Požadavky ke studiu

Požadavky ke Státní Závěrečné Zkoušce (SZZ) – program Biochemie do roku 2019:

Obor Biochemie

Státní závěrečná zkouška se skládá z následujících jednotlivě klasifikovaných částí:

  • Obhajoba diplomové práce

    Vlastní obhajoba diplomové práce se sestává z15 minutové prezentace, vrámci které uchazeč seznámí státnicovou komisi a vědeckou veřejnost s tématem práce, řešenými problémy, použitými metodami řešení a získanými experimentálními výsledky. Následně student reaguje na připomínky obsažené v posudcích vedoucího a oponenta práce a odpovídá na dotazy vznesené v průběhu obhajoby. Hodnocení uchazeče je stanoveno na základě hodnocení vposudcích, na vlastním průběhu obhajoby a schopnosti studenta odpovídat na položené dotazy.

  • Ústní zkouška z předmětů

    • Pokročilá biochemie

    • Molekulární biologie a genetika

    • Biotechnologie

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)

Studijní literatura

Voet, D.;Biochemistry;2011;John Wiley & Sons;4th ed.

Voet, D. Principles of biochemistry 2008 John Wiley & Sons 3rd ed.

Murray, R.;Harperova biochemie;2002;H & H;4. vyd.

Murray, R.;Harperova ilustrovaná biochemie;2012;Galén;Páté české vydání

Kodíček, M.;Biochemie;2015;Vysoká škola chemicko-technologická v Praze; Vydání první

Vodrážka, Z.;Biochemie;2002;Academia;2., opr. vyd.

Gerhard Krauss, Biochemistry of Signal Transduction and Regulation 2014

Bob B. Buchanan, Biochemistry and Molecular Biology of Plants, 2nd Edition 2015

Vodrážka, Z. Enzymologie 1998 Vysoká škola chemicko-technologická 2. vyd.

Cornish-Bowden, A. Fundamentals of enzyme kinetics 2012 Wiley-Blackwell 4th

David Nicholls, Bioenergetics 4th Edition 2013 978-01-238-8425-1


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).

Studijní literatura

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


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).

Studijní 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.