Požadavky ke studiu

Požadavky k SZZ – program Aplikovaná Biochemie do roku 2019

Obor Aplikovaná Biochemie

Státní závěrečná zkouška se skládá z následujících jednotlivě klasifikovaných částí:

Obhajoba bakalářské práce

Vlastní obhajoba bakalářské práce se sestává z 10minutové prezentace, v rámci které uchazeč seznámí komisi 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.

Písemná zkouška z předmětů

  • Biochemie (12 otázek)

  • Biochemické metody (12 otázek)

  • Jedna z vybraných specializací (8 otázek)

    • Anorganická chemie

    • Fyzikální chemie

    • Organická chemie

    • Analytická chemie

    • Molekulární biologie

 

   

Předsedající člen

Interní členové

prof. Mgr. Lukáš Žídek, Ph.D.

doc. RNDr. Radovan Fiala, CSc.

prof. RNDr. Jaroslav Koča, DrSc.

doc. Mgr. Karel Kubíček, PhD.

doc. Mgr. Pavel Plevka, Ph.D.

 

doc. Mgr. Richard Štefl, Ph.D.

doc. RNDr. Robert Vácha, PhD.

prof. RNDr. Michaela Wimmerová, Ph.D.

  • Sommer L. Základy analytické chemie I, VUTium, Brno 1998.
  • Sommer L a kolektiv: Základy analytické chemie II, VUTium, Brno 2000.
  • Toužín J. Stručný přehled chemie prvků, Skripta MU, Brno 2001
  • Greenwood NN. - Earnshaw, Chemie prvků I, II; Informatorium, Praha 1993
  • Hrnčiar P. Organická chémia, Slov. pedag. nakladatelstvo, Bratislava 1977
  • Červinka O, Dědek V, Ferles M. Organická chemie, SNTL/Alfa, Praha 1980
  • Atkins PW, de Paula J. Fyzikální chemie, VŠCHT, Praha 2013
  • Vodrážka Z. Biochemie, 2. vyd., Praha : Academia, 1999
  • Mikeš V. Základní pojmy z biochemie, MU, 2001
  • Šípal Z a kol. Biochemie, SPN, Praha 1992
  • Voet D, Voet J. Biochemie, Victoria, Praha 1995 
  • Karlson P. Základy biochemie, Academia, Praha 1981
  • Anzenbacher P, Kovář J. Metody chemického výzkumu pro biochemiky, MŠ ČSR, Praha 1986
  • Kalous V. Metody chemického výzkumu, SNTL, Praha 1987

Biochemie

Aminokyseliny, jejich vzorce, acidobazické rovnováhy, izoelektrický bod.

Peptidy, peptidová vazba, primární, sekundární, terciární, kvarterní struktura. Metody stanovení primární a sekundární struktury, souvislost mezi primární a sekundární strukturou, vazby stabilizující sekundární strukturu.

Metody dělení a izolace bílkovin. Chování bílkovin v roztoku (srážení, ionexová a afinitní chromatografie, gelová filtrace, elektroforéza v SDS, izoelektrická fokusace a 2D elektroforéza).

Biochemie hemoglobinu. Přenos kyslíku a jeho regulace.

Sacharidy. Pentosy, hexosy, aldosy, ketosy. Glysosidy, glykosidová vazba a její vlastnosti, disacharidy, homopolysacharidy (škrob, celulosa, glykogen, chitin), heteropolysacharidy, proteoglykany.

Lipidy, mastné kyseliny, glycerofosfolipidy, plasmalogeny, sfingolipidy, steroidy, liproteiny.

Nukleové kyseliny. Báze, DNA, RNA, typy šroubovice DNA, superhelikální struktura, vazby stabilizují sekundární strukturu DNA. Replikace, transkripce, translace. Základy genovým manipulací. Sekvenace nukleových kyselin.

Termodynamika enzymových reakcí. Makroergické vazby. Reakční kinetika, enzymy jako biokatalyzátory. Aktivní místo, katalytické místo, kofaktory, koenzymy a prostetické skupiny, mechanismus působení serinových proteináz. Rovnice Michaelise-Mentenové, metody stanovení Km a VL, číslo přeměny, aktivita enzymu, konstanta specifity. Inhibice enzymové reakce, dvousubstrátové reakce, Regulace enzymové aktivity: vliv pH, zymogeny, kovalentní modifikace (fosforylace, adenylylace, disulfidy).

Glykolýza, její jednotlivé kroky, energetická bilance. Substrátová fosforylace. Glukoneogeneze. Krebsův cyklus, Pentosafosfátová dráha. Oxidace mastných kyselin, syntéza mastných kyselin, acetogeneze. Odbourávání aminokyselin. rozdělení a význam proteáz. Vylučování dusíku, močovinový cyklus. Respirační řetězec, jeho komponenty. Oxidační fosforylace, Membránový transport, Fotosyntéza, lokalizace a komponenty, světelná fáze, Calvinův cyklus.

Mechanismus svalového stahu, biochemie vidění, přenos nervového vzruchu.

Imunochemie. Protilátky a antigeny. Buněčná imunita. Imunoanalytické postupy, ELISA.

Hormony. Mechanismu funkce některých hormonů (adrealin, glukagon, prostaglandiny, steroidní hormony, thyroxin, inzulin, rostlinné hormony). Základy buněčné signalizace, druhý posel. Struktura a funkce G-proteinů. Xenobiochemie, cytochrom P450.


Biochemické metody

Úvod. Zásady práce s biologickým materiálem. Strategie a plánování.

Desintegrace tkání a buněk. Centrifugace a sedimentační analýza.

Fázové separace. Srážení a extrakce. Membránové separace. Zahušťování a sušení. Úprava vody.

Chromatografické metody. Obecné principy a charakteristiky. Chromatografie adsorpční a rozdělovací. Iontoměničová chromatografie, chromatofokusace.

Chromatografie reverzně fázová a iontově párová. Hydrofobní chromatografie Chromatografie gelová. Chromatografie afinitní. Plynová chromatografie.

Elektromigrační metody. Obecné charakteristiky a vlivy. Elektroforesa volná a zónová.

Izoelektrická fokusace. Isotachoforesa. Blotting.

Metody určování velikosti a tvaru makromolekul. Hmotnostní spektroskopie. Koligativní metody, osmometrie.

Viskosimetrie. Translační a rotační difuse. Rozptyl světla a Roentgenova záření rentgenostrukturní analýza. Elektrochemické metody v biochemii. Princip, rozdělení. Potenciometrie, ISE. Bioselektivní elektrody.

Amperometrické metody. Polarografie a voltametrie, biosensory. Kalorimetrie, typy kalorimetrů, biochemické aplikace. Speciální aplikace biochemických metod rychlé reakce, iontová výměna. Analýza vazby ligandů na makromolekuly, metody stanovení vazebných parametrů.

Elektronová spektra molekul, přechody, základní a excitovaný stav, vliv prostředí, UV-VIS spektrofotometrie, použití ke stanovení látek, použití ke studiu struktury bílkovin.

Luminiscenční metody, kvantový výtěžek, vliv prostředí, Spektrofluorimetrie, princip, užití ke stanovení látek, použití ke studiu konformace bílkovin, zhášení flurescence transfer energie, polarizovaná, fluorescence, fosforimetrie.

IR spektroskopie a její užití ke studiu struktury bílkovin, Ramanův rozptyl a jeho použití ke studiu struktury bílkovin. Chiroptické metody a jejich princip, ORD a CD a jejich použití ke studiu konformace bílkovin.

NMR, EPR spektra a jejich použití ke studiu struktury bílkovin, Mossbauerova spektroskopie a její použití v biochemii,


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.

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.

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.

Použití stavové rovnice ideálního plynu a výpočet parciálních tlaků.

Formulace prvního termodynamického zákona. Výpočet práce při výrobě plynu. Entalpie: definice, význam, vztah mezi  ΔH a ΔU. Izobarická a izochorická tepelná kapacita. Použití Hessova zákona.

Termodynamická definice entropie a výpočet změny entropie pro izotermickou expanzi ideálního plynu. Clausiova nerovnost. Definice Helmholtzovy a Gibbsovy energie a na nich založená kritéria samovolného děje. Výpočet maximální práce a maximální neobjemové práce reakce. Výpočet standardní Gibbsovy energie reakce. Fundamentální rovnice chemické termodynamiky. Molární Gibbsova energie ideálního plynu.

Chemický potenciál čisté látky. Kritérium fázové rovnováhy. Fázový diagram čisté látky. Fázové pravidlo. Závislost chemického potenciálu na T a p.

Definice chemického potenciálu a fundamentální rovnice chemické termodynamiky pro směsi. Závislost chemického potenciálu ideálního plynu na tlaku. Raoultův zákon a Henryho zákon. Aktivita rozpouštědla: definice, postup při určování, aktivitní koeficient..

Reakční Gibbsova energie a podmínka rovnováhy. Případ obecné reakce: reakční Gibbsova energie v libovolném stádiu reakce, způsob výpočtu standardní reakční Gibbsovy energie, definice reakčního kvocientu. Definice a výpočet rovnovážné konstanty. Le Chatelierův princip: Odezva rovnováh na změny tlaku a teploty. Rozepsání oxidačně-redukční reakce na poloreakce. Výpočet napětí článku a vztah rovnovážného napětí článku k reakční Gibbsově energii. Interpretace řady napětí kovů. Určování rovnovážných konstant ze standardního napětí článku.


Organická chemie

Struktura, vazebné poměry reaktivita. Hybridizace a vazebné poměry. Konjugace. Mezomerní a indukční efekt. Elektrofil a nukleofil. Oxidační číslo. Substituční názvosloví.

Konformační analýza a stereochemie. Newmanova projekce, klínkové vzorce a Fischerova projekce, konformace, konformer a torzní úhel. Konformery alkanů, cyklohexanu a substituovaných cyklohexanů. Isomery, chiralita, enantiomery a diastereomery. Deskriptory konfigurace (E/Z, cis/trans, R/S).

Kyselost a bazicita. Kyselost a bazicita organických látek a faktory, které ji ovlivňují.

Nukleofilní substituce a eliminace. Monomolekulární a bimolekulární alifatické substituce. Aktivace -OH skupiny alkoholu. Monomolekulární a bimolekulární eliminace. Zajcevovo a Hofmannovo pravidlo.

Vlastnosti a reakce nenasycených uhlovodíků. Elektrofilní adice HX, H2O, halogenů a HXO na alkeny. Markovnikovovo pravidlo. Hydroborace-oxidace, hydrogenace, epoxidace a dihydroxylace. Ozonizace. Kyselost terminálních alkynů. 1,2- a 1,4-Adice na konjugované dieny. Cykloadiční reakce.

Vlastnosti a reakce aromatických ulovodíků. Hückelovo pravidlo. Elektrofilní aromatická substituce (SEAr) – nitrace, sulfonace, Friedelova-Craftsova alkylace a acylace. Vliv substituentů na SEAr. Nukleofilní aromatická substituce probíhající adičně-eliminačním mechanismem (SN2Ar) a eliminačně-adičním mechanismem.

Vlastnosti a reakce aldehydů a ketonů. Reakce aldehydů a ketonů s nukleofily (vznik poloacetalů, acetalů, iminů a enaminů) a enolizovatelných karbonylových sloučenin s elektrofily (halogenace, alkylace). Reakce aldehydů a ketonů s komplexními hydridy hliníku a boru a organokovy. 1,2- a 1,4-Adice na a,b-nenasycené karbonylové sloučeniny. Wittigova reakce. Aldolová reakce/kondenzace.

Vlastnosti a reakce karboxylových kyselin a jejich derivátů. Vliv substituentů na kyselost. Funkční deriváty karboxylových kyselin a jejich reaktivita s nukleofily. Nukleofilní acylová substituce. Reakce s organokovy a komplexními hydridy. Spontánní dekarboxylace b-oxokyselin. Malonesterové syntézy. Struktura a vlastnosti aminokyselin včetně acidobazického chování. Peptidová (amidova) vazby.

Vlastnosti a reakce alkoholů a fenolů. Vlastnosti alkoholů a fenolů (teplota varu, kyselost, bazicita, mísitelnost s vodou). Aktivace -OH skupiny jako odstupující skupiny. Oxidace primárních a sekundárních alkoholů. Redoxní pár chinon-hydrochinon. Příprava, vlastnosti a reaktivita etherů a epoxidů. Vlastnosti, příprava a reaktivita thiolů a sulfidů.

Vlastnosti a reakce aminu. Struktura a vlastnosti aminů (teplota varu, kyselost, bazicita). Příprava aminů. Hofmannova eliminace kvarterních amoniových hydroxidů. Výroba a použití diazoniových solí. Nitro-sloučeniny. Struktura a reaktivita organokovů, základní reakce přípravy organokovů. Reakce organokovů s kyselinami, alkylačními činidly, aldehydy a ketony, epoxidy, nitrily, funkčními deriváty karboxylových kyselin a oxidem uhličitým.

Radikálové reakce. Stabilita uhlíkových radikálů. Radikálová halogenace a autooxidace uhlovodíků.

Vlastnosti, struktura a reakce sacharidů. Chemická povahu a vlastnosti monosacharidů, oligosacharidů a polysacharidů. Řada D- a L-cukrů, epimer, anomer, redukující a neredukující sacharidy a mutarotace. O- a N-glykosidy, estery, aminy, cukerné alkoholy a karboxylové kyseliny odvozené od sacharidů. Struktura a vlastnosti mono-, di- a polysacharidů.

Vlastnosti, struktura a reakce heterocyklických sloučenin. Struktura a názvy heterocyklických sloučenin. Pětičlenných a šestičlenné aromatické heterocykly a jejich reakce. Přírodní deriváty porfinu, pyrimidinu a purinu.

Vlastnosti, struktura a reakce lipidů. Společné vlastnosti lipidů. Chemická struktura skupin lipidů (vosky, triacylglyceroly, fosfolipidy, sfingolipidy, terpeny, steroidy a prostaglandiny). Mastné kyseliny, vliv dvojné vazby na jejich vlastnosti. Biologická funkce lipidů.


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.


Anorganická 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.


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.