KATEDRA BUNKOVEJ A MOLEKULÁRNEJ BIOLÓGIE LIEČIV

Transcript

1 KATEDRA BUNKOVEJ A MOLEKULÁRNEJ BIOLÓGIE LIEČIV Predmet: BIOCHÉMIA, rok 2016/2017 Forma výučby: prednášky, semináre, cvičenia Ročník: 2. Celkový počet hodín: 98, LS Rozsah hodín v týždni: prednášky 3 semináre - 1 cvičenia - 3 Predmet končí: skúškou Kredity: 8 Prednášajúci: Doc.RNDr.I.Pauliková, CSc. RNDr.František Bilka, PhD. PharmDr. Renáta Kollárová, PhD. Program prednášok: 1. Biochémia význam pre farmáciu. Voda, štruktúra, význam v interakcii biomolekúl, slabé medzimolekulové interakcie. Bielkoviny a ich biologické vlastnosti: primárna štruktúra, aminokyseliny, peptidová väzba a jej základné črty, úroveň štrukturalizácie polypeptidového reťazca. Vyššie štruktúry proteínov, dynamické a biologické vlastnosti terciárnej, kvartérnej a vyšších štruktúr kooperatívny princíp. 2. Enzýmy: katalytická schopnosť termodynamický aspekt: mechanizmus: aktívne centrum, špecifita, komplex enzým-substrát, K M, V MAX, inhibícia, aktivácia, efekt ph, teploty, allosterické enzýmy a ich význam v regulácii, zymogény, vnútromolekulové procesy v enzýmovej katalýze. Koenzýmy: rozdelenie, vitamíny ako súčasť koenzýmov, biologický význam a mechanizmus účinku. 3. Biomembrány: chemické zloženie, štruktúra a vlastnosti fosfolipidov, lipidová dvojvrstva, bielkoviny biomembrán, ich rozdelenie a účasť v transmembránových procesoch. Metabolizmus: katabolizmus a anabolizmus ich spriahnutosť, termodynamický aspekt, energetický aspekt, biologické oxidácie. Dýchací reťazec a jeho komponenty vnútorná mitochondriálna membrána, protónový gradient, F 0 F 1 ATPázový komplex oxidačná fosforylácia, inhibítory respirácie a odpojovače. Tvorba ATP na substrátovej úrovni a jej význam, iné typy makroergických zlúčenín a ich energetické postavenie. 4. Citrátový (Krebsov) cyklus a jeho význam v terminálnej fáze metabolizmu živín: Definícia a jeho význam, NAD/NADH a acetyl-coa ako univerzálne komponenty metabolizmu, donory acetyl-koenzýmu A, tvorba NADH na úrovni dehydrogenáz a spriahnutosť s tvorbou ATP. Anaplerotický a iné významy citrátového cyklu. 5. Metabolizmus sacharidov: biologicky dôležité pentózy, hexózy, základné disacharidy, škrob, glykogén, základné katabolické a anabolické procesy cukrov a ich vzájomné prepojenia. Glykolýza základný katabolický sled reakcií katalyzovaný solubilným multienzýmovým systémom. Glykolýza za aeróbnych podmienok a význam pyruvát dehydrogenázového komplexu (PDK). Glykolýza za anaeróbnych podmienok: mliečne kvasenie: premena pyruvátu na laktát a význam LHD, alkoholové kvasenie: tvorba etanolu. Redukčné reakcie v katabolizme a cyklizácia NAD/NADH. Energetika a regulácia glykolýzy. 6. Glukoneogenéza základný anabolický proces tvorby glukózy de novo z necukorných prekurzorov. Spolupráca cytozolu a mitochondrií v transportných transmembránových procesoch. Regulačné aspekty zvratu glykolýzy na glukonoegenézu.. Fosfopentózový cyklus: dve fázy a ich definícia a význam: tvorba NADPH, tvorba pentóz z hexóz a opačne. Enzýmy cyklu a ich regulácia. Energetika a bilancia. 7. Metabolizmus lipidov: Definícia a význam lipidového prostredia a jeho zložiek v bunke: mastné kyseliny, triacylglyceroly, fosfolipidy, sfingolipidy, gangliozidy, cerebrozidy, steroidy. Rozdelenie lipidov: Jednoduché lipidy a ich zložky, zložené lipidy a ich komponenty. Katabolizmus a anabolizmus jednoduchých lipidov: lipázy, ich rozdelenie a význam v katabolizme triacylglycerolov. Mastné kyseliny, ich aktivácia a transport do mitochondrie, význam karnitínu

2 a acylkarnitíntransferáz I a II, beta-oxidácia a jej fázy, utilizácia acetyl koenzýmu A v bunke. Energetika a regulácia. Zdroj a význam acetyl koenzýmu A, ako základného substrátu anabolizmu lipidov. Syntéza mastných kyselín (MK): Multifunkčný transportný trikarboxylátový systém a jeho význam, ATP-citrátlyáza, acetyl CoA karboxyláza ako významý regulačný enzým, syntetáza mastných kyselín a jej kooperujúce enzýmy v procese usmerneného toku metabolitu, regulácia. Nenasýtené mastné kyseliny ako esenciálny zdroj syntézy kyseliny arachidónovej, desaturácia, elongácia. Oxidácia nenasýtených MK a MK s nepárnym počtom uhlíkov, metabolizmus propionyl koenzýmu A, energetika, regulácia. Zložené lipidy: Fosfolipidy, sfingolipidy, cerebrozidy a gangliozidy: štruktúra, metabolizmus a význam. Fosfolipázy ich delenie, tvorba signálnych molekúl a ich význam v regulácii. 8. Proteolýza a metabolizmus aminokyselín, tvorba urey: Proteázy - rozdelenie, ubiqitinácia a proteázom. Metabolický osud amoniaku a uhlíkovej kostry aminokyselín, C3 spoločenstvo (Ala, Cys, Ser), C4 - spoločenstvo (aspartát, asparagín), C5 - spoločenstvo (glutamín ako centrálny intermediát). Sukcinyl-CoA, spoločenstvo aromatických aminokyselín, tvorba amoniaku a jeho detoxikácia, dusíková bilancia. 9. Biochémia hormónov: Definícia, rozdelenie a význam v regulácii biochemických procesov. Peptidové a proteínové hormóny. Tvorba, premena a mechanizmus účinku, signálne molekuly, receptorová teória. Kortikoidné štruktúry hormónov: Tvorba, premena a mechanizmus účinku, signálne molekuly, receptorová teória. Iné štruktúry: adrenalín a jeho mechanizmus v regulácii metabolických dráh Chemická signalizácia: endokrinná, parakrinná a synaptická Význam hormónov vo farmácii 10. Tvorba stavebných jednotiek nukleových kyselín, tvorba purínových a pyrimidínových báz de novo a ich spriahnutosť, tvorba deoxyribonukleotidov, záchranné reakcie purínov a pyrimidínov, Lesh-Nyhanov syndróm. DNA, RNA: zloženie väzby a stabilita, duplex Watson Crick, rozdelenie, biologický význam, centrálna dogma: DNA-RNA-bielkovina (replikácia, transkripcia, translácia, postsyntetická modifikácia, genetický kód. Tymidylátsyntáza - cieľový význam v nádorovej terapii, antimetabolity a štrukturálne analógy. Informačný tok v bunke - základné aspekty replikácie a reparácie, transkripcie a translácie, expresie génu a jej regulácia indukcia, represia. 11. Metabolizmus glykogénu definícia a biochemický význam živočíšneho polysacharidu. Katabolizmus glykogénu, kaskádový princíp aktivácie glykogénfosforylázy, rozvetvovacie enzýmy, význam 1,6 fosfatáz. Anabolizmus glykogénu, glykogénsyntáza - jej regulácia. Metabolické vzťahy: medziorgánová kooperácia v rôznych metabolických stavoch organizmu: Integrujúci pohľad na metabolizmus - Coriho a alanínový cyklus (pečeň erytrocyty, pečeň sval), syntéza keto látok - pečeň. Dominantné metabolické procesy v rôznych stavoch organizmu základné metabolické vzťahy v stave dostatočnej dostupnosti živín cukrov, tukov a bielkovín, saturovanosť a nedostupnosť živín (hladovanie), prechod zo saturovaného stavu na hladovanie a naopak, kľúčové enzýmy a substráty regulačné prvky - hladina dostupnosti živín spätnoväzbová kontrola, alostéria, kovalentná modifikácia, hormonálna regulácia a kontrola hladiny enzýmov - indukcia a represia. 12. Fotosyntéza - svetlá a tmavá fáza, fotosyntetické pigmenty, fotosystémy, tylakoidná membrána a distribúcia fotosystémov, cytochróm bf a syntéza ATP. Necyklický a cyklický tok elektrónov, fotolýza vody, protónový gradient. Fixácia CO 2 fotosyntetický uhlík - redukujúci cyklus, Rubis-CO, tvorba glukózy, sacharózy a škrobu, tvorba zásobného škrobu.

3 13. Fixácia dusíka - Kolobeh dusíka v prírode, dve cesty získavania dusíka - asimilácia dusíka a symbiotická fixácia dusíka. Enzymológie asimilácie dusíka - nitrát- a nitritreduktáza, Interakcie medzi asimiláciou dusíka a metabolizmom uhlíka v rastline. Enzymológia fixácie dusíka - dinitrogenázareduktáza. Transport amoniaku a asimilácia amoniaku. Enzýmy v tvorbe sekundárnych metabolitov rastlín, šikimátová cesta, fenylpropanoidy a flavonoidy.

4 Biochemické substráty a ich vlastnosti: Náplň a Program cvičení: 1. Aminokyseliny (AMK) Dôkaz aminokyselín: skupinové reakcie aminokyselín (ninhydrínová, biuretova, xantoproteínová, Sakaguchiho, Adamkiewiczova a reakcia na AMK obsahujúce síru), chromatografická tenkovrstevná analýza AMK - vlastnosti AMK : polarita, hydrofilita a lipofilita - význam Dôkaz glutatiónu v pečeni - význam Stanovenie väzby liečiva na bielkovinu in vitro - význam. 2. Bielkoviny Zrážacie reakcie bielkovín síranom amónnym Metódy stanovenia bielkovín (stanovenie bielkovín Lowryho metódou, stanovenie bielkovín biuretovou reakciou), stanovenie izoelektrického bodu bielkovín. 3. Sacharidy Všeobecné reakcie na prítomnosť sacharidov: alfa-naftolova reakcia, Molischova a nitrochrómová reakcia Dôkaz redukujúcich a neredukujúcich sacharidov ( Fehlingova r., Benediktova r.) Rozlíšenie mono- a disacharidov ( Barfoedova r.) Rozlíšenie aldóz a ketóz ( Selivanova r., Tollensova r.) Stanovenie pentóz Bialova reakcia Kvalitatívny dôkaz polysacharidov a ich vlastnosti Identifikácia neznámej vzorky. 4. Lipidy Stanovenie chemických konštánt (číslo kyslosti,stupeň kyslosti, esterové číslo, číslo zmydelnenia, peroxidové číslo) Chromatografia lipidov pečene na tenkej vrstve, vlastnosti lipidov Stanovenie celkového cholesterolu. Enzymológia: aktivita, substrátová špecifita a kinetika enzýmových reakcií 5. Izolácia a purifikácia a aktivita enzýmov: Spôsoby izolácie, purifikácie, uchovávania enzýmov a podmienky práce s nimi Stanovenie aktivity tyrozinázy Stanovenie aktivity sukcinátdehydrogenázy a jej inhibície s malonátom Stanovenie aktivity laktátdehydrogenázy. 6. Stanovenie aktivity a kinetických parametrov enzýmov: v/t a v/s krivky Stanovenie aktivity a kinetických parametrov K M a V max ß-glykozidázy podľa Mentenovej a Lineweavera a Burka - v/s krivka Časová závislosť ß-glykozidázy - v/t krivka. 7. Substrátová špecifita enzýmov Stanovenie aktivity lipázy Stanovenie aktivity ß-glykozidázy Stanovenie aktivity esterázy 8. Stanovenie aktivity klinicko-biochemicky významných enzýmov Stanovenie aktivity γ-glutamyltransferázy. Stanovenie aktivity kyslej fosfatázy. Stanovenie aktivity α-amylázy. Stanovenie aktivity aminotransferáz. Stanovenie aktivity izoenzýmov laktátdehydrogenázy. 5. a 9. týždeň kontrolné testy

5 Okruhy otázok z BIOCHÉMIE a RASTLINNEJ BIOCHÉMIE 2. ročník magisterské štúdium akad. rok 2016/ Štruktúra vody a slabé medzimolekulové interakcie v biologickom systéme 2. Aminokyseliny kritériá ich rozdelenia, peptidová väzba 3. Štrukturalizácia proteínového vlákna primárna a sekundárna štruktúra 4. Terciálna a kvartérna štruktúra globulárnych bielkovín, sily udržujúce a uplatňujúce sa v týchto štruktúrach 5. Enzýmová katalýza, aktivačná energia, zmena voľnej energie, vnútromolekulové procesy 6. Enzým substrátový komplex väzobné miesto, Km, Vmax. 7. Typy inhibície enzýmovej reakcie 8. Klasifikácia enzýmov princíp; pyruvátdehydrogenázový komplex zloženie, mechanizmus účinku, regulácia 9. Koenzýmy chemické štruktúry, rozdelenie a mechanizmus účinku 10. Biochemický význam vitamínov B-komplexu, mechanizmus účinku tetrahydrolistovej kyseliny 11. Vitamíny A, D, E, K 12. Koenzým A: zloženie a biochemický význam 13. Biomembrány: komponenty, ich vlastnosti, fluidita 14. Centrálna dogma: tok informácie v biologickom systéme 15. Replikácia, transkripcia, reverzná transkripcia, translácia 16. Ribozómy, genetický kód, interakcia kodón-antikodón 17. Spriahnutosť oxidácie živín a konzervovania energie 18. ATP štruktúra, vlastnosti, makroergické zlúčeniny, princíp 19. Respiračný reťazec vnútorná mitochondriálna membrána 20. Protónový gradient a oxidačná fosforylácia 21. Inhibítory respirácie a odpojovače respirácie od fosforylácie 22. Citrátový cyklus, energetický aspekt, regulácia 23. Glykolýza, energetický aspekt, regulácia 24. Alkoholové a mliečne kvasenie 25. Glukoneogenéza regulácia, inzulín, glukagón 26. Pentózový cyklus generovanie NADPH 2, pentóz a erytrózo-4-p 27. Glyoxylátový cyklus 28. Glykogén, škrob, celulózy vlastnosti, tvorba a význam 29. Glykogenolýza camp a fosforylačná kaskáda, inzulín, glukagón 30. Lipidy a mastné kyseliny, špecifické vlastnosti, rozdelenie 31. Neutrálne lipidy tvorba a degradácia, hormón-senzitívna lipáza 32. Beta oxidácia mastných kyselín, regulácia 33. Tvorba mastných kyselín, regulácia, syntetáza mastných kyselín 34. Propionyl-KoA, katabolizmus 35. Ketolátky tvorba a metabolizmus 36. Fosfolipidy rozdelenie a tvorba, fosfolipázy, fosfolipáza C 37. Tvorba nenasýtených mastných kyselín, predlžovanie C-reťazca mastných kyslín, kyselina arachidónová 39. Multienzýmové komplexy solubilný, supramolekuly štruktúra 5, 6 a 7 poriadku a ich biologické vlastnosti 40. Metabolizmus aminokyselín: mechanizmus transaminácie, oxidačná deaminácia glutamátu 41. Katabolizmus C-reťazca aminokyselín všeobecný pohľad 42. Detoxikácia amoniaku 43. Chemická signalizácia: endokrinná, parakrinná a synaptická 44. Hormóny - signálne molekuly, receptorová teória, mechanizmus účinku adrenalínu 45. Steroidné hormóny 46. Bielkovinové a peptidové hormóny, limitovaná proteolýza 48. Anabolické a katabolické enzýmové dráhy purínových a pyrimidínových báz. Tvorba kyseliny močovej. Regulačné aspekty 49. Proteolytické enzýmy, rozdelenie, zymogénne formy, limitovaná proteolýza 51. Integrujúci pohľad na metabolizmus - Coriho a alanínový cyklus (pečeň erytrocyty, pečeň sval).

6 - Pečeň, erytrocyty, sval, mozog a črevo - základné metabolické vzťahy v stave dostatočnej dostupnosti živín cukrov, tukov a bielkovín. - Metabolické vzťahy medzi uvedenými orgánmi pri prechode na hladovanie. - Metabolické vzťahy medzi uvedenými orgánmi v stave prechodu z hladovania na dostatočnú dostupnosť živín. - Alosterická regulácia v stave hladovania. - Kovalentná regulácia fosforyláciou v stave dostupnosti živín. - Kovalentná regulácia fosforyláciou v stave hladovania. - Indukcia enzýmov základných metabolických dráh v stave dostupnosti živín. - Indukcia enzýmov metabolických dráh v stave nedostatku živín. Okruhy otázok z praktických cvičení 1. Všeobecné reakcie na stanovenie aminokyselín, peptidov a proteínov 2. Špecifické reakcie na dôkaz aminokyselín princíp 3. Všeobecné reakcie na prítomnosť sacharidov a principiálne reakcie na rozlíšenie mono-, di- a polysacharidov 3. Lipáza a esteráza spôsob hodnotenia ich aktivity, vplyv solí žlčových kyselín 4. Enzýmy- základné krivky: závislosť aktivity enzýmu od teploty 5. v/t krivka enzýmovej reakcie, spôsob hodnotenia tejto závislosti, vysvetlenie priebehu krivky 6. v/e krivka enzýmovej reakcie, spôsob hodnotenia tejto závislosti, vysvetlenie priebehu krivky 7. v/s krivka enzýmovej reakcie, spôsob hodnotenia tejto závislosti, vysvetlenie priebehu krivky 8. Km konštanta, spôsob merania a stanovenia tejto konštanty 9. Sukcinátdehydrogenáza, princíp hodnotenie aktivity enzýmu a jej inhibície-vplyv malonátu a kyanidu- rozlíšenie princípu akceptácie protónov a elektrónov za in vitro a in vivo podmienok 10. Tyrozináza stanovenie Km, využitie Sephadexov pri purifikácii bielkovín a enzýmov 11. Frakcionácia bielkovín síranom amónnym, princíp a využitie 12. Dôkaz interakcie liečivo-bielkovina Okruhy otázok z predmetu Biochémia, časť - Rastlinná biochémia 1. Fotosyntéza, svetlá a tmavá fáza, fotosyntetické pigmenty, fotosystém, cyklický a necyklický tok elektrónov, fotolýza vody, protónový gradient. 2. Chloroplasty štruktúra, význam pri fixácii svetelnej energie, fixácii oxidu uhličitého, fotolýze vody a tvorby ATP a NADPH. Štruktúrna organizácia chloroplastov, stromálnej a granálnej lamely, význam komplexu cytochrómu bf, lokalizácia chloroplastovej F 0 F 1 - ATP-ázy. 3. Chemizmus fixácie CO 2, Rubis-CO, tvorba glukózy, sacharózy a škrobu, transport C 3 jednotky z chloroplastov do cytozolu a tvorby sacharózy. 4. Špecifické organely rastlinnej bunky - glyoxyzómy, peroxizómy, vakuoly. Význam glyoxyzómov pri klíčení olejnín, degradácia zásobných lipidov semien, beta-oxidácia a glyoxylátový cyklus, vzťah glyoxyzómov a peroxizómov, význam vakuol.