|
|
|
||
|
Přednáška poskytuje přehled o základních typech biomolekul a hlavních segmentech buněčného metabolismu se zřetelem na energetiku heterotrofní buňky. Přednáška je zamýšlena pro studenty 2. a vyšších semestrů bakalářského studia biologie a je doporučována zejména všem těm, kteří zamýšlejí studovat "experimentální" biologické obory (vědy o životě, Life Sciences). První část má za cíl představit jednotlivé skupiny biologicky důležitých molekul, jejichž znalost je potřebná pro studium buněčného metabolismu. Druhá část je zaměřena na proteinové struktury a jejich funkce s důrazem na enzymologii. Ve třetí části jsou představeny klíčové dráhy katabolismu a anabolismu buňky s důrazem na buňku živočišnou. Metabolismus je probírán zároveň se svými regulačními obvody. Přednáška navazuje na informace, získané v Biologii buňky, které dále rozvíjí. Absolutorium přednášky je předpokladem pro podrobnější studium metabolismu - zejména rostlin (Fyziologie rostlin, Vybrané kapitoly z biochemie rostlin), parazitických organismů (Biochemie parazitů) a mikroorganismů (Fyziologie bakterií, Mikrobiologie). Vděčnou oblastí studia je i srovnávací biochemie - jak živočichů, tak dalších říší, která nabízí i řadu příležitostí k pokračování na diplomových projektech na většině kateder. Doporučuje se absolvovat jako prerekvizity přednášku z obecné chemie/ základů fyzikální chemie a z organické chemie. Absolvování zkoušky bez těchto základů vyžaduje delší čas na přípravu. Informace o přednášce a studijní pomůcky je možno nalézt na stránce "Biochemie pro biology - Virtuální studovna biochemie", kde je také seznam literatury. Last update: Půta František, doc. RNDr., CSc. (16.09.2014)
|
|
||
|
Murray M.K. et al., Harperova ilustrovaná biochemie, Galén, ISBN: 978-80-7262-907-7, 2012 Voet D., Principles of Biochemistry, John Wiley & Sons Inc, ISBN13 (EAN): 9781119451662, 2018 Voet D., Voet J.G., Pratt, Ch.W., Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level 5th Edition, John Wiley & Sons Inc, ISBN-10: 1118918401, 2016 Nelson D., Cox, M.M., Lehninger Principles of Biochemistry, W. H. Freeman; 7th ed. edition, ISBN-10: 9781464126116, 2017 Berg J.M., Stryer L., Tymoczko J.L., Gatto G.J., Biochemistry, WH Freeman; 9th ed., ISBN-10: 1319114652, 2019 Mathews K.Ch., Biochemistry, Pearson; 4th Revised ed. Edition, ISBN-10: 0138004641, 2012 Lippincott Illustrated Reviews: Biochemistry, Lippincott Williams and Wilkins; 7th International edition, ISBN-10: 149636354X, 2017 Vodrážka Z., Biochemie, Academia, 2.opr. vydání, ISBN: 978-80-200-0600-4, 2007 Zapsaní studenti mají možnost využívat materiály na stránkách studovny v rámci Moodle (dl2.cuni.cz). Last update: Folk Petr, doc. RNDr., CSc. (05.04.2019)
|
|
||
|
Zkouška má formu písemného testu v 1. a 1. opravném termínu. Pro 2. opravný termín a při termínech po druhém zápisu předmětu je forma ústní. Písemný test se skládá z 30 otázek, které testují znalosti v rozsahu syllabu přednášky. Otázky jsou typu a) výběru jedné správné odpovědi ze čtyř možností a b) "multiple choice" - výběru správných odpovědí, které mohou být v libovolném počtu (0 až 4). Last update: Folk Petr, doc. RNDr., CSc. (11.09.2023)
|
|
||
|
GLUKONEOGENEZE A DALŠÍ METABOLICKÉ DRÁHY SACHARIDŮ KOMPLEX PYRUVÁTDEHYDROGENASY, katalýza a regulace TRANSPORT ELEKTRONŮ A OXIDATIVNÍ FOSFORYLACE LIPIDY A MEMBRÁNY METABOLISMUS LIPIDŮ druhá část METABOLISMUS AMINOKYSELIN METABOLISMUS NUKLEOTIDŮ průběžně Last update: Folk Petr, doc. RNDr., CSc. (30.08.2023)
|
|
||
|
Komplex pyruvát dehydrogenázy Vysvětlete biologický význam komplexu pyruvát dehydrogenázy jako spojnice mezi glykolýzou a citrátovým cyklem. Určete lokalizaci komplexu PDH v buňce a popište celkovou reakci katalyzovanou PDH včetně vstupních substrátů a produktů. Identifikujte jednotlivé enzymové složky komplexu (E1, E2, E3) a jejich funkci. Uveďte koenzymy PDH komplexu (TPP, lipoamid, FAD, NAD⁺, CoA) a vysvětlete jejich roli. Popište jednotlivé kroky katalýzy PDH komplexu a vysvětlete přenos acylové skupiny mezi aktivními místy enzymů. Objasněte význam oxidační dekarboxylace pyruvátu pro buněčný metabolismus. Vysvětlete princip kovalentní regulace PDH komplexu (fosforylace / defosforylace). Citrátový cyklus Vyjmenujte hlavní metabolické zdroje acetyl-CoA (sacharidy, lipidy, aminokyseliny). Vysvětlete přeměnu pyruvátu na acetyl-CoA a její propojení s glykolýzou. Objasněte význam β-oxidace mastných kyselin jako zdroje acetyl-CoA a uveďte příklady glukogenních a ketogenních aminokyselin. Vyjmenujte a popište jednotlivé enzymy citrátového cyklu. Vysvětlete sled reakcí citrátového cyklu včetně vzniku redukovaných koenzymů a určete energetický výtěžek jedné otáčky citrátového cyklu. Dejte do souvislosti enzymové reakce s tvorbou NADH, FADH₂ a GTP. Vysvětlete hlavní regulační mechanismy citrátového cyklu a identifikujte klíčové regulační enzymy. Objasněte vliv energetického stavu buňky (ATP/ADP, NADH/NAD⁺) na rychlost cyklu. Vysvětlete úlohu citrátového cyklu v katabolických i anabolických procesech a uveďte příklady prekurzorů biosyntetických drah vznikajících z meziproduktů cyklu. Objasněte význam anaplerotických reakcí pro udržení funkce citrátového cyklu. Alternativní metabolické dráhy sacharidů Glukoneogeneze: Definujte glukoneogenezi a vysvětlete její biologický význam. Popište hlavní kroky glukoneogeneze a enzymy, které obcházejí nevratné reakce glykolýzy. Vysvětlete energetickou náročnost glukoneogeneze a porovnejte regulaci glukoneogeneze a glykolýzy. Coriho cyklus: Popište cyklus a vysvětlete jeho význam pro metabolismus glukózy a laktátu. Vysvětlete interakci svalové tkáně a jater během anaerobní zátěže. Glyoxylátová dráha: Popište klíčové enzymy dráhy a určete organismy, ve kterých probíhá. Vysvětlete význam glyoxylátové dráhy pro přeměnu lipidů na sacharidy. Porovnejte glyoxylátovou dráhu s citrátovým cyklem. Pentózafosfátová dráha: Popište dráhu a vysvětlete její funkce. Rozlište její oxidační a neoxidační fázi. Vysvětlete vznik NADPH a jeho význam pro redukční biosyntézy a antioxidační ochranu. Objasněte tvorbu ribóza-5-fosfátu pro syntézu nukleotidů. Transport elektronů a oxidativní fosforylace Mitochondrie: Popište stavbu mitochondrie a vysvětlete funkční význam vnitřní a vnější membrány, mezimembránového prostoru a matrix. Vysvětlete vztah mezi strukturou mitochondrie a její funkcí v energetickém metabolismu buňky. Objasněte roli mitochondrií v produkci ATP, apoptóze a regulaci buněčného metabolismu. Transport elektronů: Vysvětlete princip přenosu elektronů v dýchacím řetězci a popište jejich zdroje (NADH, FADH₂) a vstup do transportního řetězce. Objasněte spojitost mezi přenosem elektronů a tvorbou protonového gradientu. Struktura a funkce komplexů I–IV: Popište strukturu a funkci jednotlivých komplexů I–IV dýchacího řetězce a vysvětlete mechanismus přenosu elektronů mezi jednotlivými komplexy včetně role koenzymu Q a cytochromu c. Uveďte, které komplexy se podílejí na přenosu protonů a vysvětlete jejich význam pro vznik protonmotivní síly. Představte inhibitory jednotlivých komplexů i s mechanismem jejich působení. Oxidativní fosforylace: Vysvětlete pojem oxidativní fosforylace a její propojení s transportem elektronů a popište chemiosmotickou teorii a její experimentální důkazy. Vysvětlete vztah mezi spotřebou kyslíku a tvorbou ATP. Uveďte rozdíly mezi spřaženou a rozpřaženou oxidativní fosforylací a objasněte princip netřesové termogeneze. Struktura a funkce FoF₁-ATPasy: Popište stavbu komplexu FoF₁-ATPasy a funkci jednotlivých podjednotek. Vysvětlete mechanismus syntézy ATP na základě toku protonů a objasněte rotační katalytický mechanismus a jeho význam pro efektivitu tvorby ATP. Fotosyntéza: Definujte fotosyntézu a vysvětlí její význam pro biosféru a energetickou bilanci živých organismů. Rozlište světelnou a temnostní fázi fotosyntézy a uveďte jejich lokalizaci v chloroplastu. Popište strukturu chloroplastu a vysvětlete vztah mezi jeho stavbou a funkcí. Vysvětlete úlohu fotosyntetických pigmentů při absorpci světla. Světelné reakce fotosyntézy: Charakterizujte fotosystém I a II a jejich funkci v přeměně světelné energie. Vysvětlete tok elektronů během světelných reakcí a popište vznik protonového gradientu na tylakoidní membráně. Fotofosforylace: Definujte fotofosforylaci a uveďte rozdíly mezi cyklickou a necyklickou fotofosforylaci. Vysvětlete mechanismus syntézy ATP ve světelných reakcích fotosyntézy. Porovnejte fotofosforylaci s oxidativní fosforylací. Temnostní reakce (Calvinův cyklus): Popište jednotlivé fáze Calvinova cyklu a vysvětlete funkci enzymu Rubisco při fixaci CO₂. Objasněte význam ATP a NADPH pro syntézu sacharidů. Fotorespirace: Definujte fotorespiraci a vysvětlete proč k ní dochází. Popište roli Rubisco jako karboxylázy a oxygenázy a vysvětlete metabolickou dráhu fotorespirace a zapojené buněčné kompartmenty.
Lipidy a membrány Vymezte vlastnosti mastných, tuků a vosků. Diskutujte efekt dvojných vazeb na vlastnosti mastných kyselin. Uveďte příklady terpenů a jejich funkcí. Podejte přehled typů membránových lipidů se zřetelem k fosfolipidům a sfingolipidům. Nakreslete vzorec fosfolipidu. Popište stavbu biomembrán včetně micel a lipozómů. Vysvětlete, na jakém principu se membrány vytvářejí. Uveďte příklady odlišného zastoupení a asymetrického rozložení lipidů v biomembránách. Diskutujte, jak je fluidita membrán ovlivněna složením a teplotou.
Metabolismus lipidů Popište proces trávení lipidů v trávicím traktu a vysvětlete úlohu žlučových kyselin při emulgaci lipidů. Vysvětlete mechanismus absorpce lipidů ve střevě a popište vznik a složení chylomikronů. Definujte β-oxidaci mastných kyselin a určete její buněčnou lokalizaci. Popište jednotlivé kroky β-oxidace, vysvětlete aktivaci mastných kyselin a jejich transport do mitochondrie. Spočtěte energetický výtěžek oxidace mastných kyselin a porovnejte oxidaci nasycených a nenasycených mastných kyselin. Definujte ketonové látky a uveďte jejich zástupce. Popište syntézu ketonových látek v játrech a vysvětlete využití ketonových látek v periferních tkáních. Zhodnoťte význam ketogeneze při hladovění, diabetu a fyziologické adaptaci. Vlastními slovy podejte detailní informaci o syntéze mastných kyselin – kompartmentalizace, jednotlivé reakce, regulace. Porovnejte beta oxidaci a syntézu mastných kyselin a identifikujte rozdíly. Popište jednotlivé fáze syntézy cholesterolu a uveďte další biologicky významné látky, které vznikají v průběhu syntézy a přímo z cholesterolu. Popište metabolismus eikosanoidů a zhodnoťte jeho význam pro regulaci fyziologických procesů ve zdraví i v nemoci. Metabolismus aminokyselin Vlastními slovy popište jednotlivé fáze katabolismu aminokyselin. Popište mechanismus transaminázových reakcí a vysvětlete roli PLP. Popište cyklus močoviny a vyčíslete energetické náklady na syntézu jedné molekuly močoviny. Diferencujte glukogenní a ketogenní aminokyseliny a vysvětlete v čem tkví rozdíl. Komentujte dráhy odbourávání aminokyselin v blocích charakterizovaných intermediáty/ procesy: 1. pyruvát, 2. 2-oxoglutarát, 3. 2-oxoisovalerátový komplex, 4. oxalacetát, 5. 2-oxoadipátový komplex, 6. NIH, 7. S-adenosylmethionin. Vysvětlete mechanismus NIH-přesmyku. Popište strukturu a roli THF v metabolismu jednouhlíkatých zbytků. Uveďte reakce, ve kterých je systém nabíjen a reakce, kde je kargo uplatněno v biosyntetických reakcích. Popište reakce v dráze syntézy hemu z glycinu a sukcinyl-CoA. Uveďte příklady porfyrií a vysvětlete, jak vznikají. Napište vzorec glutathionu. Vysvětlete, jak glutathion funguje při transportu aminokyselin a v reakcích inaktivujících reaktivní formy kyslíku. Rozlište esenciální a neesenciální aminokyseliny v metabolismu savců. Porovnejte délky drah syntézy u těchto dvou skupin. Uveďte, z jakých prekurzorů jsou aminokyseliny syntetizovány. Diskutujte souvislosti mezi metabolismem aminokyselin a dráhou syntézy purinových nukleotidů.
Metabolismus nukleotidů Popište struktury nukleotidů a nakreslete vzorce purinových a pyrimidinových derivátů, přítomných v NK. Diskutujte význam tautomerů na příkladech. Uveďte prekurzory, ze kterých vzniká molekula purinu/ pyrimidinu v rámci dráhy syntézy de novo. Vlastními slovy popište dráhu syntézy purinů / pyrimidinů a poukažte na rozdíly mezi nimi. Popište dráhy, kterými vznikají nukleosidtrifosfáty. Popište mechanismus reakce ribonukleotidreduktázy, vysvětlete, jak je reakce alostericky regulována. Vysvětlete mechanismus syntézy dTMP a princip na jakém působí sebevražedné substráty. Na metabolismu THF ukažte na význam analogů kyseliny listové v biomedicíně a biotechnologiích. Shrňte vlastními slovy reakce odbourávání nukleotidů a vznik kyseliny močové.
Integrace a orgánová specializace metabolismu Diskutujte nejdůležitější dráhy energetického metabolismu a zasaďte je do vzájemných souvislostí. Poukažte na intermediáty, které zprostředkovávají regulační vlivy. Vysvětlete termíny metabolický tok a koeficient elasticity reakce. Argumentujte, proč a které reakce metabolické dráhy jsou cíli regulačních zásahů. Ilustrujte kompartmentalizaci metabolismu na hlavních orgánových blocích savčího metabolismu. Popište způsoby regulace systému fosfofruktokinasa / FBPasa 1 a 2 a rozveďte, jak je systém odlišně regulován v buňkách kosterního a srdečního svalu a hepatocytech. Popište základní regulační dráhy řídící hladiny glukózy v krvi. Vysvětlete, jak může docházet k poruchám těchto regulací a čím se projevují. Last update: Folk Petr, doc. RNDr., CSc. (01.02.2026)
|