Physico-chemical techniques in the biochemical laboratory (fundamental theory, instrumentations, applications). Sources of error, signal-to-noise ratio and methods for its improvement. Interaction of electromagnetic waves with matter and potential of spectral methods. Rotational and vibrational (infrared, Raman) spectroscopy, resonance spectroscopy (NMR and EPR spectra, magnetic susceptibility. Mösssbauer spectra). Electronic emission, absorption, luminiscence. Optical activity, CD and ORD spectra. Optoacoustic spectrometry, sonography, and other imaging methods. Size and shape of molecules (elastic light scattering, analytical ultracentrifuge, viscosity, colligative methods, zeta potential, SAXS). Difraction analysis (X-ray difraction). Chemical structure and compositions of biopolymers (mass spectrometry), sequencing and synthesis of proteins, nucleic acids, PCR and related methods of molecular biology. Thermal analysis, calorimetry. Kinetics of biochemical reactions, fermentors, fast kinetic techniques (stopped-flow, relaxation techniques, time-resolved spectral methods), analysis of biopolymer interaction with small molecules.
Lectures - in Czech
This lecture is a loose continuation of MC250O09A (Metody biochemie) and the students are requested to make themselves familiar with that lecture.
Last update: Šulc Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (26.09.2023)
Fyzikálně-chemické metody v biochemii (teoretické základy, instrumentace, aplikace).
Zdroje chyb, šum a metody zlepšování poměru S/N. Interakce elektromagnetického vlnění z hmotou a možnosti spektrálních metod. Vibrační (IR, Raman) spektra, rezonanční spektra (NMR, EPR, magnetická susceptibilita, ...). Moessbauerova spektra. Elektronové přechody, emise, absorpce, luminiscence, chiroptické metody (CD, ORD, LD). Optoakustická spektra. Metody ke studiu velikosti a tvaru biopolymerů (analytická ultracentrifugace, viskometrie, koligativní metody, hmotnostní spektrometrie, elastický rozptyl světla, zeta potenciál). Metody zjišťování chemické struktury biopolymerů (X-ray a difrakční analýza, Neutronová difrakce) či studia chemického složení a struktury biomolekul (MS, hmotnostní spektrometrie a kombinované techniky, proteomika). Termální analýza a kalorimetrie, studium kinetiky a interakcí biomolekul.
UPOZORNĚNÍ předmět volně navazuje na Metody biochemie MC250P09A, a předpokládá se znalost metod, principů technik a aplikací probíraných v tomto předmětu.
Last update: Šulc Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (26.09.2023)
Parson W.W.: Modern Optical Spectroscopy, Student Edition with Exercises and Examples from Biophysics and Biochemistry. Springer 2007.
Cantor C.R., Schimmel P. R. Biophysical Chemistry. Part II. Techniques for the study of biological structure and function. W.H. Freeman, S. Francisco 1980. (Detailed description of principles.))
Marshall A.G.: Biophysical Chemistry: Principles, Techniques, and Applications. J. Wiley N. York, 1978. (Unified physico-chemical explanation of principles.)
Walla P. J.: Modern Biophysical Chemistry - Detection and Analysis of Biomolecules. 2nd Ed., Wiley-VCH Weinheim, 2014. (1st Ed. 2009).
Buxbaum E.: Biophysical Chemistry of Proteins - An Introduction to Laboratory Methods, Springer, N. York, 2011 (Available also z: http://www.gbv.de/dms/tib-ub-hannover/629936153.pdf)
Creighton T. E.: Biophysical Chemistry of Nucleic Acids and Proteins. Helvetian Press 2010.
Marshall AG: Biophysical Chemistry, Wiley, N. York 1978.
Pingoud A, et al.: Biochemical Methods, Wiley-VCH, Weinheim 2002. and the (plentiful) literature focused on individual methods.
Last update: Šulc Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (06.10.2022)
DOPORUČENÁ LITERATURA: Anzenbacher P., Kovář J.: Metody chemického výzkumu pro biochemiky, MŠ ČSR Praha, 1986, 175 str.
Kalous V et al.: Metody chemického výzkumu, SNTL Praha, 1987, 431 str. (pro základní orientaci v problematice studia)
P. Klouda: Moderní analytické metody, Nakl. Pavko Praha, 2016, 3.vyd., 176 str. (pro základní orientaci v problematice instrumentálních metod chemické analýzy)
Kalous V.: Jak moderní chemie zkoumá strukturu molekul. SNTL Praha. 1983, 152 str. (Stručný a jednoduchý úvod do z8klad; metodik studia struktury molekul).
Prosser V et al.: Experimentální metody biofyziky, Academia Praha, 1989, 712 str.
Kodíček M, Karpenko V: Biofyzikální chemie, 2. vyd. Academia Praha, 2000
ROZŠIŘUJÍCÍ LITERATURA
Monografie k jednotlivým probíraným metodám a skupinám metod.
Parson W.W.: Modern Optical Spectroscopy, Student Edition with Exercises and Examples from Biophysics and Biochemistry. Springer 2007.
Cantor C.R., Schimmel P. R. Biophysical Chemistry. Part II. Techniques for the study of biological structure and function. W.H. Freeman, S. Francisco 1980. (Velmi podrobný výklad principů nejdůležitějších metod)
Marshall A.G.: Biophysical Chemistry: Principles, Techniques, and Applications. J. Wiley N. York, 1978. (Obsáhlý text - 812 str. - se sjednocujícím fyzikálním pohledem na hlavní metody studia biomolekul.)
Walla P. J.: Modern Biophysical Chemistry - Detection and Analysis of Biomolecules. 2nd Ed., Wiley-VCH Weinheim, 2014. (1st Ed. 2009).
Buxbaum E.: Biophysical Chemistry of Proteins - An Introduction to Laboratory Methods, Springer, N. York, 2011 (Dostupné také z: http://www.gbv.de/dms/tib-ub-hannover/629936153.pdf)
Creighton T. E.: Biophysical Chemistry of Nucleic Acids and Proteins. Helvetian Press 2010.
a další
Last update: Šulc Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (26.09.2023)
Requirements to the exam -
There is written exam. The written examination consisting four questions based on the syllabus, there are two general "synthetic" questions, approx. covering one lecture session (15 points per question), the two another questions are more "detailed" - covering one particular method, technical conditions, or application (10 points per question). Total evaluation: fine/výborně (50-44 points), commendably/velmi dobře (43-37 points), well/dobře (36-30 points).
NOTICE: this subject is related to previous subject Metody biochemie MC250P09A, and the competen knowledge of explained methods, principes of techniques an applications are supposed in the subject Metody studia biomolekul - MC250P09B.
Last update: Šulc Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (26.09.2024)
Písemná zkouška dle na základě předchozích požadavků studentů.
Písemná zkouška bude probíhat testem ze čtyř otázek (60 min.), přižemž dvě otázky budou "souhrnné" - přibližně pokrývající jeden probíraný okruh (maximální hodnocení 15 bodů/otázka), ddalší dvě otázky jsou detailnější - pokrývající jednu konkrétní metodiku nebo jeden princip a využití experimentálního přístupu, aplikace a technické podmínky měření, přípavy vzorku, případné problematické situacemi/omezení při využití dané techniky (maximální hodnocení 10 bodů za otázku). Celkové hodnocení testu: výborně (50-44 bodů), velmi dobře (43-37 bodů), dobře (36-30 bodů).
UPOZORNĚNÍ předmět volně navazuje na Metody biochemie MC250P09A, a předpokládá se znalost metod, principů technik a aplikací probíraných v tomto předmětu.
Last update: Šulc Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (26.09.2024)
Syllabus -
MEASUREMENT IN CHEMISTRY (analog and digital measurement, signal and noise, reduction of noise and drift, FFT and deconvolution)
METHODS TO STUDY THE SIZE AND SHAPE OF MOLECULES (Colligative methods, elastic light scattering, viscosimetry, analytical ultracentrifugation, flow birefringence, dielectric dispersion)
METHODS TO STUDY CHEMICAL COMPOSITION AND STRUCTURE (amino acid analysis and protein sequencing, sequencing of polynucleotides, PCR and related techniques, synthesis of peptides, proteins oligonucleotides, chemical modification and immobilization of proteins, mass spectrometry, and hyphenated techniques)
DIFFRACTION STRUCTURAL ANALYSIS (basic concepts in crystallography, roentgen, neutron, and electron diffraction)
INTERACTION OF ELECTROMAGNETIC WAVES WITH MATTER (physical aspects of spectral measurements, signal and noise, Fourier, Hadamard, multichannel spectrometry, atomic emission spectra, AAS, electronic absorption spectra,derivative and difference spectra UV-VIS, infrared absorption spectroscopy, Raman spectra, resonance and surface-enhanced Raman scattering, spectrofluorimetry, time-resolved fluorescence techniques, bioluminescence a chemiluminescence, opaque materials, reflectance, photoacoustic spectra, chiroptical methods, polarimetry, ORD, CD, nuclear magnetic resonance, pulse, multidimensional NMR, EPR, Mössbauer spectra)
STUDY OF CHEMICAL REACTIONS AND EQUILIBRIA (principles of chemical kinetics, time scale, fast reaction kinetics, continuous and stopped-flow methods, relaxation methods, calorimetric methods and thermal analysis, DSC, ligand binding to macromolecules, equilibrium dialysis)
NOTICE: this subject is related to previous subject Metody biochemie MC250P09A, and the competen knowledge of explained methods, principes of techniques an applications are supposed in the subject Metody studia biomolekul - MC250P09B.
Last update: Šulc Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (26.09.2023)
ZÁKLADY FYZIKÁLNĚ CHEMICKÝCH MĚŘENÍ (digitální a analogová měření, signál a šum, vyrovnávací počet, potlačování šumu a driftu - tlumení, akumulace dat, vícekanálová měření, Fourierova transformace, analýza dat - FFT, dekonvoluce, rozklad kompozitních signálů)
INTERAKCE ELMG VLN S HMOTOU - fyzikální aspekty spektrálních měření, vztah vlnové délky, vlnočtu, frekvence a energie záření, Planckův vztah, obory vlnových délek a korespondující typy spektrálních měření, konstrukce spektrálních přístrojů - základní pojmy, - elektronové přechody, čárová a pásová spektra, atomová emisní spektra, AAS, elektronová absorpční spektra molekul, UV-VIS spektroskopie proteinů a NK, malých biomolekul - chromogenní substráty, derivační a diferenční spektra UV/VIS, fotometrická stanovení proteinů a NK - index lomu, disperze, refraktometrie, turbidimetrie a nefelometrie, měření opakních materiálů, spekulární a difusní reflektance, plasmonová resonance, fotoakustická spektroskopie - chiroptické metody, polarimetrie, CD a ORD - využití pro odhad zastupení sekundární struktury, měření stability - luminiscence, Jablonského diagram, bioluminiscence a chemiluminiscence, fluorescence a fosforescence, časově rozlišené a vícedimenzionální techniky - vibrace dvou a víceatomových molekul, absorpční spektroskopie v infračervené oblasti, FTIR, odhad zastoupení regulárních sek. struktur v proteinech, spektra NIR, - Ramanova spektra, resonanční a povrchové zesílení Ramanova jevu, časově rozlišené techniky - diamagnetické a paramagnetické látky, měření magnetické susceptibility, - elektronová paramagnetická resonance, - nukleární magnetická resonance, pulsní, vícerozměrné techniky NMR, - Mössbauerova spektra
METODY KE STUDIU VELIKOSTI A TVARU MOLEKUL (koligativní metody, elastický rozptyl světla, zeta potenciál, viskozimetrie, analytická ultracentrifuga, dvojlom za toku, dielekrická a vodivostní disperze)
METODY KE STUDIU CHEMICKÉHO SLOŽENÍ A STRUKTURY (hmotnostní spektrometrie, tandemové (MS/MS) a kombinované (LC/GC-MS) techniky, kvalitativní a kvantitativní analýza, strukturní proteomika (XL a H/D výměna)
STUDIUM CHEMICKÝCH REAKCÍ A ROVNOVÁH - základy kinetických měření, časová škála dějů, studium velmi rychlých dějů, metody kontinuálního a zastaveného toku, relaxační techniky, - kalorimetrické metody a termická analýza, DSC, - studium vazby ligandů na makromolekuly, prezentace vazebných křivek, rovnovážná dialýza, ITC, SPR
Last update: Šulc Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (26.09.2024)
