Biochemistry - D0103446

• Title: Biochemie
• Guaranteed by: Department of Medical Chemistry and Clinical Biochemistry (13-352)
• Faculty: Second Faculty of Medicine
• Actual: from 2013 to 2015
• Semester: winter
• Points: 12
• E-Credits: 12
• Examination process: winter s.:
• Hours per week, examination: winter s.:4/4, C [HT]; summer s.:4/4, C+Ex [HT]
• Extent per academic year: 14 [weeks]
• Capacity: winter:unlimited / unlimited (unknown); summer:unlimited / unlimited (unknown)
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: prof. MUDr. Richard Průša, CSc.
• Classification: Medicine > Basic Sciences

Annotation

Last update: Pavlína Šantorová (11.10.2022)

Předmět poskytuje vysvětlení funkce metabolismu a důsledky poruch struktur od molekulární úrovně až po úroveň organismu. Jsou rozebírány otázky vztahu struktury a funkce, mechanismů metabolických přeměn, řeší se otázky přenosu a zpracování hormonálních a jiných signálů buňkou, specifika biochemie jednotlivých orgánů a biochemické procesy probíhající na úrovni celého organismu. Cílem předmětu je pochopení biochemického základu životních procesů a aplikace těchto znalostí v medicíně.

Aim of the course

Last update: MUDr. Matej Kohutiar, Ph.D. (24.09.2019)

Cílem předmětu je pochopení biochemického základu životních procesů a aplikace těchto znalostí v medicíně.

Literature

Last update: MUDr. Matej Kohutiar, Ph.D. (10.06.2021)

Povinná:

B.Matouš et al.:Základy lékařské chemie a biochemie,1.vydání,Galén,2010

R.K. Murray a spol.: Harperova biochemie; H&H,český překlad 28. vydání,Galén 2012

M.Kohutiar,Z.Chmátalová,J.Illner,T.Popelková: Praktická cvičení z lékařské chemie a biochemie

Doporučená:

R.K. Murray a spol.: Harperova biochemie; H&H,český překlad 23. vydání,1998

J.Koolman,K.H.Roehm:Barevný atlas biochemie,český překlad 4.vydání,grada,2012

M.Lieberman,A.D.Marks: Mark’s Basic Medical Biochemistry 2017.

Elektronické verze přednášek v Moodle.

MOODLE:

https://dl1.cuni.cz/enrol/index.php?id=6518

Syllabus

Last update: Pavlína Šantorová (24.09.2019)

ČÁST 1: OBECNÁ BIOCHEMIE A METABOLIZMUS

Tématický celek: Obecná a fyzikální chemie

Náplň:

Obecná a fyzikální chemie.

Chemická vazba. Disperzní soustavy a osmotické jevy. Chemické rovnováhy acidobazické, redoxní,srážecí a komplexní.

Výpočty v lékařské chemii.

SI soustava jednotek. Převody násobků a dílů jednotek. Složení roztoků: hmotnostní a objemový zlomek. Ředění. Látková koncentrace. Výpočty pH silných/slabých kyselin a zásad. Osmolarita a osmolalita.

Tématický celek: Obecná biochemie

Náplň:

Základy bioorganické chemie.

Struktura organických sloučenin. Základní typy organických reakcí. Organické sloučeniny s obsahem kyslíku, dusíku a síry.

Intermediární metabolizmus.

Anabolické, amfibolické a katabolické reakce, metabolický obrat. Přehled metabolizmu.

Základy membranologie.

Struktura, stavba a vlastnosti biologických membrán. Membránový transport.

Tématický celek: Enzymologie

Náplň:

Mechanizmy enzymové katalýzy.

Struktura a funkce enzymů. Termodynamické aspekty enzymové katalýzy. Mechanizmy enzymové katalýzy a její regulace. Klasifikace enzymů. Význam enzymů v medicíně. Enzymopatie.

Kinetika enzymových reakcí.

Chemická kinetika. Kinetická charakteristika enzymů, rovnice Michaelis-Mentenové. Typy a mechanizmy enzymové inhibice.

Kofaktory.

Koenzymy a prostetické skupiny. Význam kofaktorů pro průběh enzymaticky katalyzované reakce.

Tématický celek: Bioenergetika

Náplň:

Bioenergetika.

Základní pojmy termodynamiky. První a druhý termodynamický zákon. Entropie. Gibbsova energie. ATP

a další makroergní sloučeniny.

Oxidační fosforylace a mitochondriální transportní systémy.

Úloha ATP při konzervaci a přeměnách chemické energie, dýchací řetězec a Mitchellova

chemiosmotická teorie, syntéza ATP. Mitochondriální transportní systémy.

Citrátový cyklus.

Centrální postavení citrátového cyklu v intermediárním metabolizmu, produkce redukovaných koenzymů.

Anaplerotické reakce.

Tématický celek: Metabolizmus sacharidů

Náplň:

Sacharidy.

Struktura, funkce a vlastnosti sacharidů.

Glykolýza.

Mechanizmus anaerobního a aerobního zpracování glukózy, napojení na ostatní metabolické dráhy,

regulace glykolýzy a klíčové enzymy.

Glukoneogeneze.

Mechanizmus syntézy glukózy de novo, glukoneogenetické substráty, kompartmentace a regulace

glukoneogeneze. Coriho cyklus.

Glykogen

Metabolizmus glykogenu, regulace biosyntézy a degradace. Jaterní a svalový glykogen. Poruchy

metabolizmu glykogenu.

Pentozafosfátová dráha.

Význam pentosafosfátové dráhy pro buněčný metabolizmus, vznik a využití NADPH v redukčních

syntézách. Vzájemné přeměny monosacharidů.

Metabolizmus fruktózy a galaktózy.

Metabolizmus fruktózy a galaktózy, zapojení monosacharidů do metabolizmu. Enzymatické poruchy

metabolizmu fruktózy a galaktózy.

Regulace sacharidového metabolizmu.

Vzájemné propojení metabolických drah sacharidů, typy regulací, klíčové enzymy. Principy hormonální

regulace sacharidového metabolizmu: inzulin a glukagon.

Tématický celek: Metabolizmus lipidů

Náplň:

Lipidy.

Struktura, funkce a vlastnosti mastných kyselin, lipidů.

Bioyntéza a degradace mastných kyselin.

Biosyntéza mastných kyselin, elongázy a desaturázy. ß-oxidace mastných kyselin v mitochondriích a

peroxizomech. Energetická bilance ß-oxidace.

Metabolizmus glycerolipidů a sfingolipidů.

Syntéza a degradace acylglycerolů a sfingolipidů. Poruchy metabolizmu.

Cholesterol a jeho transport.

Biosyntéza a degradace cholesterolu, lipoproteinové komplexy transportující cholesterol a jejich

metabolizmus, využití cholesterolu pro další syntézy a jeho odbourávání. Poruchy metabolizmu

cholesterolu.

Regulace lipidového metabolizmu.

Vzájemné propojení metabolizmu lipidů, typy regulací a klíčové enzymy. Principy hormonální regulace

metabolizmu lipidů.

Metabolizmus proteinů a dusíkatých látek

Proteiny.

Struktura, funkce a vlastnosti aminokyselin, proteinů.

Metabolizmus aminokyselin.

Syntéza a degradace aminokyselin. Transport dusíku mezi tkáněmi, role jater v detoxikaci amoniaku.

Glukogenní a ketogenní aminokyseliny. Vybrané poruchy metabolizmu aminokyselin.

Močovinový cyklus.

Močovinový cyklus a jeho význam. Meziprodukty močovinového cyklu a jejich zapojení do metabolizmu.

Transaminázy. Poruchy močovinového cyklu.

Konverze aminokyselin na speciální produkty.

Využití aminokyselin jako substrátu pro syntézu hormonů a biologicky aktivních látek (neurotransmitery,

kreatin, S-adenosylmethionin).

Biosyntéza a degradace proteinů.

Úloha ribozomu, iniciační, elongační a terminační fáze proteosyntézy. Proteázy a proteazom.

Nukleové kyseliny a nukleotidy.

Struktura, funkce a vlastnosti nukleových kyselin a nukleotidů.

Metabolizmus nukleotidů.

Syntéza, degradace a regulace metabolizmu purinových a pyrimidinových nukleotidů. Kyselina močová a

hyperurikémie.

Porfyriny a žlučová barviva.

Syntéza hemu a jeho degradace, žlučová barviva. Porfyrie.

Minerální látky a vitaminy

Minerální látky a stopové prvky.

Biologicky významné minerální látky a stopové prvky, jejich výskyt v biologických strukturách a podíl na regulaci metabolických procesů. Metabolizmus jódu, vápníku, fosfátu a selenu.

Vitaminy.

Struktura a funkce vitaminů. Vitaminy rozpustné ve vodě a v tucích. Metabolizmus vybraných vitaminů

(kyselina listová, kobalamin, vitamin D, vitamin A, vitamin C, vitamin E a vitamin K).

Metabolizmus železa.

Mechanizmy vstřebávání a jeho regulace, recyklace, vztah k patologiím.

Buněčná signalizace

Mechanizmus přenosu signálu do buňky.

Mechanizmy přenosu signálu do buňky, receptory spojené s G proteiny, receptory spřažené s iontovými

kanály, receptory s enzymovou aktivitou, intracelulární receptory.

Intracelulární signalizace vápníkem.

Význam vápníku pro přenos signálu, proteiny vázající vápník a signální dráhy vápníku.

Speciální témata

Glykoproteiny a muciny.

Struktura, cukerné složky, biologické funkce. Chemické složení a základní typy mucinů, jejich úloha v

biologických pochodech.

Metabolizmus eikosanoidů.

Metabolizmus kyseliny arachidonové. Cyklooxygenázová a lipooxygenázová dráha.

Subcelulární kompartmentace a integrace metabolizmu.

Intracelulární organely jako místa specifických metabolických drah. Propojení metabolických drah. AMP- aktivovaná proteinkináza.

ČÁST 2: FUNKČNÍ A ORGÁNOVÁ BIOCHEMIE

Krev

Bílkoviny krevní plazmy.

Rozdělení bílkovin krevní plazmy. Biologický význam vybraných bílkovin, elektroforéza proteinů krevního

séra. Reaktanty akutní fáze (CRP a další), sedimentace.

Metabolizmus erytrocytů.

Metabolizmus erytrocytů, druhy hemoglobinu: fetální hemoglobin, patologické formy. Membrána

erytrocytu. Kooperativní kinetika saturace hemoglobinu kyslíkem. Transport krevních plynů a Bohrův

efekt. Hemoglobinopatie a methemoglobinémie.

Biochemie imunitního systému a zánět.

Chemická struktura antigenů. MHC glykoproteiny I. a II. třídy. Komplement. Metabolizmus granulocytů a

trombocytů. NADPH oxidaza a respirační vzplanutí. Složení lymfy.

Imunoglobuliny a imunochemické reakce.

Typy imunoglobulinů a struktura protilátek, vazba antigen-protilátka, monoklonální a polyklonální

protilátky. Využití interakce antigen-protilátka pro analytické účely. Imunochemické metody.

Svalová tkáň, srdce a plíce

Biochemie svalu.

Kontraktilní aparát a svalová kontrakce. Energetické substráty pro svalovou činnost. Rigor mortis.

Základní biochemické ukazatele svalového poškození.

Biochemie srdce a cév.

Energetický metabolizmus srdečního svalu. Energetický metabolizmus dysfunkčního myokardu.

Ischemické poškození a jeho diagnostika, kardiální markery (ANP, BNP, troponiny). Metabolizmus oxidu

dusnatého.

Biochemie plic.

Biochemie plic, chemické složení surfaktantu a jeho funkce, účinky změn koncentrace kyslíku na tkáně.

Plíce jako orgán speciálních metabolických drah.

Ateroskleróza.

Patobiochemické mechanizmy vzniku aterosklerózy.

Endokrinologie

Biochemie peptidových hormonů a hormonů odvozených od aminokyselin.

Principy hormonální signalizace. Biosyntéza a degradace peptidových hormonů a hormonů odvozených

od aminokyselin. Vybrané hormony a jejich působení.

Biochemie steroidních hormonů.

Základní mechanizmy biosyntézy steroidních hormonů, jejich jednotlivé typy, hlavní metabolické dráhy

regulované steroidními hormony. Biochemické aspekty těhotenství a laktace. Složení mateřského mléka.

Biochemie thyroidních hormonů.

Biosyntéza thyroidních hormonů a její regulace, metabolické přeměny thyroidních hormonů, biologické

pochody regulované thyroidními hormony.

Patobiochemie diabetu.

Účinky insulinu, glukagonu, glukokortikoidů, katecholaminů a růstového hormonu na hladinu krevního

cukru. Přehled metabolických změn a patologických procesů na molekulární úrovni vyvolaných diabetem-

glykace proteinů. Glykovaný hemoglobin. OGTT.

Biochemie tukové tkáně.

Tuková tkáň jako endokrinní orgán. Metabolické procesy probíhající v tukové tkáni. Úloha hnědého tuku,

mechanizmus produkce tepla na úrovni mitochondrií, funkce proteinů odpřahujících oxidativní fosforylaci.

Hormony tukové tkáně. PPAR.

Pojivo

Proteiny extracelulární matrix.

Úloha kolagenu, elastinu a dalších proteinů ve funkci extracelulární matrix, jejich syntéza a degradace,

inhibitory proteáz, matrixové metaloproteinázy.

Biochemie kosti a zubu.

Chemické složení kosti a zubu, role osteoblastů a osteoklastů v metabolizmu kosti, hormonální regulace

metabolizmu vápníku. Ukazatele kostní novotvorby a degradace.

Biochemie kůže.

Složení a funkce kůže, tvorba a složení potu, biosyntéza melaninů.

Ledviny a vnitřní prostředí

Biochemie ledvin.

Ledviny jako místo speciálních metabolických procesů, systém renin-angiotensin-aldosteron. Základní

biochemické ukazatele funkce ledvin (clearance).

Moč a močový sediment.

Fyziologické a patologické komponenty moče. Orgánové a neorgánové složky močového sedimentu.

Močové kameny.

Acidobazická rovnováha a vnitřní prostředí.

Biologické pufry (definice, složení, pufrační kapacita, titrační křivka), Henderson-Hasselbalchova rovnice.

Alkalóza a acidóza. Role plic, ledvin a jater v udržování acidobazické rovnováhy organizmu. Vyšetření

podle Astrupa.

Trávicí trakt

Biochemie trávicího traktu.

Biochemické procesy účastnící se na trávení živin. Vstřebávání a metabolizmus sacharidů, bílkovin,

tuků, vitaminů a stopových prvků. Enterohepatální oběh. Inkretiny.

Biochemie jater.

Přehled metabolických drah probíhajících v játrech, játra jako místo regulace biologických procesů

organismu. Hyperbilirubinémie a iktery. Žlučové konkrementy. Základní biochemické ukazatele jaterních

funkcí.

Biotransformační reakce.

Detoxikace produktů metabolizmu, biotransformace xenobiotik. Genotypy biotransformačních enzymů.

Biochemie výživy.

Biochemie výživy. Makroživiny a mikroživiny. Využití a meziorgánová výměna energetických substrátů.

Nervový systém

Biochemie CNS a neurotransmiterů.

Metabolizmus nervové tkáně. Syntéza a inaktivace katecholaminů a serotoninu. Kyselina glutamová,

asparagová a glycin – jejich role jako mediátorů. Acetylcholin, působení na postsynaptické receptory a jeho inaktivace. Inhibitory acetylcholinesterázy. Složení likvoru.

Biochemie smyslů.

Biochemie vidění-mechanizmus zachycení fotonu a jeho přeměna na chemický signál. Role vitaminu A a jeho metabolitů v procesu vidění. Biochemická podstata čichového a chuťového vjemu.

Buněčné poškození

Základy lékařské toxikologie.

Závislost účinku na dávce. Stupnice toxicity. Obecné mechanizmy toxicity. Orgánová toxicita. Toxické

působení vybraných látek.

Biochemie oxidačního stresu.

Reaktivní sloučeniny kyslíku a volné radikály, buněčné poškození a antioxidační ochrana. Význam v

medicíně.

Poškození a zánik buňky.

Patobiochemické aspekty poškození a zániku buňky. Vliv reaktivních forem kyslíku, poruchy homeostázy vápníku, nedostatek ATP, defekt buněčné membrány. Stárnutí.

Laboratorní medicína

Základní principy laboratorní medicíny.

Vybrané panely biochemických vyšetření. Sporadicky vyšetřované materiály (BAL, transudát, exsudát,

stolice, pohrudniční výpotek, punktát, synoviální tekutina). Preanalytická, analytická a postanalytická

fáze. Referenční meze, intra a interindividuální variabilita. Referenční meze vybraných analytů.

Screening geneticky podmíněných poruch metabolizmu.

ČÁST 3: PRAKTICKÁ VÝUKA

Základy laboratorních technik.

Odběr a úprava biologického materiálu. Vážení a měření objemu kapalin. Příprava roztoků. Základní vybavení laboratoře.

Bezpečnost práce v laboratoři. První pomoc při úrazech v laboratoři.

Analytické metody.

Metody kvantitativní analýzy-kalibrační křivka. Odměrná analýza, spektrofotometrie, chromatografie, elektroforéza, potenciometrie,

hmotnostní spektrometrie.

Odměrná analýza.

Acidobazická titrace, indikace bodu ekvivalence, zpracování výsledků.

Enzymová kinetika.

Izolace laktátdehydrogenázy z biologického materiálu a stanovení Michaelisovy konstanty pro laktát.

Analýza vybraných parametrů lipidového metabolizmu.

Stanovení celkového, HDL a LDL cholesterolu a triacylglycerolů ve vzorku spektrofotometricky. Elektroforéza lipoproteinů.

Identifikace a stanovení izoelektrického bodu aminokyselin.

Potenciometrická titrace aminokyselin, analýza titrační křivky. Chromatografie aminokyselin na tenké vrstvě.

Základní principy imunochemických metod.

Stanovení krevních skupin a C-reaktivního proteinu. ELISA (demonstrační provedení).

Elektroforéza proteinů krevního séra.

Kvantitativní stanovení bílkovin vybranými metodami. Elektroforéza sérových bílkovin. Interpretace elektroforeogramu.

Biochemické vyšetření jaterních funkcí a metabolizmus etanolu.

Principy stanovení vybraných analytů (AST, ALT, GMT, ALP). Důkaz přítomnosti etanolu ve vydechovaném vzduchu.

Analýza moči a močového sedimentu.

Stanovení clearance endogenního kreatininu. Fyzikální vyšetření moči. Chemické vyšetření moči diagnostickým proužkem.

Chemické vyšetření moči mokrou cestou (bílkoviny, redukující sacharidy, ketolátky, krev, urobilinogen). Vyšetření močového

sedimentu. Demonstrace močových konkrementů (sbírka a polarizační mikroskopie).

Pufrační kapacita a vyšetření acidobazické rovnováhy.

Stanovení pufrační kapacity fosfátového pufru potenciometrickou titrací. Vyšetření acidobazické rovnováhy podle Astrupa.

Orální glukózový toleranční test (OGTT).

Provedení a hodnocení OGTT. Srovnání výsledků fotometrického stanovení glukózy v plazmě a stanovení glukózy osobním

glukometrem.