Úvod do biochemie a molekulární biologie

Biochemie je věda zabývající se studiem chemických vlastností a funkcí sloučenin, které tvoří těla organismů, a chemickými a fyzikálními ději, které v organismech probíhají. Vysvětluje, jak jsou v organismech tvořeny bílkoviny, sacharidy, lipidy a nukleové kyseliny, popisuje způsob, jak zelené rostliny mění energii slunečního záření na chemickou energii, která představuje primární zdroj výživy pro veškerý život na Zemi. Objasňuje, jak organismy využívají tuto energii obsaženou v živinách pro své fyziologické potřeby, jak regulují chemické reakce, které v nich probíhají, jaká je podstata jejich dědičnosti a příčiny nejrůznějších onemocnění.

Biochemický výzkum odkrývá chemickou a fyzikální jednotu všech organismů bez rozdílu, ukazuje, že podstata života a životního dění je chemická a fyzikální.

Jednou z nejobdivuhodnějších vlastností života na Zemi je jeho ohromující proměnlivost a přizpůsobivost. Biochemický výzkum dokazuje, že všechny organismy vzniklé v průběhu milionů let evoluce jsou na molekulární úrovni do značné míry příbuzné.

Ve snaze vysvětlit životní projevy na molekulární úrovni lze v současné době pozorovat masivní pronikání exaktních věd do biologie. Tyto vědy své úsilí zaměřují na využití (aplikaci) biochemických výzkumů v lékařství, zemědělství, biotechnologiích, farmacii, potravinářství, bioinformatice aj. Biochemický výzkum postupuje vpřed takovou rychlostí, že současný objev často vede během jediného roku ke vzniku nového vědního podoboru.

Studentům, kteří se rozhodnou pro studium biochemie, se naskýtají možnosti širokého profesního uplatnění.

Předkládaná publikace představuje v 15 kapitolách výukový program semináře. Je určena pro studenty posledních ročníků gymnázií, kteří zvládli základy obecné, anorganické a organické chemie, fyziky a biologie. Obsahuje též návody k provedení 6 praktických cvičení.     

1.  ORGANISMY JAKO ORGANIZOVANÉ SOUBORY BIOMOLEKUL

• 1.1  Živé a neživé objekty přírody
• 1.2  Hierarchie živé přírody
• 1.3  Svět buněk
• 1.4  Biochemie
• 1.5  Organismy jsou složeny z biomolekul
• 1.6  Bez nekovalentních vazeb by nemohl existovat život
• 1.7  Život vyžaduje organizaci 

2.  ENERGETIKA ŽIVÝCH SOUSTAV

• 2.1  První termodynamický zákon
• 2.2  Druhý termodynamický zákon
• 2.3  Měření entropie
• 2.4  Gibbsova volná energie
• 2.5  Rozdělení organismů podle druhu výživy (trofiky) a podle zdrojů energie
• 2.6  Rozdělení organismů podle potřeby kyslíku
• 2.7  Metabolické dráhy
• 2.8  Makroergické sloučeniny

 3.  BÍLKOVINY - MAKROMOLEKULÁRNÍ LÁTKY S NEJVŠESTRANNĚJŠÍMI FUNKCEMI

• 3.1  Funkce bílkovin
• 3.2  Proteinogenní aminokyseliny (kódované aminokyseliny)
• 3.3  Peptidy
• 3.4  Molekuly bílkovin a jejich struktura
• 3.5  Rozdělení bílkovin

4.  ENZYMY 

• 4.1  Obecná charakteristika enzymů
• 4.2  Rychlost enzymatických reakcí
• 4.3  Inhibice enzymatických reakcí
• 4.4  Aktivace enzymatických reakcí
• 4.5  Regulační mechanismy
• 4.6  Názvosloví a klasifikace enzymů
• 4.7  Buněčný odpad

5.  SACHARIDY

• 5.1  Obecná charakteristika sacharidů
• 5.2  Funkce sacharidů
• 5.3  Monosacharidy
• 5.4  Konfigurace a konformace monosacharidů
• 5.5  Chemické vlastnosti monosacharidů určují jejich funkční skupiny
• 5.6  Disacharidy
• 5.7  Polysacharidy

6.  LIPIDY 

• 6.1  Obecná charakteristika a funkce lipidů
• 6.2  Jednoduché lipidy
• 6.3  Složené lipidy
• 6.4  Lipidy a membrány
• 6.5  Příjem a výdej látek buňkou (membránový transport)
• 6.6  Lipoproteiny

7.  HETEROCYKLICKÉ SLOUČENINY 

• 7.1  Rozdělení heterocyklických sloučenin
• 7.2  Pětičetné heterocykly
• 7.3  Šestičetné heterocykly
• 7.4  Kondenzované heterocykly
• 7.5  Alkaloidy

8.  TERPENY 

• 8.1  Charakteristika a rozdělení terpenů
• 8.2  Přehled některých významných terpenů

9.  STEROIDY 

• 9.1  Charakteristika steroidů
• 9.2  Steroly
• 9.3  Žlučové kyseliny
• 9.4  Steroidní hormony 

10.  BIOCHEMICKÉ KOMUNIKACE - HORMONY A PŘENOS NERVOVÝCH SIGNÁLŮ

• 10.1  Funkce hormonů
• 10.2  Rozdělení hormonů
• 10.3  Hormonální řízení je založeno na zpětné vazbě
• 10.4  Endorfiny (opioidní peptidy)
• 10.5  Rostlinné hormony (fytohormony)
• 10.6  Hormony bezobratlých
• 10.7  Přenos nervového vzruchu

11.  FOTOSYNTÉZA 

• 11.1  Podstata fotosyntézy
• 11.2  Průběh fotosyntézy
• 11.3  Fotorespirace
• 11.4  Rostliny CAM

12.  METABOLISMUS ŽIVIN 

• 12.1  Metabolismus sacharidů
• 12.2  Katabolismus aminokyselin
• 12.3  Katabolismus lipidů
• 12.4  Biosyntéza mastných kyselin

13.  NUKLEOVÉ KYSELINY 

• 13.1  Složení a struktura nukleových kyselin
• 13.2  Replikace DNA
• 13.3  Ribonukleové kyseliny
• 13.4  Genetický kód
• 13.5  GEN (vloha)
• 13.6  Proteosyntéza
• 13.7  Regulace genové exprese
• 13.8  Centrální dogma molekulové genetiky

14.  MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE 

• 14.1  Rozvoj molekulární biologie
• 14.2  Základní postupy genového inženýrství

15.  VYUŽITÍ POSTUPŮ GENOVÉHO INŽENÝRSTVÍ V BIOTECHNOLOGII

• 15.1  Produkce bílkovin
• 15.2  Klonování genů a analýza DNA v zemědělství
• 15.3  Klonování genů a analýza DNA v lékařství
• 15.4  Klonování genů a analýza DNA ve forenzním lékařství a v archeogenetice

PRAKTICKÁ ČÁST

P1 - AMINOKYSELINY A BÍLKOVINY 

• 1.1  Důkaz aminokyselin ninhydrinovou reakcí
• 1.2  Důkaz bílkoviny biuretovou reakcí
• 1.3  Papírová chromatografie aminokyselin 

P2 - ENZYMY 

• 2.1  Zjištění optimálního pH slinné amylázy
• 2.2  Důkaz enzymů dehydrogenázy v kvasnicích

 P3 - REAKCE SACHARIDŮ 

• 3.1  Přítomnost sacharidů v roztoku
• 3.2  Thymolová reakce
• 3.3  Rozlišení mono- a disacharidů od polysacharidů
• 3.4  Důkaz redukujících cukrů
• 3.5  Příprava invertního cukru 

P4 - LIPIDY 

• 4.1  Důkaz cholesterolu v tucích (reakce Liebermann-Burchardova)
• 4.2  Důkaz cholesterolu ve vaječném žloutku 

P5 - FOTOSYNTÉZA 

• 5.1  Chromatografie asimilačních barviv, pozorování jejich fluorescence
• 5.2  Důkaz chlorofylu v červených listech
• 5.3  Příprava výluhu antokyanů a změna jejich zbarvení při různém pH  

P6 - NUKLEOVÉ KYSELINY - IZOLACE GENOMOVÉ DNA Z ROSTLIN 

• 6.1  Izolace genomové DNA z cibule kuchyňské
  
• 6.2  Izolace genomové DNA z banánu 

DOPORUČENÁ A POUŽITÁ LITERATURA

REJSTŘÍK