Obsah a rozsah státní závěrečné zkoušky

Státní závěrečná zkouška je ústní a probíhá před komisí, jejíž složení je každoročně schvalováno. Povinnou součástí zkoušky je biochemie v rozsahu základního kursu a její základní metody. Vedle toho si kandidát vybere jednu další základní chemickou disciplinu - Anorganická chemie, Fyzikální chemie, Organická chemie nebo Analytická chemie nebo Molekulární biologii.

 

Požadavky k bakalářské zkoušce z biochemie

1.      Chemické složení organismů
Aminokyseliny, peptidy, bílkoviny
Sacharidy jednoduché a složené, homo- a heteropolysacharidy
Lipidy jednoduché a složené (fosfolipidy a glykolipidy)
Nukleové kyseliny (strukturní typy)
Minerální látky

2.      Biokatalýza
Struktura a vlastnosti enzymů
Koenzymy a prostetické skupiny
Faktory ovlivňující činnost enzymů
Michaelisova kinetika
Isoenzymy a allosterické enzymy
Hlavní druhy inhibitorů

3.      Metabolismus
Obecné znaky metabolismu, rozdělení.
Energetika biochemických reakcí, makroergní sloučeniny

Metabolismus bílkovin
Proteolytické štěpení
Hlavní cesty odbourávání aminokyselin
Deaminace a transaminace aminokyselin
Detoxikace amoniaku (tvorba amidů a močoviny)
Oxidační dekarboxylace alfa-oxokyselin
Biosynthesa bílkovin v ribosomu
Posttranslační modifikace

Metabolismus nukleových kyselin
Syntéza a degradace basí
Syntéza a degradace polynukleotidů

Metabolismus sacharidů
Centrální postavení glukosy
Glykolysa - reakce a energetický zisk
Alkoholické kvašení
Srovnání glykolysy a kvašení (bilanční rovnice)
Glukoneogenese a Coriho cyklus
Vznik pentos z glukosy, pentosový cyklus
Biosynthesa oligo- a polysacharidů

Metabolismus lipidů
účinek lipas a fosfolipas
beta-oxidace mastných kyselin (Lynenova spirála)
Biosynthesa mastných kyselin, tuků a fosfolipidů

4.      Základy bioenergetiky
Popis Krebsova cyklu, jeho význam
Oxidace redukovaných koenzymů v respiračním řetězci
Tvorba ATP a vliv rozpojovačů
Podstata fotosynthesy
Světelná fáze fotosynthesy (fotolysa vody a necyklická fosforylace)
Temná fáze fotosynthesy (Calvinův cyklus)

5.      Sekundární metabolity
Biosynthesa aromatických sloučenin (šikimátová a polyketidová cesta)
Alkaloidy
Isoprenoidy (terpeny,steroidy, karotenoidy)
Biosynthesa a degradace hemu

6.      Regulace metabolismu
Regulace enzymových aktivit
Funkce membrán a aktivní transport látek
Mechanismy účinku hormonů
Regulace exprese genové aktivity

7.      Různé
Esenciální složky potravy
Vitaminy - význam a přehled hlavních zástupců
Energetické zdroje svalu a jeho kontrakce
Přenos nervového vzruchu
Fixace dusíku u mikrobů a rostlin
Základní pojmy imunochemie
Oxygenace, mikrosomální elektronový transport

8.      Praktické aplikace biochemie
Biochemie v lékařství, základní biochemická vyšetření, zpracování výsledků a vyhodnocení
Principy biotechnologických procesů, příklady, perspektivy
Biochemie v problematice životního prostředí

9.      Biochemické laboratorní techniky
Separační metody
- fázové separace (srážení, membránové separace)
- sedimetační (ultracentrifuga)
- chromatografické (kapalinová)
- elektromigrační (elektroforesa, isoelektrická fokusace, isotachoforesa)

Analytické metody
- spektrální metody, fotometrie a fluorometrie, další resonanční metody
- elektrochemické metody (potenciometrie, amperometrie a konduktometrie)
- radiochemické metody

Obecná a fyzikální chemie

Hmota a energie. Struktura atomového jádra a atomu. Základní chemické slučovací zákony. Elektronová struktura atomů. Vlnová funkce, Schrödingerova rovnice, atomové orbitaly, energie atomových orbitalů ve vodíkovém atomu. Periodicita elektronových konfigurací a periodicita vlastností atomů.

Základní a excitovaný stav, atomová spektra. Elektronová struktura molekul. Teorie valenční vazby. Hybridizace atomových orbitalů. Teorie molekulových orbitalů (MO). Typy a tvary molekulových orbitalů, typy kovalentních vazeb (s, p, d). Řád vazby. Polarizovatelnost molekul. Iontové sloučeniny a iontová vazba. Zjišťování krystalové struktury, difrakce roentgenova záření. Kovová vazba, síla vazby. Slabé interakce mezi molekulami, vazba vodíkovým můstkem, van der Waalsovy síly. Elektrické, magnetické a optické vlastnosti molekul. Interakce záření s hmotou.

Chemická termodynamika. Tepelná rovnováha, teplota, tlak, nultá věta. První věta, vnitřní energie, teplo, práce. Entalpie, tepelné kapacity. Druhá věta. Entropie, termodynamická reverzibilita. Chemický potenciál. Třetí věta.

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.

Vlastnosti kapalin a mezimolekulární síly. Tenze par kapaliny. Osmotický tlak.

Elektrolytická disociace iontových látek, Vodivost iontů, silné a slabé elektrolyty, elektrolytická vodivost, aktivita elektrolytu, aktivitní koeficient, iontová síla roztoku.

Rovnovážná elektrochemie. Termodynamika roztoků elektrolytů. Galvanické a elektrolytické články. Standardní potenciál elektrody. Druhy elektrod. Oxidace a redukce. Elektroda prvního a druhého druhu, Nernstova rovnice, vodíková elektroda, galvanický článek. Oxidoredukční elektroda, Petersova rovnice. Změna Gibbsovy volné energie a rovnovážná konstanta elektrochemických reakcí. Disproporcionační reakce. Faradayův zákon.

Kinetická teorie ideálního plynu, Maxwell-Boltzmannova funkce rozdělení rychlostí, střední kinetická energie a rychlost molekul plynu, počet mezimolekulárních srážek. Ideální plyn, stavová rovnice ideálního plynu.

Chemická kinetika. Rychlost chemických reakcí, rychlostní zákon, rychlostní konstanta a řády reakcí. Molekularita. Vratné, následné, paralelní a řetězové reakce. Fyzikální a chemická adsorpce. Srážková teorie, účinné srážky. Teorie aktivovaného komplexu. Reakční koordináta, aktivační energie, vliv teploty na reakční rychlost. Katalýza: katalyzátory, katalyzované reakce, autokatalýza, homogenní katalýza. Adsorpce a chemisorpce, heterogenní katalýza. Fotochemické reakce. Radikálové reakce.

Anorganické chemie

Klasifikace prvků, prvky přechodné a nepřechodné, periodický systém a periodicita chemických vlastností. Systematické názvosloví anorganických sloučenin.

Vodík a jeho sloučeniny. Brönstedova a Lewisova teorie kyselin a zásad, síla kyselin a zásad, disociační konstanta, vytěsňování slabých kyselin a zásad. Autoionizace vody, stupnice pH. Amfiprotní látky. Hydrolytické rovnováhy. Solvoteorie kyselin a zásad.. Vazba vodíkovým můstkem.

Alkalické kovy a jejich sloučeniny., Hořčík a kovy alkalických zemin..

Uhlík. Dusík. Oxidy dusíku a výroba kyseliny dusičné. Výroba amoniaku. Komplexy N2 a fixace dusíku.

Fosfor. Allotropie. Fosforečnany.

Kyslík. Ozon. Oxidy, jejich typy, struktura, vlastnosti a význam. Voda a peroxid vodíku. Hydráty. Síra,. Oxidy a kyseliny. Výroba kyseliny sírové.

Fluor. Fluoridy. Freony. Chlor, brom, jod. Halogenidy kovů a nekovů. Oxidy a oxokyseliny.

Koordinační chemie, základní pojmy, tvary koordinačních polyedrů, typy ligandů, molekul.

Mangan, Železo, kobalt, nikl. Oxidy železa a výroba železa. Ferrocen a metalocenové sloučeniny. Hemoglobin. Měď, stříbro, zlato Zinek, kadmium,.

Organické chemie

Principy tvorby systematického názvosloví organických sloučenin.

Alkany a cykloalkany. Isomerie řetězová, konformace alkanů a cykloalkanů. Radikálové reakce jako typická reakce alkanů a jejich mechanismus.

Alkeny, geometrická isomerie u alkenů. 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. Optická isomerie, specifická rotace, optická čistota, racemická směs. Určování absolutní konfigurace molekul. Mesoforma.

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

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. Adiční a oxidační reakce a jejich podmínky. Reakce na kondensovaných aromatických sloučeninách.

Halogenderiváty a jejich strukturní typy, reaktivita.

Hydroxysloučeniny-alkoholy a fenoly. Reaktivita hydroxylové skupiny, kyselost a vliv uhlíkatého zbytku na míru kyselosti. Oxidace alkoholů. Polyhydroxyderiváty.

Thioly a sulfidy. Produkty oxidace. Sulfonové kyseliny a jejich funkční deriváty (sulfochloridy, estery, sulfonamidy). Estery minerálních látek (sulfáty, nitráty, nitrity, fosfáty).

Aminosloučeniny. Základní chemické vlastnosti. Nitrosloučeniny, vliv nitroskupiny na uhlíkatý zbytek. Azosloučeniny, azoxysloučeniny a hydrazolátky. Nitrily a isokyanidy.

Organokovové sloučeniny.

Karbonylové sloučeniny. Charakterizace karbonylu, nukleofilní adice, reakce s kyslíkatými, dusíkatými a uhlíkatými nukleofily. Oxidace a redukce aldehydů a ketonů.

Karboxylové kyseliny, jejich struktura a chemické vlastnosti Funkční deriváty karboxylových kyselin (estery, halogenidy, anhydridy, amidy), jejich příprava, vlastnosti a využití v organické syntéze. Deriváty kyseliny uhličité.

Heterocyklické sloučeniny. Elektronová struktura a vliv na chemické vlastnosti, srovnání jejich chemických vlastností.

Analytická chemie

Analytické reakce. Popis rovnováh. Redoxní rovnováhy, standardní a formální potenciál, redoxní disproporcionace. Principy kvalitativní chemické analýzy.

Gravimetrie. Teorie vzniku sraženin, pochody na sraženinách; vážení; zpracování sraženin, gravimetrické postupy.

Titrační metody. Výklad titračních křivek, vztah mezi inflexním a ekvivalenčním bodem, strmost a tlumivé oblasti křivek, titrační roztoky a primární standardy, indikace ekvivalenčního bodu, titrační chyby. Acidobazické titrace, acidobazické tlumivé roztoky,. Komplexometrické titrace. Chelatometrie. Srážecí titrace. Redoxní titrace.

Hodnocení výsledků analýz. Statistika a základy SLP (GLP), analytický signál, kalibrační křivky, standardizace. Parametry analytické metody. Chyby a jejich vztah k parametrům analytických metod. Statistické vyhodnocení analytických výsledků. Referenční materiál, kruhový test. Lineární regrese.

Elektroanalytické metody. Potenciometrické metody. Indikační a referentní elektrody, iontově selektivní elektrody, skleněná elektroda. Měření pH. Potenciometrická indikace průběhu titrací a ekvivalenčního bodu, Granova linearizace titračních křivek. Konduktometrické metody. Elektrogravimetrie, coulometrie. Polarizační křivky, vylučovací proud, Faradayův proud. Elektrolýza při konstantním potenciálu a při konstantní intenzitě proudu. Elektrolytické dělení kovů. Coulometrie při konstatním potenciálu a při konstantním proudu. Coulometrické titrace. Voltamperometrie, polarografie. Polarografická analýza. Amperometrické, biamperometrické a bipotenciometrické titrace.

Optické analytické metody. Elektromagnetické záření, Bouger-Lambert-Beerův zákon, příčiny absorpce a emise záření. Molekulová absorpční spektroskopie (UV, VIS, IR), atomová absorpční a emisní spektroskopie, luminiscenční metody,

Separační metody. Kapalinová extrakce. Extrakční rovnováhy v dvoufázovém systému. Analytické využití ionexů. Chromatografie na tenké vrstvě sorbentu. Analýza plynů . Plynová chromatografie, HLPC - vysokoúčinná kapalinová chromatografie, základy instrumentace, kvalitativní a kvantitativní charakteristiky, použití. Elektromigrační metody, zonální elektroforéza, elektroforéza na nosičích a izotachoforéza.

Základy analýzy organických sloučenin. Kvalitativní a kvantitativní charakteristika. Elementární analýza, analýza funkčních skupin, určování čistoty sloučenin, základy přístupu při určování struktury organických sloučenin. Stanovení látek ve složitějších směsích.

 Molekulární biologie 

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