura ).

 

Literatura:

• P. Hrnčiar: Organická chémia, SPN, Bratislava 1990

• O. Červinka, V. Dědek, M. Ferles: Organická chemie, SNTL, Praha 1980

• O. Červinka, V. Dědek, M. Ferles: Chemie organických sloučenin, SNTL, 1985

• M. Potáček, S. Janků, E. Nováček: Organická chemie. Příručka řešených příkladů. Vydavatelství MU Brno, 1997.

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z molekulární biologie a genetiky

Historie molekulární biologie, její současný vývoj a perspektivy.

Informační makromolekuly, genetická informace, genetický kód.

Gen, genom, proteom.

Molekulární struktura a organizace buněčného a virového genomu.

Replikace DNA prokaryotického, eukaryotického a virového genomu.

Transkripce a posttranskripční úpravy. Redakční úpravy hnRNA, sestřih a samosestřih. Translace a posttranslační úpravy. Struktura a funkce tRNA a ribozomů.

Regulace genové exprese u prokaryot a eukaryot. Pozitivní a negativní kontrola genové exprese. Transkripční faktory.

Molekulární podstata mutace a rekombinace.

Reparace mutačně poškozené DNA.

Mobilní elementy prokaryot a eukaryot. Transpozony a retrotranspozony, mechanismus transpozice.

Modifikace a restrikce DNA.

Základní metody molekulární biologie (restrikční a sekvenční analýza DNA, DNA hybridizace, klonování DNA, základní typy vektorů, polymerázová řetězová reakce)

Základy genového inženýrství (příprava transgenních organismů a jejich využití ve výzkumu a v praxi, mutageneze in vitro, genová terapie).

Literatura:

• Rosypal, S. Úvod do molekulární biologie I, II, III (1998-2000).

 

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce z biofyziky

Fyzikálně-chemické základy biofyziky, termodynamika, elektrochemie, koloidní chemie.

Konformace DNA, Formy DNA A,B,Z, tří- a čtyřřetězcové molekuly DNA. Zakřivení DNA, Přechod šroubovice - klubko. Síly stabilizující dvoušroubovici. Interakce DNA s ionty, nadšroubovicová struktura DNA, kondenzované formy DNA, struktura chromatinu, chromosom opravy poškozené DNA. Úplná oprava, excisní úpravy, tolerantní opravy, kancerogeneze.

Struktury RNA, funkce v buňce.

Proteiny. Struktury, relativní molekulová hmotnost M, číselný a váhový průměr.

Struktura a funkce biologických membrán, elektrické vlastnosti membrán.

Interakce biopolymerů s elektrickým a magnetickým polem, elektronová spektra, optická anisotropie a aktivita. Lineární dvojlom a lineární dichroismus. Cottonův jev, spektra ORD a CD. Dichroismus za toku, v elektrickém a magnetickém poli. Stanovení konformačních změn nukleových kyselin ze spekter ORD, CD, elektrochromismu a magnetického CD.

Hydrodynamické metody, viskozita, sedimentace, difuze, osmóza.

Spektroskopické metody, UV spektroskopie, CD, LD a ORD, metody využívající orientace molekul, dielektrická spektroskopie.

Separační metody. Princip gelové a pulsní elektroforézy.

Elektrochemické metody, klasická, pulsní, a.c. polarografie a impedanční měření. Použití ke studiu interakcí monomerních složek nukleových kyselin a ke studiu konformace biopolymerů v roztoku a při interakci s elektricky nabitým povrchem.

Literatura:

• Cantor, C.R. and Scimmel P.R. Biophysical chemistry. Freeman, SanFrancisco, 1980.
• Daune, M. Molecular biophysics. Oxford Universtity Press, Oxford, 1999.
• Prosser V. a kol. Experimentalni metody biofyziky. Academia, Praha, 1989.

 

Srovnávací literatura

Srovnávací literatura je uvedena u jednotlivých částí státní závěrečné zkoušky.

Rámcové požadavky na závěrečnou práci

Diplomová práce je práce experimentální. Student má možnost volit si sám téma své diplomové práce i školitele. Úkolem garanta je kontrolovat, zda vybraná tématika i použité metody spadají do oblasti biochemie, biomolekulární chemie a analytické biochemie, zejména v oblasti metodického přístupu a zda dané pracoviště i školitel splňují požadavky pro  vedení diplomanta jak po stránce organizační, tak odborné. Předmětem diplomové práce nemůže být pouhé statistické vyhodnocení výsledků získaných jinými osobami či pracovišti. Zařazení studenta do výzkumných projektů je vítáno. Diplomová práce je konána v období 4 semestrů, průběh diplomové oráce je kontrolován na odborných seminářích garantujících pracoviť za přítomnosti vedoucího práce. Práce se volí z oblasti enzymologie, mikrobiologie, rostlinnné biochemnie, klinické biochemie, bioanalytické chemie, molekulární biologie, biomolekulární chemie, apod. Práce je podána v písemné a elektronické formě.

Příklad zadání závěrečné práce

Název tématu: ... ENZYMOVÉ A MOLEKULÁRNĚ BIOLOGICKÉ MARKERY DŘEVOKAZNÝCH HUB

 

Zásady pro vypracování

 

Dřevokazné basidiomycety zahrnují široké spektrum hospodářsky významných hub. Některé z nich jsou důležité z hlediska ekonomického, jiné z hlediska ekologického. Václavky (Armillaria, Lacryma,  sp.) způsobují velké škody na lesních porostech i hospodářských budovách. I když hlavní ekologická funkce václavek spočívá v dekompozici dřevní hmoty, často přecházejí k nekrotrofnímu parazitizmu na široké škále dřevin). V současné době je rozlišováno více jak 40 druhů václavek, z nichž 7 prstenatých druhů. (A. ostoyae, A. gallica, A. borealis, A. mellea, A. tabescens, A. cepistipes a A. ectipa). Problematickým znakem václavek je jejich růstový polymorfismus. Současná taxonomie spočívá především na základě morfologie plodnic, morfologie kultur, izoenzymové analýzy, imunologických testů. K metodám identifikace izolátů přibyla v posledních letech i molekulárně biologická metoda využívající znalosti druhové variability sekvence DNA ribosomálních DNA spacerů v rámci rodu Armillaria. Úkolem diplomanta je srovnat metodu identifikace václavek pomocí izoenzymů (glutamátdehydrogenasy, isocitrátdehydrogenasy, malátdehydrogenasy, apod.) s metodou molekulárně biologickou.

 Použitá metodika

1) Zvládnutí metody pěstování suspenzních kultur mycelia václavek.

2) Zvládnou metodu elektroforézy enzymů a detekce na enzymovou aktivitu.

3)  Zvládnou metodu izolace DNA z mycelia pomocí komerčních setů.

4) Zavést metodu PCR. Restrikční štěpení amplifikovaného regionu ITS enzymem NdeII odliší A. borealis od A. ostoyae, enzymem HinfI  a TaqI odliší A. borealis a A. ostoyae od A. cepistipes a A. gallica. Restrikční štěpení amplifikovaného regionu IGS enzymem AluI umožní rozlišení všech 7 druhů Armillaria. Provést katalogizaci kultur sbírky václavek na katedře.

 

Rozsah grafických úprav

Rozsah původní zprávy

Seznam odborné literatury

Agustian, A. et al.: Discrimination of some african Armilalria species by isozyme electrophoresis. New Phytol. 1218, 135-143 (1994).

Chillali, M. Variation in the ITS and IGS regions of ribosomal DNA among the biological species of eropean Armillaria. Mycol. Res 102, 533-535 (1995).

  

 

Vedoucí diplomové práce:           Doc.RNDr. Vladimír Mikeš, Csc.

Konzultant:                               Mgr. Omar Šerý, PhD., katedra fyziologie živočichů

                                                   (metoda PCR)

                                               Mgr. Jiří Mazoch, metodika elektroforéz

 

Datum zadání práce: 30.11.2003

Termín odevzdání práce: 1.4.2005

 

 ............................................         

vedoucí práce

............................................                                      ......................................

Vedoucí katedry                                                                   vedoucí sekce

 

 

 V Brně dne:    ..............................2003

Obhajoba závěrečné práce

Obhajoba diplomové práce probíhá před státnicovou komisí a akademickými pracovníky garantujících pracoviť a vědeckou veřejností i studenty. Každé diplomové práci je stanoven oponent, sepsán oponentní posudek i posudek vedoucího diplomové práce podle stanovených kritérií. Obhajoba se skládá z referátu uchazeče, který shrne principy, metodiky i výsledky své práce, z přečtení posudků vedoucího i oponenta. Uchazeč dále odpovídá na dotazy a připomínky v posudku i na další dotazy z pléna. Hodnocení uchazeče je stanoveno na základě bodového systému v posudcích i na průběhu vlastní obhajoby i schopnosti odpovídat na dotazy.

Závěrečná zkouška

Závěrečná státnicová zkouška se skládá z obhajoby diplomové práce a z vlastní státnicové zkoušky před státnicovou komisí, rozsah zkoušky je dán výše uvedenými požadavky. Při zkoušce je kladen důraz především na to, co se uchazeč měl naučit v rámci povinných a zejména  povinně volitelných přednášek magisterského studia.

Personální zabezpečení studijního programu

Pro účely akreditace je každý obor studijního programu reprezentován třemi skupinami lidí: (i) fakultní garant studijního oboru, který garantuje výuku v rámci fakulty, (ii) garanti studijního oboru a (iii) další pracovníci, a to jak mladí čerstvě habilitovaní nebo s perspektivou habilitace nejdéle do tří až čtyř let, tak pracovníci staršího věku, kteří jsou stále aktivní a kteří zaručí kontinuitu tam, kde je z nějakého důvodu dnes narušena a dále externí spolupracovníci, kteří mají zájem dlouhodobě na realizaci studia spolupracovat, a konečně vysoce kvalifikovaní odborní pracovníci.

V rámci fakulty garantuje výuku ve studijním programu prof. RNDr. Zdenek Glatz, CSc..

Personální zabezpečení je uvedeno u jednotlivých oborů.