Biochemistry

Syllabus

ČÁST 1: OBECNÁ BIOCHEMIE A METABOLIZMUS

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.

Obecná biochemie.

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.

Enzymologie

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.

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.

Metabolizmus sacharidů

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.

Metabolizmus lipidů

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.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, 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. iochemie 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 biochemi

Annotation

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.