Předmět Lékařská biochemie (E0104137)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu E0104137 - Lékařská biochemie, Lékařská fakulta Plzeň, Univerzita Karlova v Praze (UK).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Sylabus

1. Úvod do studia biochemieBiochemie a její místo v systému biologických, chemických a lékařských věd. Úloha biochemie v současné medicíně, její perspektivy.2. Vlastnosti peptidů a proteinůRekapitulace aminokyselin a jejich třídění z hlediska polarity vedlejších řetězců, z hlediska acidobasických vlastností a z hlediska esenciálnosti. Výstavba peptidů a proteinů, jejich primární struktura. Informace o zjišťování primární struktury. Struktury vyšších řádů a jejich význam pro funkci peptidů a proteinů.3. EnzymyZákladní charakteristika enzymů a základní vlastnosti enzymů. Substrátová a reakční specifita enzymů. Enzymy jako bílkoviny. Apoenzymy a koenzymy. Aktivní centrum enzymů. Mechanismus katalytického působení enzymů, příklady. Thermodynamické a kinetické aspekty enzymové katalysy. Rychlost enzymové reakce, Michaelisova konstanta a její praktický význam. Inhibice enzymové reakce. Inhibitory kompetiční a nekompetiční. Allosterické enzymy a allosterická inhibice a aktivace, její význam v metabolismu. Isoenzymy - vztah ke genovému uspořádání, význam funkční a medicinsko-diagnostický. Klasifikace enzymů.4. Energetika metabolismu, úloha makroergních sloučeninChemické děje z thermodynamického hlediska. První a druhá věta thermodynamická. Enthaplie, volná energie, entropie. Děje endo- a exotermické. Entropie a živé systémy. Konzervace a přesun energie v živém systému, makroergní sloučeniny, ATP.5. Oxidoredukční děje jako zdroj energieOxidace a redukce. Redoxní potenciál a standardní redoxní potenciál. Thermodynamika přenosu elektronů. Redoxní děje jako hlavní zdroj energie aerobních organismů.6. Tkáňové dýchání a jeho význam v metabolismuMitochondrie a její stavba. Dehydrogenasy a jejich funkce. NAD a NADP. FMN a FAD. NADH dehydrogenasa. Koenzym Q. Cytochromový systém. Cytochrom c reduktasa  a cytochrom c oxidasa. Celkové uspořádání dýchacího řetězce, přesuny elektronů a přesuny protonů. Vznik protonového gradientu a jeho využití. Syntéza ATP jako důsledek protonového gradientu. Stechiometrie dehydrogenace a tvorby ATP. Protonový gradient a tepelná regulace. Inhibitory tkáňového dýchání, jejich experimentální a medicinský význam.7. Citrátový cyklusStruktura KoA, jeho vznik a funkce. Acetyl-KoA. Sled a popis metabolických přeměn v citrátovém cyklu. Dehydrogenační stupně citrátového cyklu a jejich spojení s tkáňovým dýchaním. Energetický výtěžek citrátového cyklu. Regulace citrátového cyklu na úrovni jednotlivých enzymů. Amfibolická povaha citrátového cyklu - nutnost doplňování cyklu. Hlavní anaplerotické (doplňující) reakce - pyruvátkarboxylasa. Mechanismus karboxylace, úloha biotinu.8. Metabolismus sacharidů - glykolysaPopis jednotlivých glykolytických přeměn a enzymů katalyzujících tyto reakce. Glykolysa v aerobních a anaerobních podmínkách. Význam a vzájemné propojení glyceraldehydfosfátdehydrogenasy a laktátdehydrogenasy. Vznik laktátu. Energetický výtěžek glykolysy v aerobních a anaerobních podmínkách. Regulace glykolysy. Význam fosfofruktokinasy a fruktosa-2,6-bisfosfátu. Aktivace typu feedforward.9. Další přeměny pyruvátuAnaerobní přeměna na laktát a její smysl. Alkoholové kvašení. Karboxylační přeměna na oxalacetát. Oxidační dekarboxylace pyruvátu a přeměna na acetyl-KoA. Celková energetická bilance přeměny glukosy za různých podmínek. Lokalizace jednotlivých metabolických pochodů v buňce, spojení extra- a intramitochondriálních redoxních dějů, malátový spoj, glycerolfosfátový spoj.10. GlukoneogenesaPopis jednotlivých stupňů glukoneogenese - vztah ke glykolyse. Odlišné reakce glykolysy a glukoneogenesy. Cyklování těchto metabolických stupňů a jeho význam. Regulace glukoneogenesy.11. Vznik a odbourávání glykogenuStruktura glykogenu, redukující a neredukující konce molekuly. Význam glykogenu v celkové koncepci energetického  metabolismu. Odbourání glykogenu. Fosforylasa a mechanismus její aktivace a regulace. cAMP kaskáda. Odvětvující enzym a jeho transferasová a glukosidasová aktivita. Thermodynamika metabolismu glykogenu. UDP-glukosa. Glykogensynthasa a větvící enzym. Celková regulace metabolismu glykogenu. Regulace hladiny glukosy v krvi.12. Pentosový cyklusPopis jednotlivých stupňů pentosového cyklu. Význam glukosa-6-fosfátdehydrogenasy pro vznik NADPH, redukovaného glutathionu a odbourání peroxidů. Vznik pentos a jejich význam. Transaldolasa a transketolasa. Spojení metabolitů pentosového cyklu s glykolysou. Význam pentosového cyklu pro fotosyntézu. Stručný popis fotosyntézy jako základního děje autotrofních organismů.13. Metabolismus dalších sacharidůSacharidy ve výživě. Trávení škrobu a resorpce glukosy. Trávení sacharosy, utilizace fruktosy a její problémy. Přeměna glukosy na galaktosu, biosyntéza laktosy. Trávení laktosy, utilizace galaktosy a její poruchy.14. Přeměny mastných kyselinMastné kyseliny jako předmět energetického metabolismu. Aktivace mastných kyselin - acyladenyláty a acyl-KoA. Transport aktivovaných mastných kyselin do mitochondrie. Acyl-karnitin. Beta-oxidace mastných kyselin, vznik acetyl-KoA. Energetický výtěžek oxidačního zpracování mastných kyselin. Porovnání oxidačních přeměn sacharidů a mastných kyselin z hlediska energetického výtěžku a z hlediska spotřeby kyslíku. Odbourání mastných kyslin v mitochondriích a v peroxisomech. Biosyntéza mastných kyselin. Přesun látkového a redukčního potenciálu pro tuto syntézu z mitochondrie do cytoplasmy. Tvorba malonyl-KoA a její regulace. Význam ACP a vlastní tvorba mastné kyseliny. Vzájemná regulace odbourávání a tvorby mastných kyselin.15. Vznik ketolátek. Vzájemné vztahy metabolismu sacharidů a mastných kyselin.Přeměna acetyl-KoA na hydroxymethylglutaryl-KoA. Vznik acetoacetátu a dalších ketolátek. Ketolátky jako ve vodě rozpustný ekvivalent mastných kyselin. Význam ketolátek při hladovění. Utilizace ketolátek myokardem, ledvinou a jinými tkáněmi, utilizace v mozku. Problém rovnováhy mezi tvorbou a utilizací ketolátek. Vzájemné přeměny sacharidů a tuků. Přeměna sacharidů na mastné kyseliny a tuky. Nemožnost přeměny mastných kyselin na sacharidy zdůvodnění tohoto jevu. Metabolický rozvrat při jednostranné utilizaci tuků, diabetes mellitus. Ketolátky jako indikátor rozvratu, ketoacidosa.16. Triacylglyceroly v metabolismuTriacylglyceroly jako zásobní látky. Jejich biosyntéza a štěpení. Tuky ve výživě. Jejich trávení a utilizace. Resyntéza v enterocytech a formování chylomikronů. VLDL. Lipoproteinlipasa. Utilizace mastných kyselin v různých tkáních, utilizace v adipocytech. Dynamická rovnováha tukových zásob. Absence glycerolkinasy v tukové tkáni a její význam. Vztah glykémie a odbourávání tukových zásob. Hormon sensitivní lipasa a její regulace. Mobilizace tuků. Neesterifikované mastné kyseliny v krvi a jejich transport albuminem.17. Cholesterol a jeho metabolismusBiosyntéza cholesterolu. Význam HMG reduktasy jako hlavního regulovaného enzymu této biosyntézy. Hlavní úkoly cholesterolu v organismu. Odbourávání a vylučování cholesterolu. Tvorba žlučových kyselin. Kyselina cholová a chenodeoxycholová, jejich přeměny na deoxycholovou a lithocholovou. Význam žlučových kyselin, jejich enterohepatální oběh. Možnost terapeutických zásahů do metabolismu cholesterolu na úrovni kompetičních inhibitorů HMG reduktasy a na úrovni vylučování žlučových kyselin.18. Lipoproteiny krevní plasmy, jejich přeměny a významTrávení tuků a jejich resorpce. Formování chylomikronů, jejich cirkulace a rozklad lipoproteinlipasou. Odbourání chylomikronů remnans v játrech. Tvorba VLDL v játrech, jejich cirkulace v plasmě, odbourávání mastných kyselin, přeměna na IDL. Vznik LDL a jejich cirkulace. LDL receptory, utilizace LDL. Reversní transport cholesterolu, HDL, jejich vznik, význam a odbourání. Role jednotlivých apolipoproteinů a hlavních enzymů přeměn lipoproteinů. Zhodnocení jednotlivých typů lipoproteinů z hlediska jejich biologického významu a z hlediska významu rizik atherosklerosy. Vyšetření lipoproteinů krevní plasmy, hyperlipoproteinemie.19. Steroidní hormony a vitaminy DVitamin D a jeho přeměny na kalcitriol. Biosyntéza jednotlivých skupin steroidních hormonů, jejich význam v metabolismu. Odbourání steroidních hormonů a možnosti stanovení jejich metabolitů.20. Metabolismus acylglycerolů a sfingolipidůBiosyntéza diacylglycerolfosfátu, aktivace na CDP-derivát, vznik fosfatidylserinu, fosfatidylaminoethanolu a fosfatidylcholinu. Inositolfosfatidy, kardiolipiny, etherové fosfolipidy a plasmalogeny, PAF. Fosfolipasy a jejich role v odbourávání fosfolipidů, produkce regulačních molekul - diacylglycerolu a inositoltrisfosfátu. Vznik sfingosinu, ceramidu a sfingolipidů - sfingomyelinů, cerebrosidů, sulfatidů a gangliosidů. Obecné zásady degradace sfingolipidů, možnost vzniku sfingolipidos.21. Metabolismus nenasycených mastných kyselin a eikosanoidů.Přehled nejdůležitějších nenasycených mastných kyselin a jejich význam. Desaturasy, jejich význam a limitace účinku. Elongasy a jejich kombinace s funkcí desaturas. Podstata esenciálních mastných kyselin. Vznik eikosanoidů - prostaglandinů, prostacyklinů, tromboxanů a leukotrienů. Cyklická a lineární dráha jejich syntézy, význam těchto produktů. Účinek aspirinu, podstata účinku nesteroidních analgetik, antiflogistik a antipyretik. Význam polyenových mastných kyselin, zejména EPA, na metabolismus eikosanoidů, jejich význam ve výživě.22. Metabolismus dusíkatých látek - obecná částVýznam dusíkatých látek v metabolismu. Autotrofní a heterotrofní organismy z hlediska dusíkatého metabolismu. Esenciální aminokyseliny, dusíkatá bilance. Trávení bílkovin, vstřebávání aminokyselin. Degradace aminokyselin a dusíkatých látek. Organismy amonotelní, ureotelní a urikotelní. Odbourávání aminokyselin, centrální postavení glutamátu a aspartátu. Oxidační deaminace a transaminace. Detoxikace čpavku, význam glutaminu. Cyklus močoviny. Vztah cyklu močoviny k regulaci acidobasické rovnováhy.23. Přeměny jednotlivých aminokyselinGlukogenní a ketogenní povaha degradačních produktů aminokyselin. Glutamát - degradace, vznik prolinu, ornithinu, argininu a GABA. Vznik a význam NO. Aspartát - degradace, donor aminoskupiny, úloha při syntéze pyrimidinů. Alanin - degradace. Methionin - trans-methylační pochody, degradace, vznik cysteinu. Cystein - degradace, cysteová kyselina, taurin, PAPS (aktivní sulfát). Selenocystein a selenomethionin. Valin, leucin, isoleucin - jejich význam, degradační dráha. Fenylalanin a tyrosin - fenylalaninhydroxylasa, podstata PKU. Vznik katecholaminů a jejich degradace, vznik prekursorů melaninu. Degradace tyrosinu a její poruchy. Threonin, jeho odbourání. Tetrahydrofolát a jeho úloha v metabolismu, zvláště v přeměnách aminokyselin. Přeměny glycinu a serinu, tzv. cholinový cyklus. Odbourání glycinu a serinu. Histidin - biosyntéza a odbourání. Histamin. Tryptofan - vznik tryptaminu, serotoninu, melatoninu. Odbourání tryptofanu.24. Biosyntéza porfyrinů, vznik hemu a jeho degradaceZákladní metabolity biosyntetické dráhy vzniku porfyrinů, podstata porfyrií. Vznik hemu a jeho význam. Degradace hemu - biliverdin, bilirubin, konjugace bilirubinu, urobolinogeny, urobiliny. Vztah žlučových barviv k funkci jater, diagnostika žloutenek.25. Biosyntéza a odbourání nukleotidůBiosyntéza pyrimidinových nukleotidů a její regulace. Biosyntéza purinových nukleotidů a její regulace. Význam APRT a HGPRT pro regulaci syntézy purinových nukleotidů. Význam nukleotidů v metabolismu. Vznik deoxynukleotidů. Methylace dUMP na dTMP. Odbourání nukleotidů, nukleosidů a basí. Význam AMP deaminasy a adenosindeaminasy. Vznik kyseliny močové a její význam.26. Nukleové kyseliny - struktura a funkceSpolečné prvky a odlišnosti ve stavbě DNA a RNA. Význam těchto strukturních rozdílů pro funkci. Princip komplementarity a jeho význam pro uchování a předání genetické informace. Primární, sekundární a vyšší struktury DNA. Princip stanovení primární struktury DNA. Chromatin a základní principy jeho výstavby.27. Nukleové kyseliny - biosyntézaBiosyntéza DNA. DNA polymerasy, DNA ligasy. Mechanismus replikace DNA. Telomery a jejich význam. Postsyntetická kontrola replikované DNA. Reparace DNA. RNA polymerasy, biosyntéza jednotlivých typů RNA. Regulace transkripce, posttranskripční úpravy rRNA, tRNA a mRNA. Mechanismus a význam sestřihu (splicingu). Struktura a organizace génu, génové rodiny, vztah k isoenzymům.28. ProteosyntézaÚloha jedntlivých typů RNA v proteosyntéze. Stavba ribosomu. Role kodonu a antikodonu. Genetický kod, jeho principy. Mutace, jejich význam. Vlastní mechanismus proteosyntézy. Postsyntetické úpravy proteinů. Role endoplasmatického retikula, signální peptidy. Glykosylace, fosforylace, proteolytické a další úpravy proteinů a jejich význam.29. Replikační cykly virůViry jako modely replikace nukleových kyselin. Mechanismus replikace DNA virů. Lysogenní viry. Mechanismus replikace RNA virů. Retroviry, mechanismus jejich replikace a jeho význam. Virus HIV. Význam virů v onkogenesi, onkogeny a protoonkogeny. 30. Molekulární biologie jako nástroj biomedicinského výzkumuRestrikční endonukleasy a jejich význam pro manipulaci s DNA. Klonování DNA a jeho význam. Podstata genomových a cDNA knihoven, jejich použití. Podstata přípravy proteinů cestou genové manipulace a exprese v bakteriálních buňkách. Význam pro diagnostické a terapeutické použití. PCR, její metodický a diagnostický význam. Diagnostický význam analýzy DNA a RNA. siRNA jako nástroj regulace genové exprese, nástroj výzkumu a možné terapie. Principy genové a buněčné terapie.31. Hemoglobin - struktura a funkceStruktura hemoglobinu, genové rodiny alfa a beta globinů, význam postupné exprese. Funkce hemoglobinu jako transportní molekuly a jako pufru, vzájemná podmíněnost obou funkcí. Hemoglobin jako allosterická molekula. Role BPG, CO2 a protonů v regulaci funkcí hemoglobinu. Podstata Bohrova efektu.32. Imunoglobuliny - struktura a funkceStavba imunoglobulinů, těžké a lehké řetězce, konstantní a variabilní části. Třídy imunoglobulinů - jejich strukturní podstata. Výstavba imunoglobulinových genů, jejich přestavba a exprese. Mechanismus změn v produkci imunoglobulinů různých tříd. Stavba a smysl T- receptorů, jejich analogie s imunoglobuliny. Další proteiny imunoglobulinové superrodiny - biologická role MHC I a MHC II.33. Biochemie jater a základy xenobiochemieÚloha jaterního parenchymu v sacharidovém, lipidovém a dusíkatém metabolismu. Úloha jater v biotransformacích (xenobiochemii). Hlavní mechanismy biotransformací - dvoustupňový mechanismus biotransformací. Příklady biotransformací. Možný toxický a kancerogenní efekt biotransformací.34. Biochemie svaluZákladní svalové proteiny a jejich role ve svalové kontrakci. Mechanismus svalové kontrakce a její řízení. Úloha kalciových iontů, troponinu, tropomyosinu, aktinu a myosinu. Kontrakce v příčně pruhovaném a hladkém svalu. Metabolismus ve svalové tkáni, úloha myoglobinu, kreatinu, glykogenu, oxidačních procesů a anaerobních procesů.35. Biochemie nervové tkáněZvláštnosti metabolismu nervové tkáně. Spotřeba kyslíku a její důvody, spotřeba glukosy a její důvody, metabolismus ketolátek. Metabolismus aminokyselin v nervové tkáni. Některé vlastnosti tzv. hematoencefalické bariery a její význam. Nervové synapse - cholinergní, adrenergní, GABA. Přehled neurotransmiterů.36. Struktura a funkce membránVýstavba membrán různého typu a důvody jejich složení. Přesun jednotlivých látek přes membrány, nutnost transportních mechanismů: pasivní transport, kotransport, antiport, aktivní transport, sekundární aktivní transport. Princip pumpy a kanálu, jejich význam.37. Biochemie pojivových tkáníVýznam extracelulární matrix a její složení. Kolageny - jejich role v tkáních. Biosyntéza kolagenu a posttranslační úpravy. Další proteiny matrix - elastin, fibronektin, jejich spojení s buňkami - integriny. Proteoglykanové komplex pojivové tkáně jejich význam. Kostní minerál, jeho složení, výstavba a resorpce.38. Biochemie výživy a hladověníSložení lidského těla a nutnost stálé obměny a energetického příjmu. Složky potravy, požadavky na správné složení potravy. Esenciální složky potravy. Hladovění - 4 fáze z hlediska převažujícího metabolismu. Zvláštnosti metabolismu při hladovění. Částečné hladovění, podvýživa.39. Antimetabolity a jejich významPodstata antimetabolitů. Využití kompetičních inhibitorů jako antimetabolitů s léčebným účinkem. Příklady úspěšných antimetabolitů: analogy THFA, analogy nukleotidů. Význam pro chemoterapii a pro transplantace.40. Kyslíkové radikály, antioxidační ochrana organismuVlastnosti molekulárního kyslíku, tendence k produkci radikálů: superoxidový ion, hydroperoxylový radikál, peroxid vodíku, hydroxylový radikál. Radikálové reakce, peroxidace lipidů. Ochrana - superoxiddismutasa, peroxidasy, katalasa, glutathion-peroxidasa, glutathionreduktasa. Návaznost na pentosový cyklus, možné poruchy. Jiné, než kyslíkové radikály, negativní vliv biotransformací. Tzv. zametače volných radikálů.41. Regulace biochemických pochodůRegulace v čase - regulace genovou expresí, regulace enzymové aktivity na různých úrovních, význam allosterických enzymů. Regulace v prostoru - kompartmentace a regulovaný transport, metabolity hladinové a metabolity "tunelované".

Literatura

Murray R. K., Granner D. K., Mayes P. A., Rodwell V. W.: Harperova biochemie. H&H, Praha 1998. Humlová A., Balvín M.: Praktická cvičení z lékařské chemie II. Karolinum, Praha 1999. Kotyza J., Černý R., Černá E., Švarc V., Racek J.: Praktikum z klinické biochemie a enzymologie. Teoretické a metodologické základy pro studující lékařství. Karolinum, Praha 1999.

Garant

prof. MUDr. Radim Černý, CSc.Prof.MUDr. Jaroslav Racek, DrSc.

Vyučující

Ing. Václav Babuška, Ph.D.prof. MUDr. Radim Černý, CSc.Mgr. Jana Dobrá, Ph.D.Kristýna HrdáMUDr. Vlastimil KuldaMgr. Jan MichálekAneta MüllerováMUDr. Radana Vrzáková