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 10 minutové 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.

  • Ústní zkouška z předmětů

    • Biochemie a její základní metody

    • Ze dvou následujících volitelných předmětů:

      • Fyzikální chemie

      • Anorganická chemie

      • Organická chemie

      • Analytická chemie

      • Molekulární biologie


Požadavky k ústní zkoušce z Biochemie a jejich základních metod

Chemické složení organismů. Aminokyseliny, peptidy, bílkoviny. Sacharidy jednoduché a složené, homo- a heteropolysacharidy. Lipidy jednoduché a složené (fosfolipidy a glykolipidy). Nukleové kyseliny (strukturní typy). Minerální látky

Biokatalýza. Struktura a vlastnosti enzymů. Koenzymy a prostetické skupiny. Faktory ovlivňující činnost enzymů. Michaelisova kinetika. Isoenzymy a allosterické enzymy. Hlavní druhy inhibitorů.

Metabolismus. Obecné znaky metabolismu, rozdělení. Energetika biochemických reakcí, makroergní sloučeniny.

Metabolismus bílkovin. Proteolytické štěpení. Hlavní cesty odbourávání aminokyselin. Deaminace a transaminace aminokyselin. Detoxikace amoniaku (tvorba amidů a močoviny). Oxidační dekarboxylace alfa-oxokyselin. Biosynthesa bílkovin v ribosomu. Posttranslační modifikace.

Metabolismus nukleových kyselin. Syntéza a degradace bazí. Syntéza a degradace polynukleotidů

Metabolismus sacharidů. Centrální postavení glukosy. Glykolysa - reakce a energetický zisk. Alkoholické kvašení. Srovnání glykolysy a kvašení (bilanční rovnice). Glukoneogenese a Coriho cyklus. Vznik pentos z glukosy, pentosový cyklus. Biosynthesa oligo- a polysacharidů

Metabolismus lipidů. Účinek lipas a fosfolipas. Beta-oxidace mastných kyselin (Lynenova spirála). Biosynthesa mastných kyselin, tuků a fosfolipidů

Základy bioenergetiky. Popis Krebsova cyklu, jeho význam. Oxidace redukovaných koenzymů v respiračním řetězci. Tvorba ATP a vliv rozpojovačů. Podstata fotosyntézy. Světelná fáze fotosyntézy (fotolysa vody a necyklická fosforylace). Temná fáze fotosyntézy (Calvinův cyklus)

Sekundární metabolity. Biosynthesa aromatických sloučenin (šikimátová a polyketidová cesta). Alkaloidy. Isoprenoidy (terpeny,steroidy, karotenoidy). Biosynthesa a degradace hemu

Regulace metabolismu. Regulace enzymových aktivit. Funkce membrán a aktivní transport látek. Mechanismy účinku hormonů. Regulace exprese genové aktivity

Různé. Esenciální složky potravy. Vitaminy - význam a přehled hlavních zástupců. Energetické zdroje svalu a jeho kontrakce. Přenos nervového vzruchu. Fixace dusíku u mikrobů a rostlin. Základní pojmy imunochemie. Oxygenace, mikrosomální elektronový transport

Praktické aplikace biochemie. Biochemie v lékařství, základní biochemická vyšetření, zpracování výsledků a vyhodnocení. Principy biotechnologických procesů, příklady, perspektivy. Biochemie v problematice životního prostředí.

Biochemické laboratorní techniky. Separační metody: a) Fázové separace (srážení, membránové separace) b) Sedimetační (ultracentrifuga) c) Chromatografické (kapalinová) d) Elektromigrační (elektroforesa, isoelektrická fokusace, isotachoforesa)

Analytické metody. Spektrální metody, fotometrie a fluorometrie, další resonanční metody. Elektrochemické metody (potenciometrie, amperometrie a konduktometrie). Radiochemické metody


Požadavky k ústní zkoušce z Obecné 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.

Chemická termodynamika. Tepelná rovnováha, teplota, tlak, nultá věta. První věta, vnitřní energie, teplo, práce. Entalpie, tepelné kapacity. Druhá věta. Entropie, termodynamická reverzibilita. Chemický potenciál. Třetí věta.

Chemické rovnováhy. Závislost Gibbsovy funkce na rozsahu reakce. Rovnovážná konstanta a její závislost na tlaku a na teplotě. Le Chatelierův princip. Základní pojmy statistické termodynamiky.

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.

Rovnovážná elektrochemie. Termodynamika roztoků elektrolytů. Galvanické a elektrolytické články. Standardní potenciál elektrody. Druhy elektrod. Oxidace a redukce. Elektroda prvního a druhého druhu, Nernstova rovnice, vodíková elektroda, galvanický článek. Oxidoredukční elektroda, Petersova rovnice. Změna Gibbsovy volné energie a rovnovážná konstanta elektrochemických reakcí. Disproporcionační reakce. Faradayův zákon.

Kinetická teorie ideálního plynu. Maxwell-Boltzmannova funkce rozdělení rychlostí, střední kinetická energie a rychlost molekul plynu, počet mezimolekulárních srážek. Ideální plyn, stavová rovnice ideálního plynu.

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.


Požadavky k ústní zkoušce z Organické chemie

Principy tvorby systematického názvosloví organických sloučenin.

Alkany a cykloalkany. Isomerie řetězová, konformace alkanů a cykloalkanů. Radikálové reakce jako typická reakce alkanů a jejich mechanismus.

Alkeny, geometrická isomerie u alkenů. Cahn, Ingold, Prelogova pravidla. Adiční reakce, mechanismus a stereochemie adičních reakcí. Polymerace.

Optická aktivita a symetrie molekul. Chiralita molekul, podmínky chirality, zobrazování trojrozměrných molekul v rovině. Optická isomerie, specifická rotace, optická čistota, racemická směs. Určování absolutní konfigurace molekul. Mesoforma.

Alkiny a jejich struktura. Vlastnosti trojné vazby, adiční reakce (elektrofilní i nukleofilní reakce), kyselost atomů vodíku vázaných na sp-hybridní uhlík.

Aromatický stav a jeho demonstrace (resonanční - delokalizační energie). Benzoidní a nebenzoidní aromáty. Vlastnosti aromatických sloučenin, mechanismus elektrofilní aromatické substituce. Vliv substituce na jádře na vstup elektrofilu. Adiční a oxidační reakce a jejich podmínky. Reakce na kondensovaných aromatických sloučeninách.

Halogenderiváty a jejich strukturní typy, reaktivita.

Hydroxysloučeniny-alkoholy a fenoly. Reaktivita hydroxylové skupiny, kyselost a vliv uhlíkatého zbytku na míru kyselosti. Oxidace alkoholů. Polyhydroxyderiváty.

Thioly a sulfidy. Produkty oxidace. Sulfonové kyseliny a jejich funkční deriváty (sulfochloridy, estery, sulfonamidy). Estery minerálních látek (sulfáty, nitráty, nitrity, fosfáty).

Aminosloučeniny. Základní chemické vlastnosti. Nitrosloučeniny, vliv nitroskupiny na uhlíkatý zbytek. Azosloučeniny, azoxysloučeniny a hydrazolátky. Nitrily a isokyanidy.

Organokovové sloučeniny.

Karbonylové sloučeniny. Charakterizace karbonylu, nukleofilní adice, reakce s kyslíkatými, dusíkatými a uhlíkatými nukleofily. Oxidace a redukce aldehydů a ketonů.

Karboxylové kyseliny, jejich struktura a chemické vlastnosti. Funkční deriváty karboxylových kyselin (estery, halogenidy, anhydridy, amidy), jejich příprava, vlastnosti a využití v organické syntéze. Deriváty kyseliny uhličité.

Heterocyklické sloučeniny. Elektronová struktura a vliv na chemické vlastnosti, srovnání jejich chemických vlastností.


Požadavky k ústní zkoušce z Analytické 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.


Požadavky k ústní zkoušce z Anorganické 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.


Požadavky k ústní zkoušce z 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.


Studijní literatura

Sommer L.: Základy analytické chemie I, VUTium Brno 1998.

Sommer L. a kolektiv: Základy analytické chemie II, VUTium Brno 2000.

Toužín, Jiří - Stručný přehled chemie prvků, Skripta MU Brno 2001

Greenwood, N. N. - Earnshaw, Chemie prvků I, II; Informatorium, Praha 1993

P. Hrnčiar: Organická chémia, Slov. pedag. nakladatelstvo, Bratislava 1977

O.Červinka, V. Dědek, M. Ferles: Organická chemie, SNTL/Alfa, Praha 1980

Moore W.J.: Fyzikální chemie, SNTL, Praha 1979

Brdička R., Dvořák J.: Základy fyzikální chemie. Academia, Praha 1977.Literatura:

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

Kalous V., Pavlíček Z.: Biofysikální chemie, SNTL Praha 1980

Ferenčík M., Škárka B.: Biochemické laboratórne metódy, Alfa Bratislava 1981

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