Požadavky ke studiu

Požadavky ke SZZ – program Biochemie

Specializace Biochemie

Státní závěrečná zkouška se skládá z následujících jednotlivě klasifikovaných částí:

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.

Okruhy k ústní zkoušce

  • Pokročilá biochemie

  • Enzymologie

  • Biotechnologie

 

 

Předsedající členové

Interní členové

doc. Mgr. Tomáš Kašparovský, Ph.D.

doc. Mgr. Pavel Bouchal, Ph.D.

doc. RNDr. Pavel Brož, Ph.D.

prof. RNDr. Igor Kučera, DrSc.

prof. RNDr. Jiří Doškař, CSc.

prof. RNDr. Zdeněk Glatz, CSc.

doc. RNDr. Petr Skládal, CSc.

prof. RNDr. Josef Komárek, DrSc.

doc. Mgr. Jan Lochman, Ph.D.

Externí členové

doc. Ing. Martin Mandl, CSc.

doc. RNDr. Roman Pantůček, Ph.D.

doc. RNDr. Jiří Dostál, CSc.

prof. RNDr. Milan Potáček, CSc.

prof. RNDr. Omar Šerý, Ph.D.

doc. RNDr. Pavel Pazdera, CSc.

prof. RNDr. Jan Šmarda, CSc.

prof. RNDr. Libuše Trnková, CSc.

prof. RNDr. Eva Táborská, CSc.

prof. RNDr. Michaela Wimmerová, Ph.D.

doc. RNDr. Petr Zbořil, CSc.

  • Alexander M. Biodegradation and Bioremediation. Academic Press. San Diego. 1994.
  • Doran PM. Bioprocess Engineering Principles. Academic Press. London. 1995.
  • Evans GM, Furlong JC. Environmental Biotechnology. John Wiley & Sons. Chichester. 2011.
  • Faber K. Biotransformations in Organic Chemistry. Springer. Berlin. 1997.
  • Glazer AN, 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 SN, Tripathi RD. Environmental Bioremediation Technologies. Springer. Berlin. 2007.
  • Stanbury PF, Whitaker A, Hall SJ. Principles of Fermentation Technology. 2nd ed. Elsevier. Oxford. 1995.
  • Yeh WK, Yang HC, McCarthy JR. Enzyme Technologies. John Wiley & Sons. Hoboken. 2010.
  • Voet D, Voet JG. Biochemistry. 4rd ed. Hoboken. John Wiley & Sons. 2011.
  • 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.
  • Clark D, Pazdernik N. Biotechnology. 2nd Edition. 2015. ISBN: 9780123850157
  • Lodish H. Molecular Cell Biology. Eighth Edition. 2016. ISBN: 1464183392
  • Lehninger. Principles of Biochemistry. 2016. ISBN: 9781319108243
  • Rice CN a Stevens L. Fundamentals of enzymology: the cell and molecular biology of catalytic proteins. 3rd ed. Oxford University Press. 1999.
  • Bisswanger H. Practical enzymology. 2nd, completely rev. ed. Weinheim. Wiley-Blackwell. 2011
  • Leskovac V. Comprehensive enzyme kinetics. New York. Kluwer Academic/Plenum publishers. 2003.
  • Cornish-Bowden A. Fundamentals of enzyme kinetics. Rev. ed. London. Portland Press. 1995.
  • Simmons MJ, Snustad DP. Genetika. 2. vyd. Masarykova univerzita. Brno. 2017.

Náplň okruhů k SZZ

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, řasinek a bičíků)

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)

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 purifikace – gelová permeační, iontově výměnná, chromatofokusace, hydrofobní, afinitní, kovalentní, kvantifikace postupu purifikace)

Rekombinantní proteiny – exprese proteinů v bakteriích (klonovací strategie, použití kodónů, omezení toxických efektů v důsledku nadprodukce, zvýšení stability a posttranslační modifikace, glykosylace), exprese proteinů v eukaryontních buňkách, výhody a nevýhody jednotlivých expresních systémů 

Místně cílená mutageneze.

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

Funkční proteomika – analýza interakcí protein-protein a proteinových komplexů, klasifikace proteinových vzorků pomocí MS, imunochemické přístupy a jejich komplementarita 

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 

Chemická struktura nukleových kyselin

Genomika a genová exprese – bioinformatické nástroje, DNA mikroarrays, současné sekvenační techniky nukleových kyselin (Sanger, NGS), metagenomika, metody kvalitativní i kvantitativní analýzy genové exprese, techniky pro editaci genomu (ZFNs, TALENs, CRISPR). 

Rozdíly v transkripci a translaci u prokaryot a eukaryot – sigma factor, aktivátory a represory, zesilovače transkripce. 

Klonování DNA – konstrukce genových knihoven, blotovací techniky, používání DNA databází. 

Real-time PCR – princip, pravidla pro návrh primerů a sond, SybrGreen, TaqMan, Molecular beacons. 

Detekce bodových polymorfismů – metody založené na PCR, RFLP, SNaPshot, microarrays, CNV analýza, sekvenace 

Využití DNA diagnostiky v přímé detekci mikroorganizmů a virů – detekce MTB, borélií, chlamydií, HIV, virových hepatitid, herpetických virů, atd. 

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.

Inhibitory enzymů v praxi. Příklady inhibitorů a mechanismu jejich účinku: léčiva, herbicidy, pesticidy, toxiny.

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)

Obecné parametry biotechnologických procesů

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.

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.

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.

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).