Biochemistry I - FVP011

• Title: Biochemie I
• Guaranteed by: Department of Medical Biochemistry (15-180)
• Faculty: Faculty of Medicine in Hradec Králové
• Actual: from 2022
• Semester: winter
• Points: 0
• E-Credits: 10
• Examination process: winter s.:
• Hours per week, examination: winter s.:34/66, C [HS]
• Capacity: unlimited
• 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. Martina Řezáčová, Ph.D.
• Incompatibility : FG10013
• Pre-requisite : FVP003, FVP005
• Interchangeability : FG10013, F0103036
• Is co-requisite for: FVP012
• Is incompatible with: FV034, FV030
• In complex pre-requisite: FVP033, FVP034, FVP035, FVP036, FVP037, FVP038, FVP040, FVP041, FVP042, FVP043, FVP046, FVP047, FVP048, FVP049, FVP084, FV053, FV10034, FV10036, FV10037, FV10038, FV10039, FV10040, FV10041, FV10042, FV10043, FV10045, FV10046, FV10047, FV10074, FV10075, FV10076, FV10077, FV10078, FV10079, FV10081, FV10082, FV10088, FV10089, FV10095, FV50016, FV50020, FV50080

Annotation

English

Last update: doc. MUDr. Alena Stoklasová, CSc. (29.08.2023)

The main topics of the course include: 1) Principles of general, inorganic, physical and organic chemistry important for understanding biochemical processes. They include interactions between molecules, selected biogenic elements and their compounds, isomerism, biochemically significant organic compounds and their transformations typical of the organism, nomenclature, thermodynamics and kinetics of chemical reactions focused on biological systems, catalysis, enzymes, coenzymes and vitamins, solutions and their properties, acid-base processes, oxidation-reduction processes and biological oxidations, amino acids, peptides and proteins. 2) Basic aspects of metabolism focus on the overall overview of metabolism, electron transport chain and formation of high energy compounds, formation of reactive oxygen and nitrogen species, citric acid cycle, metabolism of carbohydrates, nucleic acids and their metabolism and protein synthesis. 3) Basic laboratory techniques in biochemistry focus on potentiometry, spectrophotometry and chromatography and their use for characteristics of buffers, determination of catalytic concentration of enzymes, influencing the results of laboratory examinations (analytical errors), or protein separation. Learning outcomes: 1.The student will consolidate their knowledge of the course of chemical reactions in application to living systems and their influence by external conditions. 2.The student acquires a basic idea of the relationships between metabolic processes, which he/she will use in their more detailed study, including regulations at various levels in related subjects. 3.The student will get acquainted with the basic laboratory techniques used in the biochemical laboratory and will be able to process the results and their evaluation. 4.The student will be able to use the acquired knowledge in solving model case reports.

Czech

Last update: doc. MUDr. Alena Stoklasová, CSc. (29.08.2023)

Hlavní témata předmětu zahrnují: 1) Principy obecné, anorganické, fyzikální a organické chemie významné pro pochopení biochemických procesů. Zahrnují interakce mezi molekulami, vybrané biogenní prvky a jejich sloučeniny, izomerii, biochemicky významné organické sloučeniny a jejich přeměny typické pro organismus, mezinárodní názvosloví, termodynamiku a kinetiku chemických reakcí zaměřenou na biologické systémy, katalýzu, enzymy, koenzymy a vitamíny, roztoky a jejich vlastnosti, acidobazické děje, oxidoredukční děje a biologické oxidace, aminokyseliny, peptidy a bílkoviny. 2) Základní aspekty metabolismu se soustředí na celkový přehled metabolismu, dýchací řetězec a tvorbu makroergních sloučenin, vznik reaktivních forem kyslíku a dusíku, citrátový cyklus, metabolismus sacharidů, nukleové kyseliny a jejich metabolismus a proteosyntézu. 3) Základní laboratorní techniky v biochemii se zaměřují na potenciometrii, spektrofotometrii a chromatografii a jejich využití pro charakteristiku pufrů, stanovení katalytické koncentrace enzymů, ovlivnění výsledků laboratorních vyšetření (analytické chyby), či separaci bílkovin. Výstupy: 1.Studující si upevní znalosti o průběhu chemických reakcí v aplikaci na živé systémy a jejich ovlivnění zevními podmínkami. 2.Studující získá základní představu o provázanosti jednotlivých metabolických dějů, což využije při jejich podrobnějším studiu včetně regulací na různých úrovních v navazujících předmětech. 3.Studující se seznámí se základními laboratorními technikami využívanými v biochemické laboratoři a zvládne zpracování výsledků a jejich zhodnocení. 4.Studující zvládne využít získané znalosti při řešení modelových kazuistik.

Entry requirements

Last update: doc. MUDr. Alena Stoklasová, CSc. (29.08.2023)

Absolvování předmětů: Anatomie II; Histologie a embryologie II

                     

Aim of the course

Last update: doc. MUDr. Alena Stoklasová, CSc. (29.08.2023)

Cílem předmětu je poskytnout znalosti z chemie, které jsou nezbytné pro porozumění chemických principů uplatňujících se v biochemii a dalších navazujících předmětech a dále seznámit studenty s významem a funkcí nukleových kyselin, proteinů a enzymů, s bioenergetikou živých soustav, metabolismem sacharidů a návaznostmi anabolických a katabolických drah. V rámci praktických cvičení student získá orientaci v běžné biochemické laboratoři, osvojí si základní laboratorní techniky, naučí se zpracovávat výsledky měření do protokolů a vyhodnocovat je. Výuka předmětu se skládá z přednášek (poskytujících teoretický základ), laboratorních cvičení (k získání dovedností v jednotlivých laboratorních postupech) a seminářů (kde jsou aplikovány a procvičovány znalosti).

Requirements to the exam

Last update: doc. MUDr. Alena Stoklasová, CSc. (29.08.2023)

Podmínky pro udělení zápočtu:

 a) Přítomnost na výuce

Účast na seminářích a laboratorních cvičeních je povinná. Tolerují se tři absence (semináře + laboratorní cvičení) a o nepřítomnosti je nutno dopředu informovat pověřenou osobu doc. MUDr. Alenu Stoklasovou, CSc. V případě třetí absence (případně dalších) musí být doložena lékařská zpráva nebo jiný oficiální dokument. Omluvenka musí být doručena do 48 hodin od neabsolvované výuky. Oprávněnost omluvy posoudí garantka předmětu.

 b) Protokoly a domácí příprava

- vypracované domácí přípravy je třeba nahrát vždy do uvedeného termínu v programu MOODLE, v případě nepřítomnosti na semináři musí být příslušná příprava nahrána do konce semestru,

- účast na laboratorním cvičení je uznána po předložení protokolu vyučujícímu na konci cvičení a stvrzená jeho podpisem; v případě odůvodněné nepřítomnosti na výuce se protokol nepíše, ale pokud byla součástí cvičení domácí příprava, musí být nahrána v programu MOODLE do konce semestru.

 c) Průběžná kontrola znalostí

- průměr ze všech známek z průběžné kontroly znalostí musí být nejhůře 3,00 včetně (testy + ústní zkoušení), v případě nepřítomnosti musí být chybějící testy nahrazeny nejpozději do konce semestru. Termín náhrady je třeba dohodnout mailem s doc. MUDr. Alenu Stoklasovou, CSc.  Forma testu a rozsah testované látky jsou upřesněny v programu MOODLE.

 d) Semestrální test

- uzavírá výuku zaměřenou na principy obecné, anorganické, fyzikální a organické chemie včetně enzymologie a celkového přehledu metabolismu a musí ho absolvovat všichni studující s výsledkem nejhůře 3,00 včetně (66 %). Forma testu a rozsah testované látky je upřesněna v programu MOODLE.

Při nesplnění některé z podmínek (a-d) bude udělen zápočet až po přezkoušení z celé látky probírané v příslušném semestru. Při větším počtu nedostatečně omluvených absencí nebude zápočet udělen vůbec.

V případě vynuceného přechodu na on-line výuku budou přednášky a semináře probíhat podle plánu v on-line režimu. V MOODLE budou k dispozici pracovní listy, jejich odevzdání bude časově limitováno a zpracování bude kontrolováno. Součástí materiálů budou i cvičné testové otázky. Průběžné testy budou v on-line prostředí v různých formách včetně esejové. Pro laboratorní cvičení budou připravena krátká videa seznamující studující s příslušnou technikou a budou doplněna o zpracování fiktivních dat a jejich zhodnocení.

Pokud bude výuka probíhat bez omezení a někteří ze studujících budou v karanténě nebo dlouhodoběji nemocní, jsou povinni tuto skutečnost neprodleně oznámit doc. MUDr. A. Stoklasové, CSc. a domluvit se na individuální náhradě zameškané výuky.

Konzultace: Jsou možné po předchozí domluvě s vyučujícími Ústavu lékařské biochemie (kontakt přes e-mail).

Nahlédnutí do testů: Je možné po dobu jednoho týdne od napsání po domluvě s doc. Stoklasovou (kontakt přes e-mail).

Upozornění: Předtermín na zkoušku z biochemie v letním semestru je podmíněn i výsledky v zimním semestru. Povoluje se těm, kteří měli v zimním semestr průměr nejhůře 2,00 a výsledek semestrálního testu nebyl též horší než 2,00.

 

Syllabus

Last update: doc. MUDr. Alena Stoklasová, CSc. (29.08.2023)

Přednášky

1. Úvod do předmětu. (Stoklasová 1)
2. Vliv ionizujícího záření na živé organismy. Radioizotopy využívané v lékařství. (Hroch 2)
3. Energetika chemických reakcí. I a II. věta termodynamiky. Základní pojmy. Exergonní a endergonní reakce. Rovnovážné stavy. Guldbergův-Waageův zákon. Dynamická rovnováha a ustálený stav.  (Hroch 1)
4. Kinetika chemických reakcí. Reakční rychlost, kinetické rovnice. Ovlivnění rychlosti chemické reakce. Aktivační energie. Katalyzátory, mechanismus jejich účinku. (Hroch 1)
5. Anabolismus a katabolismus. Makroergní sloučeniny. (Řezáčová 1)
6. Charakteristika disperzních soustav. Rozpouštění a rozpustnost. Elektrolyty, elektrolytická disociace, disociační konstanta. Aktivita iontů a iontová síla.  Osmotické a onkotické jevy. Koloidní stav.  Složení krve. (Köhlerová 3)
7. Teorie kyselin a zásad. Iontový součin vody, pH. Amfoterní elektrolyty. Soli, hydrolýza solí, součin rozpustnosti. Charakteristika pufrů, výpočet pH, kapacita. Pufrační systémy v živých organismech.  (Havelek 2)
8. Přehled alifatických a cyklických uhlovodíků - nasycené, nenasycené, aromatické. Uhlovodíky a jejich deriváty. Alkany, alkeny, alkyny, cykloalkany a aromáty; halogenderiváty, aminoderiváty, nitroderiváty, thioly, sulfidy, disulfidy a sulfonové kyseliny; alkoholy, fenoly, aldehydy, ketony. Karboxylové kyseliny, jejich funkční a substituční deriváty. Kyselina uhličitá a její organické deriváty. Výběr s ohledem na výuku biochemie. (Muthná 4)
9. Pětičlenné a šestičlenné heterocykly s jedním či více heteroatomy, významné deriváty z hlediska biochemie. Stručný přehled alkaloidů. Vitamíny jako kofaktory enzymů. (Řezáčová 2)
10. Biologicky významné peptidy. Bílkoviny, aminokyselinové složení, vztah ke konformaci molekuly bílkoviny. Konformace a její udržování - typy vazeb a interakcí. Fyzikálně chemické vlastnosti bílkovin. (Cerman 1)
11. Enzymy - složení a funkce, mechanismus účinku, kinetika enzymových reakcí, Michaelisova konstanta, vyjadřování aktivity enzymů, vliv prostředí na aktivitu enzymů, inhibice enzymových reakcí, názvosloví a třídění enzymů. Význam enzymů pro diagnostiku onemocnění. (Cerman 2)
12. Celkový přehled metabolismu. Citrátový cyklus a jeho regulace. Anaplerotické reakce napojené na citrátový cyklus. Oxidační dekarboxylace pyruvátu. (Řezáčová 1)
13. Oxidoredukční děje v aplikaci na živé systémy. Postavení kyslíku a vodíku v oxidoredukčních dějích. Biologické oxidace. Reaktivní formy kyslíku a dusíku. (Řezáčová 2)
14. Dýchací řetězec, popis přenašečů v dýchacím řetězci, jejich prostorové uspořádání, aerobní fosforylace. (Řezáčová 2)
15. Sacharidy - klasifikace, struktura, tvorba anomerů a glykosidové vazby, základní reakce a vlastnosti. Náhradní sladidla. Trávení a vstřebání sacharidů v trávicím traktu. Glykolýza, glukoneogeneze, pentosový cyklus, metabolismus glykogenu, fruktózy, galaktózy a uronových kyselin a jejich regulace. (Řezáčová 4)
16. Syntéza a degradace purinových a pyrimidinových nukleotidů. (Beránek 2)
17. Syntéza nukleových kyselin - replikace a transkripce, opravy, funkce. Proteosyntéza. (Beránek 2)
    

 

Laboratorní cvičení a semináře

Vyučující

• prof. PharmDr. Martin Beránek, Ph.D.
• prof. MUDr. Martina Řezáčová, Ph.D.
• prof. MUDr. Jiří Stulík, CSc.
• doc. RNDr. Radim Havelek, Ph.D.
• doc. Ing. Miloš Hroch, Ph.D.
• doc. MUDr. Alena Stoklasová, CSc.
• Mgr. Renata Köhlerová, Ph.D.
• Mgr. Darja Koutová, Ph.D.
• Mgr. Alena Mrkvicová, Ph.D.
• PharmDr. Darina Muthná, Ph.D.
• Mgr. Eva Peterová, Ph.D.
• RNDr. Martin Uher, Ph.D.

 

Semináře

1. Chemické reakce. Energetika a kinetika chemických reakcí. Radioaktivita. Základní výpočty v chemii. 
2. Roztoky, pH, pufry. Protolytické děje, výpočty pH a ředění roztoků. Osmotické děje , koloidní roztoky. Test.
3. Organické součeniny významné v biochemii I. Uhlovodíky, jejich prostorové uspořádání, základy názvosloví. Halogen-, nitro-, amino-, hydroxyderiváty, sirné deriváty, aldehydy a ketony a jejich reakce. Význam v biochemii. Test.
4. Organické součeniny významné v biochemii II. Karboxylové kyseliny a jejich funkční a substituční deriváty, základní reakce. Močovina a její deriváty. Význam v biochemii. Test.
5. Heterocyklické sloučeniny, alkaloidy. Vitamíny jako součást enzymů, význam v biochemii. Test.
6. Aminokyseliny, peptidy a bílkoviny; metody separace.
7. Syntetické materiály, užití v medicíně. Terpeny. Vitamíny rozpustné v tucích. Význam pro medicínu.
8. Enzymy, mechanismus účinku, enzymová kinetika, ovlivnění účinku enzymů, inhibice. Isoenzymy. Význam pro klinickou praxi.
9. Celkový přehled metabolismu. Fosforylace na úrovni substrátu. Citrátový cyklus. 
10. Biologické oxidace, dýchací řetězec, aerobní fosforylace. Reaktivní formy kyslíku a dusíku a jejich význam. Test.
11. Sacharidy I. Klasifikace, struktura, vlastnosti. Trávení a vstřebávání z trávicího traktu. Glykolýza a glukoneogeneze. 
12. Sacharidy II. Pentsový cyklus, metabolismus glykogenu, fruktózy, galaktózy a uronových kyselin.
13. Setkání s expertem: Studium genů a nukleových kyselin. Proteomika.

           Semestrální test.

Laboratorní cvičení

1. Bezpečnost práce. Úvod do spektrofotometrie.
2. Elektrochemické metody - potenciometrie. Titrační křivka slabé kyseliny.
3. Optické metody - spektrofotometrie. Ověření platnosti Lambert-Beerova zákona.
4. Vlastnosti pufrů. Měření pH pufru, stanovení kapacity acetátového pufru. Pufrační kapacita bílkovin.
5. Ovlivnění výsledků laboratorních vyšetření. Analytické chyby.
6. Vlastnosti aminokyselin a bílkovin. Stanovení isoelektrického bodu bílkovin.
7. Kinetika enzymových reakcí.
8. Specifičnost enzymové účinnosti a vliv prostředí - pH, specifičnost β-fruktofuranosidázy, teplota, koncentrace.
9. Chromatografické metody - gelová permeační chromatografie. Oddělení anorganických solí od bílkovin.

 

Poznámky: Laboratorní cvičení - probíhají na Ústavu lékařské biochemie. Pro práci v laboratoři je třeba mít plášť a přezůvky s gumovou podrážkou, nelze použít návleky. Formuláře na protokoly jsou připraveny v programu MOODLE a lze si je stáhnout. Pro výpočty je třeba mít kalkulačku.

Literature

Last update: doc. MUDr. Alena Stoklasová, CSc. (29.08.2023)

 Povinná literatura

   1. Ledvina, Stoklasová, Cerman: Biochemie pro studující medicíny I., II. díl, 2004 nebo 2009, Karolinum, 2.vydání 2009, ISBN 978-80-246-1414-4

   2. Stoklasová a kol.: Obecná, fyzikální a anorganická chemie pro studující medicíny, Karolinum, 1996, ISBN 80-7066-949-7

      Materiály připravované ústavem – MOODLE (prezentace, přednášky, materiály pro domácí přípravu, pracovní listy)

 

Doporučená literatura

   1. Ledvina a kol.: Úvod do studia lékařské biochemie, 1988

   2. Murray a kol.: Harperova Biochemie (české vydání), Nakladatelství a vydavatelství H+H, 1998, ISBN 80-85787-38-5

   3. J.W.Baynes et M. H. Dominiczak: Medical Biochemistry, 4th ed., Elsevier 2014, ISBN 978-1-4557-4580-7