C6215 Pokročilá biochemie a její metody

Přírodovědecká fakulta
podzim 2021
Rozsah
2/0/0. 4 kr. Ukončení: zk.
Vyučováno online.
Vyučující
prof. RNDr. Igor Kučera, DrSc. (přednášející)
doc. Mgr. Jan Havliš, Dr. (přednášející)
prof. RNDr. Michaela Wimmerová, Ph.D. (přednášející)
prof. Mgr. Lukáš Žídek, Ph.D. (přednášející)
doc. RNDr. Jan Hejátko, Ph.D. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Igor Kučera, DrSc.
Ústav biochemie - Chemická sekce - Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav biochemie - Chemická sekce - Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
BSc v programu biochemie nebo kompatibilním programu
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Předmět zahrne vybraná témata z oblasti obecné a strukturní biochemie, genomiky, proteomiky a bioinformatiky. Poskytne základní úroveň znalostí, které si student může prohloubit v jiných základních a volitelných modulech.
Výstupy z učení
Na konci tohoto kurzu bude student schopen prokázat porozumění přístupům a metodám moderní experimentální biochemie včetně základních principů těchto metod, bioinformatického softwaru a programů genetické analýzy, kvantitativním aspektům katalýzy enzymů a inhibice s důrazem na působení léčiv a hlavním signálním drahám regulace metabolismu.
Osnova
  • 1) Úvod do genomiky. Definice a struktura genů, in silico a a experimentální identifikace genů, určení sekvence nukleových kyselin (Sanger, NGS). Genetika přímá vs. reverzní - rozdíly v myšlenkových a experimentálních přístupech. Genová exprese a fenotypové profilování - metody kvalitativní i kvantitativní analýzy genové exprese (in vitro a in vivo lokalizace mRNA a proteinů; transkripční vs. translační fúze; DNA čipy a next-gene profilování), tkáňově a buněčně specifická analýza genové exprese na genomové úrovni.
  • 2) Úvod do proteomiky. Definice pojmů protein, proteoforma, proteom, proteotyp. Proteinové databáze, vyhledání a určení základních vlastností proteinů in silico a pomocí experimentálních přístupů. Analýza proteinů pomocí hmotností spektrometrie (MS) - principy a možnosti v biochemii. High-throughput analýza proteinů a proteomů, principy necílené a cílené kvantifikace. Funkční proteomika, analýza interakcí protein-protein a proteinových komplexů, klasifikace proteinových vzorků pomocí MS. Design experimentu, analýza dat, interpretace a validace. Imunochemické přístupy a jejich komplementarita. Strukturní přístupy na bázi MS.
  • 3) Úvod do bioinformatiky. Manipulace se sekvencemi, přiložení páru sekvencí a vícesekvenční příložení. Predikce sekundárních a terciálních struktur proteinů. Proteinové rodiny.
  • 4) Stavba proteinů. Sekundární struktury, motivy terciárních struktur, kvartérní struktura, intra- a intermolekulární interakce stabilizující proteinové struktury (hydrofobní efekt, iontové interakce, vodíkové vazby, disulfidové vazby.
  • 5) Určení prostorové struktury biopolymerů. CD a IR spektrometrie, NMR, rentgenostrukturní analýza, elektronová mikroskopie. Homologní modelování na základě známých struktur.
  • 6) Příprava rekombinantních proteinů. Definice, historie. Expresní systémy, vektory, značky, posttranslační modifikace, glykosylace. Amplifikace genu, klonování, selekce buněk s klonovaným genem, indukce exprese. Místně cílená mutageneze.
  • 7) Extrakce, purifikace a kvantifikace proteinů. Lýze buněk, inhibice proteolýzy a oxidace, solubilizace inkluzních tělísek. Nechromatografické metody - frakcionace, ultrafiltrace, diferenciální centrifugace, preparativní elektroforéza a izoelektrická fokusace. Chromatografické metody - gelová permeační, iontově výměnná, chromatofokusace, hydrofobní, afinitní, kovalentní. Metody stanovení celkového proteinu. Kritéria čistoty proteinu.
  • 8) Kinetika a energetika enzymové reakce. Interakce enzymu s ligandy. Experimentální stanovení kinetických parametrů ve stacionárním a prestacionárním stavu. Interpretace v rámci teorie aktivovaného komplexu. Kvantitativní vyjádření „dokonalosti“ enzymové katalýzy a selektivity enzymového působení.
  • 9) Inhibitory enzymů v praxi. Klasifikace inhibitorů, stanovení inhibičních konstant. Příklady inhibitorů a mechanismu jejich účinku: léčiva, herbicidy, pesticidy, toxiny.
  • 10) Bioenergetika. Chemiosmotický mechanismus konzervace energie. Principy organizace elektrontransportních řetězců u mitochondrií, chloroplastů a bakterií. Zapojení mitochondrií a chloroplastů do buněčného metabolismu.
  • 11) Mezibuněčná a vnitrobuněčná signalizace. Signály intrakrinní, autokrinní, juxtakrinní, parakrinní a endokrinní. Hormony (eikosanoidy, steroidy, deriváty aminokyselin). Receptory spojené s iontovými kanály, G-proteiny a tyrosinkinasou; intracelulární receptory. Druzí poslové a jejich funkce - cAMP, cGMP, inositoltrisfosfát, Ca2+, NO, diacylglycerol, fosfoinositidy. Příklady signálních drah.
  • 12) Integrace a regulace energetického metabolismu u člověka. Energetické zásoby. Zdroje ATP (ADP/adenylátkinasa, fosfokreatin/kreatinkinasa, anaerobní a aerobní metabolismus), působení hormonů, kontrolní místa regulace metabolismu sacharidů a lipidů, funkce AMP-dependentní proteinkinasy, orgánová specifita.
Literatura
    doporučená literatura
  • A. Lesk, Introduction to Genomics, Oxford University Press, ISBN 978-0198754831
  • H. Mirzaei, M. Carrasco, Modern Proteomics – Sample Preparation, Analysis and Practical Applications, Springer, ISBN 978-3319414461
  • VOET, Donald, Judith G. VOET a Charlotte W. PRATT. Principles of biochemistry. 4th ed. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons, 2013. xxxii, 107. ISBN 9781118092446. info
Výukové metody
Přednášky
Metody hodnocení
Písemný test
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2019, podzim 2020.
  • Statistika zápisu (nejnovější)
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2021/C6215