Požadavky ke studiu

Požadavky ke SZZ – program Biochemie

Specializace Analytická biochemie

Státní závěrečná zkouška se skládá z jednotlivě klasifikovaných částí, a to obhajoby diplomové práce a ústní zkoušky ze tří okruhů

Obhajoba diplomové práce

Vlastní obhajoba diplomové práce se sestává z 15minutové prezentace, v rámci 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 v posudcích, na vlastním průběhu obhajoby a schopnosti studenta odpovídat na položené dotazy.

Ústní zkouška a její okruhy

Ústní zkouška sestává ze tří částí. Okruh Pokročilá biochemie je povinný pro všechny studenty, další dva okruhy si pak vybírají studenti podle svého zaměření a svých preferencí.

  • Pokročilá biochemie

  • Klinická biochemie a patobiochemie

  • Imunologie

  • Instrumentální analytická chemie

  • Pokročilá molekulární biologie

 

 

Předsedající členové

Interní členové

prof. RNDr. Zdeněk Glatz, CSc.

doc. Mgr. Petr Beneš, Ph.D.

doc. Mgr. Karel Novotný, Ph.D.

doc. RNDr. Petr Skládal, CSc.

doc. Mgr. Pavel Bouchal, Ph.D.

doc. RNDr. Roman Pantůček, Ph.D.

Externí členové

doc. RNDr. Pavel Hyršl, Ph.D.

prof. Mgr. Jan Preisler, Ph.D.

doc. MUDr. Milan Dastych, CSc., MBA

doc. Mgr. Tomáš Kašparovský, Ph.D.

prof. RNDr. Omar Šerý, Ph.D.

Ing. František Foret, CSc.

prof. RNDr. Igor Kučera, DrSc.

prof. RNDr. Michaela Wimmerová, Ph.D.

doc. RNDr. Josef Tomandl, Ph.D.

doc. Mgr. Jan Lochman, Ph.D.

doc. RNDr. Petr Zbořil, CSc.

doc. RNDr. Jaroslav Turánek, DSc.

doc. Ing. Martin Mandl, CSc.

doc. RNDr. Alena Žákovská, Ph.D.

Pokročilá biochemie

  • Voet D, Voet JG. Biochemistry. 5th ed. Hoboken. John Wiley & Sons. 2016.
  • Voet D, Voet JG, Pratt CW. Fundamentals of biochemistry: life at the molecular level. 3rd ed. Hoboken. John Wiley & Sons. 2008.
  • Vodrážka Z. Biochemie. 2. vyd. Praha. Academia. 2007.

Klinická biochemie a patobiochemie

  • Jaroslav Racek et al. Klinická biochemie. 2. vyd. Praha. Galén. 2006.
  • Marta Kalousová et al. Patobiochemie ve schématech. 1. vyd. Praha. Grada. 2006.
  • Burtis CA, Ashwood ER, Bruns DE, Saunders. Tietz Fundamentals of Clinical Chemistry. 6. vyd. 2008.

Imunologie a imunochemie

  • Hořejší V, Bartůňková J. Základy imunologie. 2. vyd. TRITON. 2002.
  • Toman M a kolektiv. Veterinární imunologie. GRADA Publishing. 2000.
  • Krejsek J, Kopecký O. Klinická imunologie. NUCLEUS HK, 2004.
  • Janeway CA, Travers P, Walpont M, Shlomchik MJ. Immunobiology – the immune system in health and disease. GARLAND SCIENCE. 2005.
  • Dále materiály k přednáškám: Imunologie, Speciální fyziologie krve, Imunopatologie, Speciální imunologické metody

Instrumentální analytická chemie

  • 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. SNTL. Praha. 1990.
  • Kellner R, Mermet JM, Otto M, Widmer HM. Analytical Chemistry. Wiley. 1998.
  • Skoog DA. Analytical chemistry: an introduction. 7th ed. Fort Worth. Saunders College Publishing. 1999.
  • Skoog DA, Holler JF, Nieman TA. Principles of instrumental analysis. 5th ed. Philadelphia. Saunders College Publishing. 1998.
  • Harris DC. Quantitative chemical analysis. 4th ed. New York. W.H. Freeman. 1995.

Molekulární biologie a genetika

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

Pokročilá biochemie

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, frakcionace, ultrafiltrace, diferenciální centrifugace, preparativní elektroforéza a izoelektrická fokusace, chromatografické metody - iontově výměnná, chromatofokusace, hydrofobní, afinitní, kovalentní, kvantifikace postupu purifikace.

Příprava rekombinantních proteinů. Expresní systémy, vektory, značky, posttranslační modifikace, glykosylace. Amplifikace genu, klonování, selekce buněk s klonovaným genem, indukce exprese. Místně cílená mutageneze.

Stanovení relativní molekulové hmotnosti biopolymerů. Elektroforéza v polyakrylamidu s SDS, gelová permeační chromatografie, hmotnostní spektrometrie, rozptyl světla, centrifugační metody.

Proteomika. 2D-elektroforéza, tryptické štěpení, LC-MS, sekvenace, využití databází.

Určení prostorové struktury biopolymerů. CD a IR spektrometrie, NMR, rentgenostrukturní analýza, in silico analýza.

Studium interakce makromolekula-ligand. Rovnovážná dialýza a další metody založené na fázové separaci, spektroskopické techniky, izotermická titrační kalorimetrie, použití SPR biosensorů, afinitní kapalinova chromatografie a a elekreoforéza, zpracování dat a získání hodnot parametrů vazby.

Metabolomika a její strategie, exo- a endometabolom. Extrakce, analýza a profilování metabolitů, metabonomika. Zhášení metabolismu. Využití technik NMR, MS, GS-MS, LC- MS a CE-MS.

Enzymologie

Enzymová aktivita a její měření. Způsoby vyjadřování enzymové aktivity, standardizace podmínek, příklady měření fotometrických, fluorimetrických, luminometrických, pH statu, analýza izoenzymového složení, význam pro 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.

Inhibice enzymových reakcí. Typy reversibilní inhibice a jejich diagnostika, inhibice substrátem a produktem, ireverzibilní inhibice - afinitní značení, inaktivace závislá na reakčním mechanismu, analoga přechodového stavu.

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, kovalentní imobilizace, kinetika imobilizovaných enzymů, vnější a vnitřní difúze 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 biosensory - rozdělení podle měřené elektrické veličiny, analytické charakteristiky a příklady použití, enzymová imunoanalýza, enzymy jako markery genové exprese.

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.

Fyziologická biochemie a biochemie regulací

Molekulové motory. Bakteriální bičíky, rotační katalýza v ATP synthase, kinesiny, dyneiny, myosiny, cytoskeletální transport, činnost svalů.

Biochemie buněčných organel a kompartmentů. Mitochondrie, plastidy, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, lysosomy, peroxisomy, vakuoly - metabolické funkce, biogeneze.

Mezibuněčná a vnitrobuněčná signalizace. Signály intrakrinní, autokrinní, juxtakrinní, parakrinní a endokrinní, hormony - eikosanoidy, steroidy, deriváty aminokyselin, receptory spojené s iontovými kanály, G-proteiny a tyrosinkinasou, intracelulární receptory, druzí poslové a jejich funkce - cAMP, cGMP, inositoltrisfosfát, Ca2+, NO, diacylglycerol, fosfoinositidy, příklady signálních drah.

Regulace a integrace energetického metabolismu u člověka. Makroživiny jako zdroje energie, energetické zásoby buněk a organismu, metabolismus tkání, meziorgánový transport, hormonální regulace, úloha AMP-dependentní proteinkinasy.

Metabolismus xenobiotik. Metabolické přeměny cizorodých lipofilních látek, enzymy prvé fáze - oxidační, redukční a hydrolytické, enzymy druhé fáze - konjugační a nekonjugační, regulace tvorby, příčiny toxicity xenobiotik.

Klinická 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 O2; 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.

Imunologie

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

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. Antigeny a protilátky.

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

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

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

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).

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

Úloha krevních destiček v imunitních reakcích

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.

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

Imunomodulace. Vakcinace. Pasivní a aktivní imunizace.

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

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

Instrumentální analytická 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.

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.

Separační techniky, chromatografie, elektromigrační techniky

Základy chromatografických separací – chromatogram; teorie chromatografie – klasická a kinetická; rozlišení; kvalitativní informace; kvantitativní analýza;

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

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

Elektromigrační techniky: elektroforéza; kapilární zónová elektroforéza; izotachoforéza; izoelektrická fokusace.

Frakcionace tokem v poli.

Metody chemické analýzy a jejich použití

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

Gravimetrie.

Elektroanalytické metody: potenciometrie; voltammetrie; polarografie; coulometrie.

Analýza v toku kapaliny (flow injection analysis)

Termická analýza.

Organická elementární analýza.

Chemické sensory: elektrochemické sensory; optické sensory; tepelné sensory.

Analýza sloučenin a molekulově specifická analýza

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

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

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.

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.

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

Pokročilá 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).