Molekulární biologie (FSI-TBI)

Akademický rok 2023/2024
Garant: doc. RNDr. Miroslav Fojta, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Seznámit studenty se základy molekulární biologie, zejména s vlastnosti nukleových kyselin a bílkovin. Důraz bude kladen na fyzikálně-chemické vlastnosti biopolymerů a využití těchto vlastností v oblasti bioanalytických aplikací biosenzorů a nanotechnologií.
Výstupy studia a kompetence:
Studentovi se usnadní orientace při výběru diplomového úkolu a navíc získá přehled v oblasti molekulární biologie a v mezioborové problematice na pomezí molekulární biologie, fyzikální a analytické chemie, biofyziky, nanověd a biomedicínckých aplikací.
Prerekvizity:
Základy fyziky, anorganické, organické a fyzikální chemie, biochemie a obecné biologie.
Obsah předmětu (anotace):
Základní pojmy molekulární biologie. Chemické vlastnosti, struktura a interakce nukleových kyselin a bílkovin. Metody studia biomakromolekul, genomika, proteomika, molekulární diagnostika. Biosenzory, aplikace nanotechnologií ve studiu biomakromolekul.


Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
Hodnocení studenta bude zohledňovat jeho práci ve cvičení a výsledky diskuze nad zadanými tématy při zkoušce (k přípravě povoleny poznámky z přednášek).
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Přítomnost na cvičení je povinná a je sledována vyučujícím. Způsob nahrazení zmeškané výuky ve cvičení bude stanovena vyučujícím na základě rozsahu a obsahu zmeškané výuky.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  3 × 2 hod. povinná                  
    Cvičení  10 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Vymezení předmětu molekulární biologie. Od atomů a molekul k živým buňkám. Nukleové kyseliny, bílkoviny, lipidy, polysacharidy. Chemická podstata biomakromolekul, základní typy interakcí. Organizované struktury, membrány, organely, prokaryotické a eukaryotické buňky. (0-6 vyuč. hodin)

Struktura a interakce nukleových kyselin. Dvoušroubovice DNA. Levotočivá DNA, vlásenky, křížové formy, triplexy, kvadruplexy. Superhelicita DNA. Replikace, transkripce, rekombinace. Chemická reaktivita nukleových kyselin, nekovalentní interakce. Poškození a oprava DNA, mutageneze. Enzymy katalyzující přeměny nukleových kyselin. RNA a jejich biologické funkce. (7-20 vyuč. hodin)

Metody studia nukleových kyselin. Optické metody, elektroforéza, Southernův a northernový přenos, sekvenování DNA, hybridizace DNA, PCR, enzymové a chemické strukturní sondy, footprinting. Rekombinantní DNA. Syntetické analogy nukleových kyselin, značení DNA. Biosenzory, genové čipy, genomika. Elektrochemie nukleových kyselin, interakce s elektricky nabitými povrchy. Aptamery. Nanotechnologie v analýze nukleových kyselin, koncept "laboratoře na čipu". (21-28 vyuč. hodin)

Bílkoviny. Aminokyseliny, primární, sekundární, terciární a kvartérní struktura bílkovin. Složené bílkoviny. Genetický kód a proteosyntéza. Denaturace a agregace bílkovin. Stavební, regulační a katalytické funkce bílkovin. Proteinové inženýrství. Interakce bílkovin s nukleovými kyselinami. (29-34 vyuč. hodin)

Metody studia bílkovin. Optické metody, elektroforetické metody, westernový přenos, imunochemické metody. Chemické sondy, sekvenování proteinů. Proteomika, 2D elektroforéza, hmotnostní spektrometrie. Proteinové čipy, imunosenzory, enzymové senzory. Elektrochemie proteinů; složené proteiny obsahující reverzibilní redox centra a nekonjugované bílkoviny, katalytické vylučování vodíku na rtuťových a amalgamových elektrodách. Nanotechnologie v analýze bílkovin. (35-39 vyuč. hodin)
    Laboratorní cvičení Součástí cvičení budou praktické ukázky metod analýzy nukleových kyselin, bílkovin a jejich komplexů v laboratořích Biofyzikálního ústavu AVČR, v.v.i.
    Cvičení Diskuse nad odpřednášenými tématy, procvičování, řešení a jednoduchých úloh/příkladů.
Literatura - základní:
1. ROSYPAL S. Úvod do molekulární biologie
2. LODISH H. et al.: Molecular Cell Biology (Freeman and Co., 2003)
3. BLACKBURN GM and GAIT MJ.: Nucleic Acids in Chemistry and Biology (Oxford University Press 1996 - second edition)
Literatura - doporučená:
4. NEČAS, O. a kol.: Obecná biologie, H & H, Praha, 2000.
5. ALBERTS, B. a kol: Základy buněčné biologie. Espero Publishing, Ústí nad Labem, 2001.
6. WATSON J.D.a kol: Rekombinantní DNA, Academia Praha, 1988
7. PALEČEK, E et al. (ed.): Electrochemistry of nucleic acids and proteins. Towards electrochemical sensors for genomics and proteomics, Elsevier 2005
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 5 Povinně volitelný 1 3 Z