Pracoviště: Univerzita Karlova,
Farmaceutická fakulta Hradci Králové,
Katedra biologických a lékařských věd
Vyučující: Dr. Zuzana Svobodová a Dr. Petra Fikrová
Název předmětu: Buněčná biologie
Téma 1: Struktura buňky
Sylabus – Struktura buňky
• definice a obecné znaky buňky (buněčná teorie)
• stavba prokaryontní buňky
• stavba eukaryontní buňky (rostlinné a živočišné)
Cíl výuky: Studenti by měli umět Buněčnou teorii. 3 základní domény živých organismů. Znát strukturu prokaryotní, eukaryotní, živočišné a rostlinné buňky.
Zadání pro znalosti:
• Vyjmenujte 3 základní domény živých organismů
• Charakterizujte typické vlastnosti u Archeí
• Co mají archea společného s bakterii a eukaryi?
• Co je typické pro halofilní archea? Vyjmenuj jednoho zástupce
• Co je typické pro metan produkující archea? Vyjmenuj jednoho zástupce
• Co je typické pro hypertermofilní archea? Vyjmenuj jednoho zástupce
• Co je typické pro archea bez buněčné stěny? Vyjmenuj jednoho zástupce
• Vyjmenujte 4 základní tvrzení buněčné teorie
• Vyjmenujte 5 základních vlastností, které jsou společné všechny buňky
• Definujte, které buňky řadíme mezi prokaryotní a které mezi eukaryotní
• Vyjmenujte základní struktury eukaryotní buňky a popište jejich funkci (4 součásti jádra, ER, GA, ribosomy, vesikuly, vakuola, mitochondrie, chloroplast)
• Vyjmenujte základní struktury prokaryotní buňky a popište jejich funkci (3 možné obaly, bičík, pili, nukleoid, plasmidy, ribosomy)
• Popište rozdíl mezi nukleoidem prokaryotní bb. a nukleusem neboli jádrem eukaryotní buňky
• Popište rozdíl mezi ribozomem eukaryotní a prokaryotní buňky
• Popište, co mají společného a v čem se naopak liší mitochondrie a chloroplast
• Vyjmenujte 3 základní typy vláken cytoskeletu (typický výskyt a funkce)
Téma 2: Chemické složení buňky
Sylabus – Chemické složení buňky
• voda a anorganické látky
• nízkomolekulární organické látky: sacharidy, organické kyseliny, aminokyseliny,
nukleotidy, fosfolipidy
• vysokomolekulární organické látky: polysacharidy, nukleové kyseliny, proteiny
Cíl výuky – Co se snažíte Vaše studenty naučit a co by měli na konci umět:
Studenti by měli znát chemické složení živých soustav – voda, anorganické látky, nízkomolekulární organické látky (sacharidy, organické kyseliny, aminokyseliny, nukleotidy, fosfolipidy)
a vysokomolekulární organické látky (polysacharidy, proteiny, nukleové kyseliny). Měli by mít přehled které chemické vazby se u těchto molekul vyskytují.
Zadání pro znalosti:
• Charakterizujte základní chemické vazby vyskytující se v živých organismech (kovalentní ne-/polární, iontová, nekovalentní vazby)
• Popište typické znaky vodíkové vazby z hlediska síly a stability. Definujte, mezi jakými atomy vzniká
• Vyjmenujte chemické prvky, které tvoří živé organismy (makrobiogenní, oligobiogenní a stopové prvky)
• Vysvětlete, proč voda není plyn ale kapalina (za běžných podmínek T a tlaku)
• Vyjmenujte, které ionty jsou hlavní složkou extracelulární a které intracelulární tekutiny
• Jmenujte, čím jsou tvořeny polysacharidy, jakou vazbou jsou propojeny a jednoho zástupce
• Jmenujte, čím jsou tvořeny proteiny, jakou vazbou jsou propojeny a jednoho zástupce
• Jmenujte, čím jsou tvořeny lipidy, jakou vazbou jsou propojeny a jednoho zástupce
• Jmenujte, čím jsou tvořeny nukleové kyseliny, jakou vazbou jsou propojeny a jednoho zástupce
• Definujte základní složení fosfolipidů a vlastnosti této molekuly
• Jmenujte alespoň 4 zástupce nukleotidů, jejich základní funkci, složení a výskyt v buňce
• Vyjmenujte základní dělení aminokyselin do 4 skupin, definujte jejich vlastnosti a jmenujte 1 zástupce
• Popište základní strukturu proteinu (N-terminus, C-terminus, polypeptidovou kostru, postranní řetězce)
• Definujte základní funkci chaperonů
• Definujte, které části proteinu a které vazby se podílejí na primární, sekundární, terciální a kvarterní struktuře
• Popište, co je typické pro sekundární struktura proteinu alfa-helix a beta-skládaný list
• Definujte, co znamená proteinová doména a uveďte příklad
• Popište, které struktury či vazby se podílejí na interakci vazebného místa a cílové molekuly
Téma 3 a 4: DNA a jeho struktura
Sylabus:
Nukleové kyseliny a chromozomy I
• struktura DNA
• struktura chromozomů u prokaryot a virů
• struktura chromozomů u eukaryot
Nukleové kyseliny a chromozomy II
• replikace
• transkripce
• translace
Cíl výuky – Co se snažíte Vaše studenty naučit a co by měli na konci umět:
Naučit studenty strukturu a podobu nukleových kyselin vyskytující se v živých organizmech a virech. V jaké formě se nacházejí v chromozomech organismů. Studenti porozumí, jakým způsobem je v DNA zakódována informace ve formě genů. Jakým způsobem dochází k replikaci DNA při buněčném dělení. Pochopení dogmatu buněčné biologie a jejich základních procesů transkripce a translace.
Zadání pro znalosti:
• Popište složení nukleotidu u DNA a RNA
• Vyjmenujte možné nukleotidy vyskytující se u DNA a RNA
• Vyjmenujte, které chemické vazby se podílejí na struktuře dvoušroubovice DNA, jaký charakter z hlediska náboje má DNA?
• Vysvětlete, co znamená Watson-Crickovo párování bazí
• Uveďte, kolik vodíkových můstků se podílí na párování bazí u DNA a u RNA
• Jmenujte, který enzym se podílí na nadšroubovicovém vinutí
• Vyjmenujte základní typy RNA v lidském těle a popište základní funkce (3 základní + 1 z těch ostatních, např. mikroRNA)
• Vyjmenujte, z čeho jsou složeny ribosomy a jaký je jejich životní cyklus (kde vznikají a kde zanikají)
• Definujte, co je gen
• Vyjmenujte a charakterizujte 3 základní typy genů
• Popište a uveďte příklady, co tvoří genovou a co negenovou DNA
• Definujte, co je genom, co genofor
• Vyjmenujte, s jakými genofory se setkáváme u prokaryotní a eukaryotní buňky
• Popište výskyt DNA a RNA u virů a uveďte příklady
• Definujte, čím je tvořen eukaryotní chromozom a jaké proteiny se podílejí na jeho struktuře
• V jaké formě se vyskytuje v interfázovém chromozomu a v jaké formě během mitózy
• Popište, které části lidského genomu se nacházejí v jádře ve formě euchromatinu a které ve formě heterochromatinu.
• Popište, čím je tvořeno jadérko a jakou má funkci
• Definujte následující pojmy: Karyotyp, homologní chromozomy, nehomologní chromozomy, gonozomy, autosomy
• Popište, kdy a jak dochází k inaktivaci 1 chromozomu X u žen. Popište. v jaké formě se pak chromozom nachází.
• Vysvětlete, proč označujeme proces replikace jako „semikonzervativní“
• Vysvětlete pojem „replikační počátek a replikační vidlička“
• Vyjmenujte, kolik replikačních počátků se nachází u eukaryotních organismů a kolik u prokaryotních
• Jmenujte enzymy podílející se na replikaci DNA během buněčného dělení a popište stručně jejich funkci (helikáza, DNA polymeráza III, I, DNA-ligáza, primáza, topoizomeráza I/II či telomeráza
• Vysvětlete pojem „asymetričnost replikační vidličky, vedoucí vlákno, opožďující se vlákno, Okazakiho fragmenty“
• Vysvětlete následující pojmy „Exprese genu a Ústřední dogma molekulární biologie“. Popište, z jakých dvou základních kroků se skládají a stručně je popište
• Vysvětlete pojem „transkripce“ a určete co je cílovým produktem tohoto procesu
• Vyjmenujte, které enzymy a nukleotidy se při transkripci používají
• Vysvětlete, co znamená „primární transkript“
• Popište 3 kroky posttranskripční úpravy pre-mRNA
• Popište mechanismus sestřihu pre-RNA
• Vysvětlete pojmy „genetický kód, kodon, čtecí rámec“
• Naučte se používat genetický klíč k přepisu mRNA do aminokyselinové sekvence
• Popište strukturu t-RNA, např. kde je připojena AMK, kde antikodon apod.
• Vysvětlete, jakým způsobem dochází k párování t-RNA s AMK
• Popište strukturu ribosomu z hlediska transkripce, kde je vazebné místo pro mRNA, kde je M/P/E-místo
• Charakterizujte 3 fáze translace (iniciace, elongace a terminace)
• Popište rozdíly u exprese genu u prokaryot a eukaryot
Téma 5 a 6: Membrány I a II
Sylabus:
Membrány I.
• struktura membrán
o lipidová dvojná vrstva
o molekulární struktura membrán – lipidy, proteiny, sacharidy
• cytoplazmatická membrána
Membrány II
• transport látek přes membrány
• transportní proteiny
• iontové kanály a membránový potenciál
Cíl výuky – Co se snažíte Vaše studenty naučit a co by měli na konci umět:
Naučit studenty strukturu a složení plazmatické membrány. Vysvětlit jim principy transportu látek přes membránu. Studenti by měli znát základní typy transportu látek přes iontové kanály a proteinové přenašeče. Studenti porozumí pojmům membránový potenciál a vedení nervového vzruchu.
Zadání pro znalosti:
• Uveďte základní 3 skupiny látek tvořící plazmatickou membránu a popište jejich základní funkce v membráně
• Vyjmenujte několik zástupců z každé skupiny
• Popište základní stavbu fosfolipidu, jeho vlastnosti a také možnosti pohybu v rámci dvojvrstvy
• Vyjmenujte, jaké složení řetězců fosfolipidů přispívá ke změně fluidity membrány a uveďte příklad
• Vysvětlete, jaké je rozložení různých typů fosfolipidů v membráně a které organely a enzymy se na tomto uspořádání podílí
• Uveďte, jakým způsobem ovlivňuje vlastnosti membrán přítomnost cholesterolu
• Definujte, co jsou glykolipidy, kde se nachází a jaká je její funkce
• Uveďte, jaké jsou 4 základní funkce proteinů v membránách
• Popište, jakým způsobem jsou proteiny začleněny do membrány
• Uveďte, jakými způsoby se mohou proteiny v membráně pohybovat a jaké jsou naopak způsoby jejich ukotvení v membráně (4)
• Popište, kdy a jakým způsobem dochází ke glykosilaci proteinů a lipidů
• Definujte, co je glykokalyx a jaká je její funkce
• Definujte, co jsou přenašečové proteiny, uveďte jejich stavbu a funkci
• Uveďte, jaké látky transportují a které typy transportu umožňují s ohledem na počet přenášených látek či použití energie
• Definujte, co je osmóza a jakými způsoby prochází voda přes membránu
• Uveďte, jaké typy osmotických jevů mohou nastat a jak probíhají u živočišné a rostlinné buňky
• Uveďte 3 způsoby, kterým se buňky vyhýbají osmotickému botnání
• Popište, které látky prochází difuzí přes membránu velmi snadno, snadno, pomalu, téměř vůbec, uveďte konkrétní molekuly (2-3)
• Definujte, co je elektrochemický gradient a jak ovlivňuje rychlost průchodu nabitých molekul přes membránu
• Definujte 3 typy ATP pump a jaký typ molekul obvykle transportují
• Popište princip přenosu světlem poháněného transportu
• Vysvětlete princip u glukoso-sodného symportu, Na+/H + antiportu, Ca2+ pumpy, sodno-draselná pumpa (uveďte poměr transportovaných iontů),
• Definujte, co jsou iontové kanály, uveďte jejich stavbu a funkci
• Uveďte, jaké látky iontové kanály transportují a které typy transportu umožňují s ohledem na povahu přenášených látek či použití energie
• Uveďte typy 4 iontových kanálů a principy jejich řízení
• Vysvětlete, jakým způsobem dochází k vedení nervového vzruchu
• Uveďte, co je akční potenciál (5 kroků)
• Vysvětlete, proč se šíří akční potenciál jen jedním směrem, co se na tom podílí
• Definujte, co je saltatorní vedení vzruchu
• Vysvětlete, jak dochází k synaptickému přenosu (chemického) signálu
• Které neurotransmitery jsou excitační a které inhibiční (2 příklady u každého) a popište princip daného jevu
Téma 7 a 8: Membránové organely I a II
Sylabus:
Membránové organely I
• mitochondrie
o struktura
o buněčné dýchání – Krebsův cyklus, dýchací řetězec, oxidativní fosforylace
• chloroplasty
o struktura
o fotosyntéza – světelná a tmavá fáze
Membránové organely II.
• endoplazmatické retikulum
• Golgiho aparát
• endosomy
• lysosomy
• peroxisomy
• mechanismy vstupu proteinů do organel
o transport z cytosolu do jádra – jaderné póry
o transport z cytosolu do ER, mitochondrií, chloroplastů a peroxisomů
o transport z ER do dalších oddílů
Cíl výuky – Co se snažíte Vaše studenty naučit a co by měli na konci umět:
Naučit studenty strukturu mitochondrií a chloroplastu. Vysvětlit jim principy buněčného dýchání a fotosyntézy. Dopodrobna jim vysvětlit funkci endomembránového systému. Seznámit studenty s mechanismy vstupu proteinů do organel (jádro, ER, GA, chloroplast, peroxisomy a další oddíly buňky), membrány či vně membrány (do extracelulárního prostorů), dále s endocytózou látek z vnějšího prostředí.
Zadání pro znalosti:
• Popište základní stavbu mitochondrie, co obsahuje matrix a jaké děje se v té které části mitochondrie
• Vyjmenujte několik zástupců z každé skupiny
• Popište specifika mitochondrií v zárodečných buňkách a u buněk svalů či jater
• Uveďte jednotlivé kroky buněčného dýchání (4), kde se v buňce odehrávají, a které látky do nich vstupují a které vystupují
• Uveďte energetickou bilanci Krebsova cyklu a dýchacího řetězce na 1 acetyl-CoA
• Vyjmenujte 3 komplexy tvořící dýchací řetězec ve správném pořadí
• Popište strukturu a funkci těchto komplexů
• Vysvětlete, jak vzniká protonový gradient v mitochondrii a k čemu slouží
• Vysvětlete princip ATP syntázy
• Popište energetický metabolismus mitochondrie na souhrnném obrázku (které látky vstupují, které vystupují a jak jdou jednotlivé kroky za sebou)
• Popište základní stavbu chloroplastu, co obsahuje stroma a jaké děje se v chloroplatu odehrávají a kde
• Definujte, co je světelná a tmavá fáze fotosyntézy
• Popište, kde se nachází a jakou má stavbu a funkci anténa a reakční centrum
• Vysvětlete princip přenosu vysokonabitých elektronů v rámci fotosystému I, komplexu cytochromů b a f a fotosystému I a následné tvorby gradientu protonu spojeného s tvorbou ATP
• Popište, kde probíhá Calvinův cyklus, které látky do něj vstupují a vystupují
• Uveďte, jaká je energetická bilance Calvinova cyklu
• Popište význam fotosyntézy pro rostlinu a pro její okolí
• Vysvětlete, jakým způsobem vstupují proteiny do membránových organel, uveďte 3 hlavní mechanismy
• Vysvětlete, co je adresová sekvence a jakou má strukturu a u kterých proteinů se vyskytuje
• Vysvětlete, jaké jsou dvě populace ribozomů a které proteiny se na nich tvoří
• Popište hlavní funkce drsného a hladkého ER
• Vysvětlete princip proteosyntézy na ribozomech ER
• Popište dle obrázku princip začlenění proteinu do membrány ER
• Uveďte, co je hlavní a postranní větev sekreční dráhy a endocytotická dráha v rámci vezikulárního transportu
• Popište tvorbu klatrinových vezikul, které molekuly se na nich podílejí
• Vysvětlete princip navádění váčků k cílovým strukturám (včetně fúze) a uveďte, které molekuly se na tom podílejí
• Vysvětlete princip regulace koncentrace Ca2+ iontů v cytoplazmě ve vztahu s kontrakcí svalu
• Popište strukturu GA, vysvětlete jeho základní fungování a prostup látek obsažených ve vezikulách z cis strany na trans stranu GA
• Vysvětlete princip základní a regulované dráhy exocytózy
• Vysvětlete formy dráhy endocytózy u pinocytózy, fagocytózy a autofagie
• Popište stavbu a funkci peroxisomů a lysozomů
Téma 9: Komunikace mezi buňkami
Sylabus – Základní druhy signalizace, Receptory, Chemorecepce, Receptory spojené s iontovými kanály, Receptory spojené s G proteiny, Receptory spojené s enzymy
Cíl výuky: Studenti budou schopni popsat různé typy buněčné komunikace: endokrinní, parakrinní, nervovou a dotykovou signalizaci, budou schopni vysvětlit rozdíly mezi povrchovými a intracelulárními receptory a jejich role v buněčné signalizaci. Studenti pochopí, jak různé typy receptorů (iontové kanály, G-proteinové receptory, enzymově spojené receptory) přenášejí signály do buňky a jak signalizační kaskády přenášejí a zesilují signály uvnitř buňky.
Zadání pro znalosti:
• Definujte a charakterizujte základní druhy buněčné signalizace: endokrinní, parakrinní, nervovou a dotykovou a pro každý typ uveďte příklad.
• Vysvětlete obecně úlohu receptorů a intracelulární signalizační kaskády v buněčné signalizaci.
• Porovnejte lokalizaci a z toho plynoucí vlastnosti signálních molekul pro povrchové a pro intracelulární receptory a pro každý typ uveďte příklad.
• Definujte a charakterizujte druhy membránových receptorů: receptory spojené s enzymy, receptory spojené s iontovými kanály, receptory spojené s G-proteiny.
• Vysvětlete úlohu G proteinu a jeho složek v buněčné signalizaci.
• Vysvětlete úlohu druhých poslů v buněčné signalizaci.
• Vyjmenujte a charakterizujte druhé posly enzymů spojených s G proteinem: adenylátcykláza a fosfolipáza C.
• Popište (případně nakreslete schéma) jakým způsobem je aktivována proteinkináza A.
• Popište (případně nakreslete schéma) jakým způsobem je aktivována proteinkináza C.
Téma 10: Buněčné dělení
Sylabus – 4 fáze buněčného cyklu (G1, S, G2, M), mitóza (profáze, prometafáze, metafáze, anafáze, telofáze), cytokineze, meióza
Cíl výuky: Studenti budou schopni popsat jednotlivé fáze buněčného cyklu a také budou schopni vysvětlit proces mitózy, včetně jednotlivých fází a popsat rozdíly v cytokinezi živočišných a rostlinných buněk. Dále budou studenti schopni popsat proces meiózy a pochopí význam genetické rekombinace a crossing-overu pro genetickou variabilitu.
Zadání pro znalosti:
• Definujte a charakterizujte jednotlivé fáze buněčného cyklu.
• Vysvětlete význam a hlavní události, které se odehrávají v jednotlivých fázích buněčného cyklu.
• Popište proces replikace DNA a jmenujte enzymy, které se na něm podílejí, vysvětlete semi-konzervativní povahu replikace DNA.
• Popište strukturu chromozomů a jejich roli v dědičnosti.
• Vysvětlete rozdíly mezi prokaryotickými a eukaryotickými chromozomy
• Vysvětlete rozdíly mezi binárním dělením a mitotickým buněčným dělením.
• Popište proces mitózy a jejích jednotlivých fází: profáze, prometafáze, metafáze, anafáze a telofáze.
• Vysvětlete roli mitotického vřeténka a popište jeho vliv na pohyb chromozomů.
• Popište mechanismus a význam cytokineze.
• Definujte a vysvětlete rozdíly mezi cytokinezí u živočišných a rostlinných buněk.
• Popište jednotlivé fáze meiózy a vysvětlete v čem se zásadně proces meiózy liší od mitózy.
• Vysvětlit význam meiózy v pohlavním rozmnožování.
• Detailně popište proces rekombinace (crossing overu) a jeho význam v genetické diverzitě.
Téma 11: Regulace buněčného cyklu
Sylabus – systém regulace buněčného cyklu, diferenciace buněk, buněčná smrt
Cíl výuky: Studenti budou schopni popsat, jak je buněčný cyklus regulován pomocí kontrolních bodů (G1, G2, M) a pochopí roli cyklinů a cyklin-dependentních kináz (Cdk) v regulaci buněčného cyklu. Dále studenti budou schopni rozlišit mezi jednotlivými typy buněčné smrti - nekrózou a apoptózou, včetně jejich vyvolávacích signálů a fyziologických či patologických významů.
Výsledky učení:
• Vysvětlete význam čtyř hlavních fází buněčného cyklu (G1, S, G2, M) v kontextu buněčného dělení a růstu.
• Určete, kde se vyskytují hlavní kontrolní body regulace buněčného cyklu a jaké otázky buňka zodpovídá před pokračováním do další fáze.
• Vysvětlete význam kontrolních bodů pro zajištění správného průběhu buněčného cyklu a prevenci poškození DNA.
• Popište, jak cykliny a Cdk spolupracují na regulaci jednotlivých fází buněčného cyklu.
• Popište úlohu Cdk inhibičních proteinů při zastavení buněčného cyklu v případě poškozené DNA.
• Uveďte příklady situací, kdy je buněčný cyklus zastaven, a jakým způsobem buňky opravují poškozenou DNA před pokračováním v cyklu.
• Vysvětlete rozdíly mezi apoptózou (programovanou buněčnou smrtí) a nekrózou (katastrofickou buněčnou smrtí).
• Popište fyziologické a patologické podmínky, které vedou k apoptóze, a její význam pro organismus.
• Diskutujte, jak růstové faktory a další extracelulární signály ovlivňují buněčný cyklus a vysvětlete, jak tyto signály mohou buňky stimulovat k dělení nebo naopak inhibovat jejich dělení.
• Popište, jak dysregulace buněčného cyklu může vést k nekontrolovanému buněčnému dělení a nádorové transformaci.
• Uveďte příklady genů, které hrají klíčovou roli v regulaci buněčného cyklu a nádorové supresi.
Téma 12: Rozmnožování organismů
Sylabus – nepohlavní rozmnožování (charakteristika, binární dělení, gemiparie, fiziparie, vegetativní rozmnožování), pohlavní rozmnožování (charakteristika, spermiogeneze, oogeneze, fertilizace)
Cíl výuky: Studenti by měli porozumět pojmům jako nepohlavní a pohlavní rozmnožování, binární dělení, gemiparie a fiziparie. Měli by být schopni vysvětlit procesy jako meióza, gametogeneze (spermatogeneze a oogeneze) a fertilizace, včetně jejich významu pro genetickou rozmanitost.
Zadání pro znalosti:
• Definujte nepohlavní rozmnožování a uveďte příklady organismů, které se tímto způsobem rozmnožují.
• Definujte pohlavní rozmnožování a popište jeho evoluční význam ve srovnání s nepohlavním rozmnožováním.
• Vysvětlete princip binárního dělení a uveďte příklady organismů, které se tímto způsobem rozmnožují.
• Vysvětlete princip pučení (gemiparie) a uveďte příklady organismů, které se tímto způsobem rozmnožují.
• Vysvětlete princip spontánního dělení (fiziparie) a uveďte příklady organismů, které se tímto způsobem rozmnožují.
• Vysvětlete princip vegetativního rozmnožování rostlin.
• Vysvětlete, jak pohlavní rozmnožování vede ke genetické diverzitě prostřednictvím kombinace gamet.
• Porovnejte procesy mitózy a meiózy, včetně jejich rolí v nepohlavním a pohlavním rozmnožování.
• Popište proces spermatogeneze a oogeneze a jejich význam v pohlavním rozmnožování.
• Popište proces oplodnění, včetně rolí spermií a vajíček.
• Vysvětlete pojmy kapacitace a akrozomální reakce v kontextu oplodnění.
Poslední úprava: Svobodová Zuzana, Mgr., Ph.D. (13.10.2025)
Institution: Charles University,
Faculty of Pharmacy in Hradec Králové,
Dep. of biological and medical sciences
Lecturers: Dr. Zuzana Svobodová a Dr. Petra Fikrová
Learing outcomes for subject: Cell biology
Topic 1: Cell Structure
Syllabus – Cell Structure
• Definition and general characteristics of the cell (cell theory)
• Structure of prokaryotic cells
• Structure of eukaryotic cells (plant and animal)
Learning Objective: Students should understand the Cell Theory, the three basic domains of living organisms, and know the structure of prokaryotic, eukaryotic, animal, and plant cells.
Knowledge Tasks:
• Name the three basic domains of living organisms
• Characterize the typical properties of Archaea
• What do Archaea have in common with bacteria and eukaryotes?
• What is typical for halophilic Archaea? Name one representative
• What is typical for methane-producing Archaea? Name one representative
• What is typical for hyperthermophilic Archaea? Name one representative
• What is typical for Archaea without a cell wall? Name one representative
• Name the four basic statements of cell theory
• Name the four basic properties common to all cells
• Define which cells are classified as prokaryotic and which as eukaryotic
• Name the basic structures of eukaryotic cells and describe their functions (4 components of the nucleus, ER, GA, ribosomes, vesicles, vacuole, mitochondria, chloroplast)
• Name the basic structures of prokaryotic cells and describe their functions (3 possible envelopes, flagellum, pili, nucleoid, plasmids, ribosomes)
• Describe the difference between the nucleoid of a prokaryotic cell and the nucleus of a eukaryotic cell
• Describe the difference between the ribosome of a eukaryotic and a prokaryotic cell
• Describe what mitochondria and chloroplasts have in common and how they differ
• Name the three basic types of cytoskeletal fibers (typical occurrence and function)
Topic 2: Chemical Composition of the Cell
Syllabus – Chemical Composition of the Cell
• Water and inorganic substances
• Low-molecular-weight organic substances: carbohydrates, organic acids, amino acids, nucleotides, phospholipids
• High-molecular-weight organic substances: polysaccharides, nucleic acids, proteins
Learning Objective: Students should know the chemical composition of living systems – water, inorganic substances, low-molecular-weight organic substances (carbohydrates, organic acids, amino acids, nucleotides, phospholipids), and high-molecular-weight organic substances (polysaccharides, proteins, nucleic acids). They should have an overview of the chemical bonds present in these molecules.
Knowledge Tasks:
• Characterize the basic chemical bonds found in living organisms (covalent non-/polar, ionic, non-covalent bonds)
• Describe the typical features of hydrogen bonds in terms of strength and stability. Define between which atoms they form
• Name the chemical elements that make up living organisms (macrobiogenic, oligobiogenic, and trace elements)
• Explain why water is a liquid and not a gas (under normal temperature and pressure conditions)
• Which ions are the main components of extracellular and intracellular fluids
• Name what polysaccharides are made of, the type of bond that connects them, and one representative
• Name what proteins are made of, the type of bond that connects them, and one representative
• Name what lipids are made of, the type of bond that connects them, and one representative
• Name what nucleic acids are made of, the type of bond that connects them, and one representative
• Define the basic composition of phospholipids and the properties of this molecule
• Name at least four representatives of nucleotides, their basic function, composition, and occurrence in the cell
• Provide the basic classification of amino acids into four groups, define their properties, and name one representative
• Describe the basic structure of a protein (N-terminus, C-terminus, polypeptide backbone, side chains)
• Define the basic function of chaperones
• Define which parts of the protein and which bonds are involved in the primary, secondary, tertiary, and quaternary structure
• Describe what is typical for the secondary structure of a protein, alpha-helix, and beta-sheet
• Define what a protein domain is and give an example
• Describe which structures or bonds are involved in the interaction of the binding site and the target molecule
Topics 3 and 4: DNA and its Structure
Syllabus: Nucleic Acids and Chromosomes I
• Structure of DNA
• Structure of chromosomes in prokaryotes and viruses
• Structure of chromosomes in eukaryotes
Nucleic Acids and Chromosomes II
• Replication
• Transcription
• Translation
Learning Objective: The students should know the structure and form of nucleic acids found in living organisms and viruses. They should know in what form they are found in the chromosomes of organisms. Students will understand how information is encoded in DNA in the form of genes and how DNA replication occurs during cell division. Part of their knowledge should be understanding cell biology's central dogma and its basic transcription and translation processes.
Knowledge Tasks:
• Describe the composition of nucleotides in DNA and RNA
• Name the possible nucleotides found in DNA and RNA
• Name the chemical bonds involved in the structure of the DNA double helix and describe the charge characteristics of DNA
• Explain what Watson-Crick base pairing means
• State how many hydrogen bonds are involved in base pairing in DNA and RNA
• Name the enzyme involved in supercoiling
• Name the basic types of RNA in the human body and describe their basic functions (3 main types + 1 other, e.g., microRNA)
• Provide what ribosomes are made of and describe their life cycle (where they are formed and where they degrade)
• Define what a gene is
• Name and characterize the three basic types of genes
• Describe and give examples of what constitutes genic and non-genic DNA
• Define what a genome is and what a genophore is
• Name the genophores found in prokaryotic and eukaryotic cells
• Describe the occurrence of DNA and RNA in viruses and give examples
• Define what a eukaryotic chromosome is made of and which proteins are involved in its structure
• Describe the form in which it is found in the interphase chromosome and during mitosis
• Describe which parts of the human genome are found in the nucleus as euchromatin and which as heterochromatin
• Describe what the nucleolus is made of and its function
• Define the following terms: karyotype, homologous chromosomes, non-homologous chromosomes, gonosomes, autosomes
• Describe when and how inactivation of one X chromosome occurs in women. Describe the form in which the chromosome is then found
• Explain why the replication process is called "semi-conservative"
• Explain the terms "replication origin and replication fork"
• Provide how many replication origins are found in eukaryotic organisms and how many in prokaryotic organisms
• Name the enzymes involved in DNA replication during cell division and briefly describe their function (helicase, DNA polymerase III, I, DNA ligase, primase, topoisomerase I/II, or telomerase)
• Explain the term "asymmetry of the replication fork, leading strand, lagging strand, Okazaki fragments"
• Explain the following terms "gene expression” and “central dogma of molecular biology". Describe the two basic steps they consist of and briefly describe them
• Explain the term "transcription" and identify the target product of this process
• Name the enzymes and nucleotides used in transcription
• Explain what "primary transcript" means
• Describe the three steps of post-transcriptional modification of pre-mRNA
• Describe the mechanism of pre-RNA splicing
• Explain the terms "genetic code, codon, reading frame"
• Learn to use the genetic key to translate mRNA into an amino acid sequence
• Describe the structure of tRNA, e.g., where the amino acid is attached, where the anticodon is located, etc.
• Explain how tRNA pairs with amino acids
• Describe the structure of the ribosome in terms of transcription, where the binding site for mRNA is, where the M/P/E site is
• Characterize the three phases of translation (initiation, elongation, and termination)
• Describe the differences in gene expression between prokaryotes and eukaryotes
Topics 5 and 6: Membranes I and II
Syllabus: Membranes I
• Structure of membranes
o Lipid bilayer
o Molecular structure of membranes – lipids, proteins, carbohydrates
• Cytoplasmic membrane
Membranes II
• Transport of substances across membranes
• Transport proteins
• Ion channels and membrane potential
Learning Objective: Teach students the structure and composition of the plasma membrane. Explain the principles of substance transport across the membrane. Students should know the basic types of substance transport through ion channels and transporters. Students will understand the concepts of membrane potential and nerve impulse conduction.
Knowledge Tasks:
• Name the three basic groups of substances forming the plasma membrane and describe their basic functions in the membrane
• Name several representatives from each group
• Describe the basic structure of a phospholipid, its properties, and the possibilities of movement within the bilayer
• Provide how the composition of phospholipid chains contributes to changes in membrane fluidity and provide an example
• Explain the distribution of different types of phospholipids in the membrane and which organelles and enzymes are involved in this arrangement
• Describe how the presence of cholesterol affects membrane properties
• Define what glycolipids are, where they are located, and their function
• Name the four basic functions of proteins in membranes
• Describe how proteins are integrated into the membrane
• Name the ways proteins can move within the membrane and the ways they can be anchored in the membrane (4)
• Describe when and how glycosylation of proteins and lipids occurs
• Define what the glycocalyx is and its function
• Define what transporters are, describe their structure and function
• Name the substances the transporters transport and the types of transport they enable concerning the number of transported substances or energy use
• Define osmosis and explains how the water passes through the membrane
• Name the types of osmotic phenomena that can occur and how they occur in animal and plant cells
• Name three ways cells avoid osmotic swelling
• Describe which substances pass through the membrane by diffusion very easily, easily, slowly, or “not-at-all”, and provide specific molecules (2-3)
• Define what an electrochemical gradient is and how it affects the rate of passage of charged molecules through the membrane
• Define the three types of ATP pumps and the type of molecules they usually transport
• Describe the principle of light-driven transport
• Explain the principle of glucose-sodium symport, Na+/H+ antiport, Ca2+ pump, sodium-potassium pump (provide the ratio of transported ions)
• Define what ion channels are, describe their structure and function
• Name the substances ion channels transport and the types of transport they enable concerning the nature of the transported substances or energy use
• Name the four types of ion channels and the principles of their regulation
• Explain how nerve impulses are conducted
• Define what an action potential is (5 steps)
• Explain why the action potential propagates in only one direction and what contributes to this
• Define what saltatory conduction is
• Explain how synaptic (chemical) signal transmission occurs
• Which neurotransmitters are excitatory and which are inhibitory (2 examples of each) and describe the principle of the phenomenon
Topics 7 and 8: Membrane Organelles I and II
Syllabus: Membrane Organelles I
• Mitochondria
o Structure
o Cellular respiration – Krebs cycle, respiratory chain, oxidative phosphorylation
• Chloroplasts
o Structure
o Photosynthesis – light and dark phases
Membrane Organelles II
• Endoplasmic reticulum
• Golgi apparatus
• Endosomes
• Lysosomes
• Peroxisomes
• Mechanisms of protein entry into organelles
o Transport from the cytosol to the nucleus – nuclear pores
o Transport from the cytosol to the ER, mitochondria, chloroplasts, and peroxisomes
o Transport from the ER to other compartments
Learning Objective: Learn students the structure of mitochondria and chloroplasts. Explain the principles of cellular respiration and photosynthesis. Explain in detail the function of the endomembrane system. Familiarize students with the mechanisms of protein entry into organelles (nucleus, ER, GA, chloroplasts, peroxisomes, and other cell compartments), membranes, or outside the membrane (into the extracellular space), as well as endocytosis of substances from the external environment.
Knowledge Tasks:
• Describe the basic structure of mitochondria, what the matrix contains, and what processes occur in each part of the mitochondria
• Name several representatives from each group
• Describe the specifics of mitochondria in germ cells, in muscle, or in liver cells
• Name the individual steps of cellular respiration (4), where they occur in the cell, and which substances enter and exit them
• Provide the energy balance of the Krebs cycle and the respiratory chain for 1 acetyl-CoA
• Name the three complexes forming the respiratory chain in the correct order
• Describe the structure and function of these complexes
• Explain how the proton gradient in the mitochondria is formed and what it is used for
• Explain the principle of ATP synthase
• Describe the energy metabolism of the mitochondria in a summary diagram (which substances enter, which exit, and the sequence of steps)
• Describe the basic structure of chloroplasts, what the stroma contains, and what processes occur in the chloroplast and where
• Define what the light and dark phases of photosynthesis are (which substances enter and leave the process, what is the benefit for organism)
• Describe where the antenna and reaction center are located, their structure, and function
• Explain the principle of high-energy electron transfer within photosystem I, the cytochrome b and f complex, and photosystem I, and the subsequent formation of the proton gradient associated with ATP production
• Describe where the Calvin cycle occurs, which substances enter and exit it
• Provide the energy balance of the Calvin cycle
• Describe the importance of photosynthesis for the plant and its surroundings
• Explain how proteins enter membrane organelles, Name the three main mechanisms
• Explain what a signal sequence is, its structure, and which proteins it occurs in
• Explain the two populations of ribosomes and which proteins are synthesized on them
• Describe the main functions of rough and smooth ER
• Explain the principle of protein synthesis on ER ribosomes
• Describe the principle of protein integration into the ER membrane according to the diagram
• Define the main and side branches of the secretory pathway and the endocytic pathway in vesicular transport
• Describe the formation of clathrin-coated vesicles and the molecules involved
• Explain the principle of vesicle targeting to target structures (including fusion) and the molecules involved
• Explain the regulation of Ca2+ ion concentration in the cytoplasm in relation to muscle contraction
• Describe the structure of the GA, explain its basic functioning, and the passage of substances contained in vesicles from the cis side to the trans side of the GA
• Explain the principle of the basic and regulated pathways of exocytosis
• Explain the forms of the endocytic pathway in pinocytosis, phagocytosis, and autophagy
• Describe the structure and function of peroxisomes and lysosomes
Topic 9: Communication Between Cells
Syllabus – Basic Types of Signaling, Receptors, Chemoreception, Ion Channel-Linked Receptors, G Protein-Coupled Receptors, Enzyme-Linked Receptors
Learning Objective: Students will be able to describe different types of cell communication: endocrine, paracrine, neuronal, and contact-dependent signaling. They will be able to explain the differences between surface and intracellular receptors and their roles in cell signaling. Students will understand how different types of receptors (ion channels, G protein-coupled receptors, and enzyme-linked receptors) transmit signals into the cell and how signaling cascades transmit and amplify signals within the cell.
Knowledge Tasks:
• Define and characterize the basic types of cell signaling: endocrine, paracrine, neuronal, and contact-dependent, and provide an example for each type.
• Explain the general role of receptors and intracellular signaling cascades in cell signaling.
• Compare the localization and resulting properties of signaling molecules for surface and intracellular receptors and provide an example for each type.
• Define and characterize the types of membrane receptors: enzyme-linked receptors, ion channel-linked receptors, G protein-coupled receptors.
• Explain the role of G proteins and their components in cell signaling.
• Explain the role of second messengers in cell signaling.
• Name and characterize the second messengers of enzymes linked to G proteins: adenylate cyclase and phospholipase C.
• Describe (or draw a diagram) how protein kinase A is activated.
• Describe (or draw a diagram) how protein kinase C is activated.
Topic 10: Cell Division
Syllabus – 4 Phases of the Cell Cycle (G1, S, G2, M), Mitosis (Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase, Telophase), Cytokinesis, Meiosis
Learning Objective: Students will be able to describe the individual phases of the cell cycle and explain the process of mitosis, including its phases, and describe the differences in cytokinesis between animal and plant cells. Additionally, students will be able to describe the process of meiosis and understand the significance of genetic recombination and crossing-over for genetic variability.
Knowledge Tasks:
• Define and characterize the individual phases of the cell cycle.
• Explain the significance and main events that occur in each phase of the cell cycle.
• Describe the process of DNA replication and name the enzymes involved, explaining the semi-conservative nature of DNA replication.
• Describe the structure of chromosomes and their role in heredity.
• Explain the differences between prokaryotic and eukaryotic chromosomes.
• Explain the differences between binary fission and mitotic cell division.
• Describe the process of mitosis and its phases: prophase, prometaphase, metaphase, anaphase, and telophase.
• Explain the role of the mitotic spindle and describe its influence on chromosome movement.
• Describe the mechanism and significance of cytokinesis.
• Define and explain the differences between cytokinesis in animal and plant cells.
• Describe the individual phases of meiosis and explain how the process of meiosis fundamentally differs from mitosis.
• Explain the significance of meiosis in sexual reproduction.
• Describe in detail the process of recombination (crossing-over) and its significance in genetic diversity.
Topic 11: Regulation of the Cell Cycle
Syllabus – Cell Cycle Regulation System, Cell Differentiation, Cell Death
Learning Objective: Students will be able to describe how the cell cycle is regulated using checkpoints (G1, G2, M) and understand the role of cyclins and cyclin-dependent kinases (Cdks) in cell cycle regulation. Additionally, students will be able to distinguish between different types of cell death - necrosis and apoptosis, including their triggering signals and physiological or pathological significance.
Learning Outcomes:
• Explain the significance of the four main phases of the cell cycle (G1, S, G2, M) in the context of cell division and growth.
• Identify where the main checkpoints of cell cycle regulation are located and what questions the cell answers before proceeding to the next phase.
• Explain the importance of checkpoints in ensuring the proper progression of the cell cycle and preventing DNA damage.
• Describe how cyclins and Cdks work together to regulate the individual phases of the cell cycle.
• Describe the role of Cdk inhibitory proteins in halting the cell cycle in the event of DNA damage.
• Provide examples of situations where the cell cycle is halted and how cells repair damaged DNA before continuing the cycle.
• Explain the differences between apoptosis (programmed cell death) and necrosis (catastrophic cell death).
• Describe the physiological and pathological conditions that lead to apoptosis and its significance for the organism.
• Discuss how growth factors and other extracellular signals influence the cell cycle and explain how these signals can stimulate or inhibit cell division.
• Describe how dysregulation of the cell cycle can lead to uncontrolled cell division and tumor transformation.
• Provide examples of genes that play key roles in cell cycle regulation and tumor suppression.
Topic 12: Reproduction of Organisms
Syllabus – Asexual Reproduction (Characteristics, Binary Fission, Budding, Fragmentation, Vegetative Reproduction), Sexual Reproduction (Characteristics, Spermatogenesis, Oogenesis, Fertilization)
Learning Objective: Students should understand concepts such as asexual and sexual reproduction, binary fission, budding, and fragmentation. They should be able to explain processes such as meiosis, gametogenesis (spermatogenesis and oogenesis), and fertilization, including their significance for genetic diversity.
Knowledge Tasks:
• Define asexual reproduction and provide examples of organisms that reproduce this way.
• Define sexual reproduction and describe its evolutionary significance compared to asexual reproduction.
• Explain the principle of binary fission and provide examples of organisms that reproduce this way.
• Explain the principle of budding and provide examples of organisms that reproduce this way.
• Explain the principle of fragmentation and provide examples of organisms that reproduce this way.
• Explain the principle of vegetative reproduction in plants.
• Explain how sexual reproduction leads to genetic diversity through the combination of gametes.
• Compare the processes of mitosis and meiosis, including their roles in asexual and sexual reproduction.
• Describe the process of spermatogenesis and oogenesis and their significance in sexual reproduction.
• Describe the process of fertilization, including the roles of sperm and eggs.
• Explain the concepts of capacitation and the acrosome reaction in the context of fertilization.
Poslední úprava: Svobodová Zuzana, Mgr., Ph.D. (13.10.2025)
