Biochemistry I - FZP015

• Title: Biochemie I
• Guaranteed by: Department of Medical Biochemistry (15-180)
• Faculty: Faculty of Medicine in Hradec Králové
• Actual: from 2019
• Semester: winter
• Points: 0
• E-Credits: 7
• Examination process: winter s.:
• Hours per week, examination: winter s.:40/60, 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: doc. Ing. Miloš Hroch, Ph.D.
• Is co-requisite for: FZP016
• Is incompatible with: FV034, FV50055
• Is pre-requisite for: FZP026, FZP027
• In complex pre-requisite: FZP042, FZP043, FZP044, FZP045, FZP046, FZP047, FZP048, FZP049, FZP050, FZP051, FZP052, FZP053, FZP054, FZP055, FZP056, FZP057, FZP058, FZP059

Annotation

English

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

General Chemistry: periodic system, chemical bond, interactions between molecules. Inorganic Chemistry: nomenclature, elements and their compounds, alloys, inorganic compounds in dentistry. Physical Chemistry: chemical reactions, chemical thermodynamics, kinetics of reactions, chemical equilibrium, catalysis, solutions and their properties, oxidation and reduction equilibrium, the Nernst equation, colloidal state, osmotic pressure, surface phenomena. Organic Chemistry: structure of organic compounds, isomers, hydrocarbons and their derivatives, reactions of organic compounds, heterocyclic compounds, synthetic materials, carbohydrates, lipids, steroids, terpenes, amino acids, peptides and proteins, nucleic acids, dental materials.

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, roztoky a jejich vlastnosti včetně acidobazických dějů a součinu rozpustnosti, izomerii, biochemicky významné organické sloučeniny a jejich přeměny typické pro organismus, anestetika a dezinfekční látky, ovlivnění chemických reakcí, katalýzu, enzymy, koenzymy a vitamíny, aminokyseliny, peptidy, bílkoviny a nukleové kyseliny. 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 s akcentem především na zpracování glukózy mikroorganismy a vztahem ke vzniku zubního kazu. 3) Základní laboratorní techniky v biochemii se zaměřují na potenciometrii a spektrofotometrii s cílem zvládnout zpracovat získané výsledky a interpretovat je. 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 zvládne zpracování výsledků pokusů a jejich zhodnocení. 4.Studující zvládne aplikovat získané znalosti na modelové problémy (např. v čem spočívá příspěvek sacharidů v rozvoji zubního kazu).

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 akcentovat ty oblasti, které mají vztah ke stomatologii. Snahou je seznámit studenty s významem a funkcí nukleových kyselin, proteinů a enzymů, s bioenergetikou živých soustav a návaznostmi anabolických a katabolických drah. Velká pozornost je věnována metabolismu sacharidů a náhradním sladidlům. Výuka předmětu se skládá z přednášek (teoretický základ), praktických cvičení (zpracování a interpretace výsledků) a seminářů (procvičení a aplikace znalostí).

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 garant 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 do 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. A. Stoklasovou, CSc..  Forma testu a rozsah testované látky je upřesněna v programu MOODLE.

d) Semestrální test

- uzavírá výuku zaměřenou na principy obecné, anorganické, fyzikální a organické chemie 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 pověřené osobě 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 semestru 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. (Hroch 2)
3. Vazby mezi prvky, nevazebné interakce. (Hroch 1)
4. Energetika chemických reakcí. Základní pojmy. Exergonní a endergonní reakce.  Guldbergův-Waageův zákon. Dynamická rovnováha a ustálený stav. (Hroch 1)
5. Kinetika chemických reakcí. Základní pojmy. Reakční rychlost, ovlivnění rychlosti chemické reakce. Aktivační energie. Katalyzátory, mechanismus jejich účinku. (Hroch 1)
6. Roztoky a jejich vlastnosti. Rozpouštění a rozpustnost. Elektrolyty, elektrolytická disociace, disociační konstanta. Aktivita iontů a iontová síla. Osmotické a onkotické jevy. Koloidní stav.  (Havelek 4)
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, fenolyldehydy, ketony. Karboxylové kyseliny, jejich funkční a substituční deriváty. Kyselina uhličitá a její organické deriváty. Výběr s ohledem na výuku biochemie. (Stoklasová 4)
9. Dezinfekční látky a anestetika. (Stoklasová 1)
10. Složení zubních past. (Stoklasová 1)
11. Pětičlenné a šestičlenné heterocykly s jedním či více heteroatomy, významné deriváty z hlediska biochemie. Stručný přehled alkaloidů. Vitamíny jako kofaktory enzymů. (Stoklasová 2)
12. 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)
13. 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
14. Celkový přehled metabolismu. Citrátový cyklus. Anaplerotické reakce napojené na citrátový cyklus. (Řezáčová 1)
15. Oxidoredukční děje v aplikaci na živé systémy. Biologické oxidace, reaktivní  formy kyslíku a dusíku. (Řezáčová 2)
16. Dýchací řetězec, popis přenašečů v dýchacím řetězci, jejich prostorové uspořádání, aerobní fosforylace. (Řezáčová 2)
17. Chemie sacharidů. Metabolismus sacharidů. Metabolismus glukózy - glykolýza, glukoneogeneze, pentosový cyklus, glykogen. Metabolismus fruktózy, galaktózy a uronových kyselin. Glykosaminoglykany a glykoproteiny. Metabolismus sacharidů v plaku, působení bakterií. (Řezáčová 5)
18. Náhradní sladidla.  (Stoklasová 1)
19. Metabolismus lipidů a steroidů.  Biosyntéza a odbourávání nasycených a nenasycených mastných kyselin a jejich regulace. Biosyntéza a odbourávání triacylglycerolů, glycerofosfolipidů, sfingofosfolipidů a glykolipidů. Biosyntéza a přeměny cholesterolu. Metabolismus žlučových kyselin a steroidních hormonů. Ketogeneze. Eikosanoidy. (Stoklasová 4)
20. Syntéza nukleotidů a nukleových kyselin - replikace a transkripce, opravy, funkce. Proteosyntéza. (Beránek 2)

 Semestrální test

 Laboratorní cvičení a semináře

Vyučující

1. doc. RNDr. Radim Havelek, Ph.D.
2. doc. Ing. Miloš Hroch, Ph.D.
3. doc. MUDr. Alena Stoklasová, CSc.
4. Mgr. Darja Koutová, Ph.D.
5. Mgr. Renata Köhlerová, Ph.D.
6. Mgr. Alena Mrkvicová, Ph.D.
7. PharmDr. Darina Muthná, Ph.D.
8. Mgr. Eva Peterová, Ph.D.
9. RNDr. Martin Uher, Ph.D.

 

Semináře

1. Chemické reakce. Energetika a kinetika. Radioaktivita, význam v medicíně. Základní stechiometrické výpočtychemických reakcí.
2. Roztoky, pH, pufry, protolytické děje, výpočty pH a ředění roztoků. Osmotické děje, koloidní roztoky. Test.
3. Anorganické sloučeniny ve stomatologii. Nevazebné interakce. Osmotické a koloidní roztoky. Součin rozpustnosti.
4. 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.
5. Organické součeniny významné v biochemii II. Karboxylové kyseliny a jejich funkční a substituční deriváty, základní reakce. Močovina a její deriváty. Význam v biochemii. Test.
6. Heterocyklické sloučeniny, vitamíny, olymery v medicíně. Test.
7. Aminokyseliny, peptidy a bílkoviny a jejich vlastnosti. 
8. Enzymy, složení, klasifikace, mechanismus účinku enzymů, enzymová kinetika, ovlivnění účinku enzymů, inhibice. Isoenzymy.
9. Celkový přehled metabolismu. Fosforylace na úrovni substrátu. Citrátový cyklus.
10. Biologické oxidace, dýchací řetězec, aerobní fosforylace. Reaktivní formy kyslíku a dusíku, jejich vznik a degradace, význam. Test.
11. Sacharidy I - klasifikace, struktura, vlastnosti, trávení, vstřebávání. Náhradní sladidla. Metabolismus glukózy (i působením mikroorganismů) - glykolýza a glukoneogeneze.
12. Sacharidy II- pentosový cyklus, metabolismus glykogenu, fruktózy, galaktózy a uronových kyselin. Test.    
13. Nukleové kyseliny. DNA, RNA, složení. Replikace, transkripce, translace, modifikace.

Praktická 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.

      7. Specifičnost enzymové účinnosti a vliv prostředí - pH, specifičnost β-fruktofuranosidázy, teplota, koncentrace.

 

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