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).