1. Pre absolvovanie predmetu je potrebná aktívna účasť na praktických cvičeniach s výstupom vo forme písomného protokolu. Študentovi môžu chýbať najviac 3 praktické cvičenia za semester, z toho jedno môže vynechať bez náhrady. V prípade neprítomnosti na ďalších dvoch cvičeniach je študent povinný vypracovať a odprezentovať seminárnu prácu z neabsolvovanej kapitoly.

2. Počas semestra sa píšu 2 písomné práce, ktoré je nutné absolvovať s minimálnym hodnotením E.

3. V úvode každého cvičenia sa píše krátka previerka, ktorých priemerná známka vylepšuje percentuálny zisk študenta.

Študent absolvovaním študijného predmetu Biochémia sa orientuje na metabolickej mape v rámci metabolizmu sacharidov, lipidov, steroidov, proteínov, aminokyselín a nukleových kyselín. Ovláda špecifiká metabolizmu na úrovni subcelulárnej, celulárnej a orgánovej v živočíšnom organizme, čím je pripravený pre porozumenie patologických procesov v nadväzujúcich študijných predmetoch, ako sú patobiochémia a klinická biochémia.

Enzymológia, kinetika enzýmových reakcií, princípy termodynamiky,

základné princípy regulácie metabolizmu (enzýmová regulácia, hormonálna regulácia),

metabolizmus sacharidov (glykolýza, pentózový cyklus, glukoneogenéza, glykogenolýza, glykogenéza),

Krebsov cyklus, dýchací reťazec, oxidačná fosforylácia,

metabolizmus lipidov (oxidácia mastných kyselín a ich syntéza), metabolizmus eikozanoidov,

metabolizmus cholesterolu (syntéza a jeho premeny),

metabolizmus bielkovín (proteolýza a proteosyntéza),

metabolizmus aminokyselín (transaminácia, deaminácia, dekarboxylácia),

močovinový cyklus,

metabolizmus porfyrínov (syntéza hemoglobínu a jeho degradácia),

metabolizmus purínov a pyrimidínov,

metabolizmus nukleových kyselín (replikácia DNA, transkripcia DNA),

orgánová biochémia:

trofika, kvalitatívne a kvantitatívne zložky potravy, vitamíny,

biochemická charakteristika trávenia (tráviace šťavy, hydrolýza živín),

vonkajšie a vnútorné prostredie organizmu, krv a jej funkcie, acidobázická rovnováha,

biochémia hepatocytu (v rámci metabolizmu cukrov, tukov, bielkovín, porfyrínov) a vzťah pečene k žlči, minerálnym a cudzorodým látkam,

biochémia pankreasu (exokrinná a endokrinná funkcia pankreasu),

funkčná biochémia obličiek (molekulové mechanizmy glomerulárnej filtrácie a tubulárnej rezorpcie),

biochémia svalu (molekulové mechanizmy kontrakcie a relaxácie),

biochémia nervového systému, prenos nervového vzruchu, neurotransmitery.

OSNOVA PREDNÁŠOK

1. Enzymológia. Úvod do štúdia biochémie, význam biochémie pre štúdium farmácie.

Enzýmy, enzýmová aktivita, reakčná a substrátová špecificita, triedy enzýmov.

Katalyzované a nekatalyzované reakcie.

Katalytická funkcia enzýmov a ich aktívne miesta, aktivačná energia.

Mechanizmus účinku enzýmov (príklad serínové proteázy).

Rovnica Michaelisa-Mentenovej, izosterické a allosterické enzýmy.

Kinetické konštanty Vmax, Km, kcat, C.

2. Inhibítory

Typy inhibícií (reverzibilné a irreverzibilné; kompetitívna, akompetitívna, nekompetitívna/alosterická).

Lokalizácia enzýmov v bunke (cytoplazmatické, membránovo-viazané, mitochondriálne).

Izoenzýmy a ich využitie v diagnostickej praxi. Laktátdehydrogenáza ako príklad.

Koenzýmy

Koenzýmy oxidačno-redukčných reakcií: NAD+, NADP+, FMN, FAD, ubichinón, kyselina askorbová, lipoamid, FeS centrá, hem.

Koenzýmy prenášajúce skupiny: nukleozidfosfáty, koenzým A, TPP,

PLP, biotín, THF, kobalamín.

Aktivované metabolity (UDPglukóza, CDPcholín, PAPS, SAM).

3. Regulačné mechanizmy metabolizmu

Intermediárny metabolizmus, metabolické (anabolické, katabolické) cesty.

Regulačné mechanizmy.

Allosterická regulácia.

Regulácia na úrovni transkripcie.

Hormonálna regulácia.

4. Bioenergetický metabolizmus

Opakovanie: energetika, entalpia, entropia.

Endergonické a exergonické reakcie, spriahnutosť reakcií.

ATP ako univerzálny prenášač energie (štruktúra, typy fosforylácií).

Dýchací reťazec jeho lokalizácia, enzýmové systémy. Elektrochemický gradient, protónmotívna sila.

Syntéza ATP (oxidatívna fosforylácia).

Fosforylácia na substrátovej úrovni.

5. Metabolizmus sacharidov

Glykolýza (reakcie, energetická bilancia, aeróbna a anaeróbna oxidácia glukózy).

Dehydrogenázy ketokyselín – pyruvátdehydrogenázová (PDH) reakcia.

Cyklus trikarboxylových kyselín (reakcie, funkcie, regulácia).

Glukoneogenéza.

Pentózová cesta degradácie glukózy.

6. Metabolizmus sacharidov

Metabolizmus glykogénu (glykogenéza, glykogenolýza).

Regulácia metabolizmu sacharidov.

Biosyntéza aromátov – šikimátová biosyntetická cesta.

7. Metabolizmus lipidov

Degradácia mastných kyselín (transport mastnej kyseliny, β-oxidácia).

Degradácia nenasýtených mastných kyselín a mastných kyselín s nepárnym počtom uhlíkov.

α-oxidácia, ω-oxidácia, degradácia nezvyčajne dlhých mastných kyselín.

Syntéza mastných kyselín.

Biosyntéza izoprenoidov rastlinného pôvodu (terpénov, karotenoidov).

Biosyntéza izoprenoidov živočíšneho pôvodu (cholesterolu, steroidných hormónov, žlčových kyselín a vitamínu D).

Syntéza a degradácia ketolátok.

Biosyntéza aromátov – polyketidová biosyntetická cesta.

8. Degradácia bielkovín

Proteolýza, proteolytické enzýmy, proteazómy.

Transaminácia, oxidačná deaminácia aminokyselín.

Močovinový cyklus.

Dekarboxylácia aminokyselín a vznik biogénnych amínov.

Biosyntéza neesenciálnych aminokyselín.

Biosyntéza alkaloidov.

9. Metabolizmus nukleotidov

Biosyntéza purínových nukleotidov.

Biosyntéza pyrimidínových nukleotidov.

Degradácia purínov.

Degradácia pyrimidínov.

Replikácia a transkripcia DNA

Replikóny.

Mechanizmus replikácie DNA v prokaryotických a eukaryotických bunkách.

Oprava syntézy DNA.

Princíp transkripcie DNA.

Promotory.

Terminácia syntézy DNA.

Posttranskripčná úprava eukaryotickej DNA.

10. Proteosyntéza – translácia

Aktivácia aminokyselín pred proteosyntézou.

Úprava tRNA.

Tri fázy proteosyntézy (iniciácia, elongácia, terminácia).

Syntéza bielkovín na ribozómoch v prokaryotických a eukaryotických bunkách.

Proteosyntéza in vitro.

Regulácia expresie génov.

Kotranslačné a posttranslačné modifikácie bielkovín

Sekrečné a cytoplazmatické bielkoviny.

Translokačné signály, glykozylácia, exocytóza.

Skladanie proteínov, šaperóny a šaperoníny.

11.Biochémia trávenia

Živiny, vitamíny, minerálne látky a stopové prvky.

Hydrolýza and rezorpcia zložiek potravy.

Tráviace šťavy.

Trávenie a rezorpcia.

Biochémia pečene.

Funkcie pečene.

Hepatálny metabolizmus: sacharidový, lipidový (žlčové kyseliny a žlčové soli), aminokyselinový a proteínový metabolizmus.

Biotransformácie, metabolizmus etanolu.

12. Biochémia krvi.

Krv: zloženie a funkcie.

Bielkoviny krvnej plazmy.

Syntéza a degradácia hemu.

Hemoglobín, transport plynov.

Metabolizmus železa.

Metabolizmus erytrocytov.

Biochémia svalu

Mechanizmus svalovej kontrakcie.

Regulácia svalovej kontrakcie.

Energetický metabolizmus v bielych a červených svalových vláknach, metabolizmus kreatínu.

Coriho a alanínový cyklus.

13. Biochémia obličiek a acidobázická rovnováha.

Funkcie obličiek.

Tvorba moča: ultrafiltrácia, rezorpcia, sekrécia, clearance.

Organické a anorganické zložky moča.

Funkcie v acidobázickej rovnováhe: exkrécia H+ a NH4+.

Recyklácia elektrolytov a vody: vápnikové, fosforečnanové a sodíkové ióny, voda.

Obličkové hormóny: kalcitriol, erytropoetín, renín-angiotenzínový systém.

Biochémia nervového systému

Transmisia signálu v CNS, synaptická signálna transmisia.

Kľudový a akčný potenciál.

Neurotransmitery: acetylcholín, biogénne amíny, peptidy, purínové deriváty, katecholamíny.

Receptory pre neurotransmitery (iónotropné, metabotropné), acetylcholínové

receptory (nikotínové, muskarínové).

OSNOVA PRAKTICKÝCH CVIČENÍ

1. Zásady bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci v biochemickom laboratóriu.

Organizácia výučby študijného predmetu Biochémia.

Kinetika enzýmových reakcií. Vplyv pH a teploty na rýchlosť enzýmovej reakcie.

a)Stanovenie pH optima pre trypsínom (EC 3.4.21.4) katalyzovanú hydrolýzu N-α-benzoyl-DL-arginyl-p-nitroanilidu (BAPA).

b)Vyšetrenie vplyvu teploty na rýchlosť trypsínom katalyzovanej hydrolýzy BAPA.

2. Kinetika enzýmových reakcií. Časový priebeh enzýmovej reakcie. Vplyv koncentrácie enzýmu a substrátu na rýchlosť reakcie.

a) Časový priebeh trypsínom katalyzovanej hydrolýzy BAPA.

b) Vplyv koncentrácie trypsínu na rýchlosť hydrolýzy BAPA.

c) Vplyv koncentrácie BAPA na rýchlosť trypsínom katalyzovanej hydrolýzy BAPA.

d) Stanovenie kinetických konštánt: Michaelisova konštanta KM, katalytická konštanta kcat a konštanta substrátovej špecificity C.

3. Aktivácia a inhibícia enzýmov.

a) Vplyv sójového inhibítora na rýchlosť trypsínom katalyzovanej hydrolýzy BAPA.

b) Vplyv trypsínového inhibítora z krvného séra na rýchlosť trypsínom katalyzovanej hydrolýzy BAPA.

c) Vplyv katiónov kovov na rýchlosť trypsínom katalyzovanej hydrolýzy BAPA.

4. Vitamíny ako štruktúrno-funkčný základ koenzýmov.

a) Oxidácia tiamínu na tiochrom.

b) Reverzibilný oxidačno-redukčný systém riboflavínu.

c) Redox systém kyseliny askorbovej.

Biologické oxidácie.

a) Dôkaz xantínoxidázy (EC 1.1.3.22).

b) Dôkaz katalázy (EC 1.11.1.6).

c) Dôkaz peroxidázy (EC 1.11.1.7).

d) Pseudoperoxidázová reakcia hemoglobínu.

5. Písomná práca: Enzymológia a bioenergetika.

Metabolizmus sacharidov. Reakcie sacharidov.

a) Benedigtova reakcia.

b) Tollensova reakcia.

c) Fehlingova skúška.

d) Barfoedova test.

e) Stanovenie koncentrácie glukózy v krvi zvierat.

6. Metabolizmus sacharidov. Jednotky enzýmovej aktivity a výpočet.

Laktátdehydrogenáza (LDH). Stanovenie izoenzýmov, využitie v diagnostickej praxi

f) Stanovenie enzýmovej aktivity laktátdehydrogenázy (LDH, EC 1.1.1.27) v krvnom sére zvierat.

g) Reakcie polysacharidov.

h) Stanovenie aktivity α-amylázy (AMS, EC 3.2.1.1) v krvnom sére, moči alebo slinách zvierat.

7. Metabolizmus lipidov

a) Stanovenie koncentrácie celkových lipidov v krvnom sére zvierat.

b) Stanovenie koncentrácie triacylglycerolov v krvnom sére zvierat.

c) Stanovenie koncentrácie cholesterolu v krvných sérach zvierat.

d) Dôkaz cholesterolu v masle, oleji, masti a vaječnom žĺtku.

8. Písomná práca: Metabolizmus sacharidov a lipidov

Reakcie aminokyselín.

a) Ninhydrínová reakcia.

b) Xantoproteínová reakcia na dôkaz aromatických aminokyselín.

c) Hopkins-Coleho reakcia na dôkaz tryptofánu.

d) Pettenkofferova reakcia na dôkaz tryptofánu.

e) Paulyho (Ehrlichova) reakcia.

f) Identifikácia tiolových skupín.

Reakcie bielkovín.

a) Stanovenie izoelektrického bodu albumínu.

b) Zrážanie bielkovín varom.

c) Zrážanie bielkovín organickými kyselinami.

d) Zrážanie bielkovín soľami ťažkých kovov.

e) Dôkaz bielkovín biuretovou reakciou.

f) Vysoľovanie bielkovín síranom amónnym.

9. Kvantitatívne stanovenie bielkovín.

a) Kvantitatívne stanovenie bielkovín podľa Bradfordovej.

b) Kvantitatívne stanovenie bielkovín podľa Lowryho (Folin-Ciocalteauova metóda).

Stanovenie bielkovín v krvnom sére (plazme) hospodárskych zvierat.

c) Stanovenie celkových bielkovín v krvnom sére zvierat biuretovou metódou.

d) Stanovenie koncentrácie albumínu v krvnom sére zvierat.

e) Elektroforetické delenie bielkovín krvnej plazmy.

f) Turbidimetrické stanovenie imunoglobulínov v krvnom sére.

g) Dialýza bielkovín.

10. Metabolizmus aminokyselín - transaminácia

a) Stanovenie aktivity aspartátaminotransferázy (AST, EC 2.6.1.1) v krvných sérach zvierat.

b) Stanovenie aktivity alanínaminotransferázy (ALT, EC 2.6.1.2) v krvných sérach zvierat.

11. Biochémia pečene

a) Stanovenie aktivity γ-glutamyltransferázy (GGT, EC 2.3.2.2) v krvných sérach zvierat.

Biochémia kosti

a) Stanovenie aktivity alkalickej fosfatázy (ALP, EC 3.1.3.1) v krvných sérach zvierat.

b) Stanovenie koncentrácie vápnika v krvných sérach zvierat.

12. Biochémia krvotvorby

a) Stanovenie koncentrácie hemoglobínu v krvi hovädzieho dobytka.

b) Stanovenie koncentrácie bilirubínu v krvnom sére zvierat.

c) Stanovenie koncentrácie železa v krvnom sére zvierat.

Biochémia svalovej kontrakcie

a) Stanovenie enzýmovej aktivity kreatínkinázy (CK, EC 2.7.3.2.) v krvných sérach zvierat.

13. Biochémia obličiek.

a)Stanovenie koncentrácie močoviny v krvnom sére zvierat.

b)Stanovenie koncentrácie kreatinínu v krvnom sére zvierat.

Imunochromatografické metódy.

Stanovenie ľudského choriogonadotropínu (hCG) v moči (tehotenský test, baby test).

Udeľovanie zápočtov.

Jindra A., Kovács P., Pšenák M., Šipal Z.: Biochémia, Osveta, 1985.

Škárka B., Ferenčík M.: Biochémia, SNTL, Praha, 1987.

Němečková A. a kol.: Lékařská chemie a biochemie, Avicenum Osveta, 1990.

Schenck M., Kolb E.: Základy fyziologickej chémie, Príroda Bratislava, 1990.

Blahovec J., Šlesárová L.: Enzýmy a klinická enzymológia, Zenit Press, Košice, 1991.

Adam J., Ledvina M., Suržin J.: Biochémia pre medikov (1), Košice a Hradec Králové, 1998.

Adam J., Ledvina M., Suržin J.: Biochémia pre medikov (2), Košice a Hradec Králové, 2000.

Ferenčík M., Škárka B., Novák M., Turecký L.: Biochémia, Slovak Academic Press s.r.o., Bratislava 2000.

Suržin J. a Ledvina M.: Lekárska biochémia, Michal Vaško, Prešov 2002.

Dobrota D. a kol.: Lekárska biochémia, Osveta Martin, 2012.

Kostecká Z. a kol.: Návody na praktické cvičenia z biochémie pre študijný program farmácia, UVLF v Košiciach, 2013.

Harvey, R.A., Ferrier, D.R.: Lippincott´s Illustrated Reviews: Biochemistry. 5th Edition. Baltimore, Lippincott Wiliams and Wilkins, 2011, 521pp.

Koolman, J., Roehm, K. H.: Color Atlas of Biochemistry. 2nd Edition. Stuttgart; New York : Georg Thieme Verlag, 2005. 476 pp.

Nelson, D. L., Cox, M. M.: Lehninger Principles of Biochemistry. 4th Edition. New York : W. H. Freeman and Company, 2005. 1119 pp.

Stryer, L.: Biochemistry. 3rd Edition. New York : W. H. Freeman and Company, 1988, 1089 pp.

Obsahová prerekvizita:

Všeobecná a anorganická chémia, fyzikálna chémia, biológia, biofyzika, organická chémia I, organická chémia II

Priebežné hodnotenie:

priebežný test (na praktickom cvičení z aktuálne odučenej látky), riešenie zadaných úloh (formou protokolov z vykonanej praktickej práce na laboratórnych cvičeniach),

dve zápočtové písomné práce z odprednášanej látky

Podmienky na absolvovanie predmetu:

1. Pre absolvovanie predmetu je potrebná aktívna účasť na praktických cvičeniach s výstupom vo forme písomného protokolu. Študentovi môžu chýbať najviac 3 praktické cvičenia za semester, z toho jedno môže vynechať bez náhrady. V prípade neprítomnosti na ďalších dvoch cvičeniach je študent povinný vypracovať a odprezentovať seminárnu prácu z neabsolvovanej kapitoly.

2. Počas semestra sa píšu 2 písomné práce, ktoré je nutné absolvovať s minimálnym hodnotením E.

3. V úvode každého cvičenia sa píše krátka previerka, ktorých priemerná známka vylepšuje percentuálny zisk študenta.

Záverečné hodnotenie:

zápočet, skúška (písomná a ústna)

Podmienkou na prihlásenie sa na skúšku je úspešné absolvovanie skúšky z organickej chémie.