Ohlédnutí za 14. ročníkem ViBuChu

Živé organismy produkují řadu polymerních látek, z nichž nejvýznamnější jsou nukleové kyseliny, proteiny a polysacharidy. Tyto biopolymery se skládají z monomerních jednotek (nukleotidů, aminokyselin, monosacharidů) vzájemně spojených kovalentními vazbami. Ke stanovení jejich pořadí neboli sekvence existují různé postupy založené na štěpení dlouhého řetězce biopolymeru na menší fragmenty. Úloha B1 to ilustrovala na modelovém příkladu analýzy peptidu, která zahrnovala určení koncové aminokyseliny pomocí Sangerova činidla a rekonstrukci úplné aminokyselinové sekvence ze zjištěného aminokyselinového složení hydrolytických štěpů. Variabilitu biomolekul názorně ukázal kombinatorický výpočet počtu peptidů se stejnými aminokyselinami, ale rozdílnými sekvencemi.

Stanovení koncentrace glukosy v krvi (glykemie) je základním vyšetřením, které lékařům umožňuje odhalit patologické stavy, zejména diabetes a jeho předstupeň prediabetes, a následně sledovat průběh léčby. Zavedením osobních glukometrů se stanovení glykemie stalo obecně dostupným pro laickou veřejnost. Glukometry využívají elektrochemické monitorování rychlosti enzymově katalyzované oxidace glukosy ve vzorku krve. Při vyšší koncentrací glukosy se tato rychlost zvyšuje. Účast enzymu je spojena se zajímavým jevem. Lze ukázat, že u čerstvě připraveného roztoku glukosy očekávanou hodnotu koncentrace nenaměříme hned, ale až po uplynutí určité doby. Řešitelé úlohy B2 měli identifikovat proces, který probíhá v roztoku glukosy po jejím rozpuštění. Měli také vypočítat, za jak dlouho se při bazálním metabolismu spotřebuje látkové množství glukosy přítomné v krvi a vysvětlit, proč glykemie u člověka ve skutečnosti významně neklesá ani při hladovění.

Chemie zná reakce, při kterých se z roztoků solí vylučují kovové prvky ve formě souvislých povlaků. V praxi se jich využívá při chemické depozici vrstev niklu, stříbra, zlata nebo mědi na různé předměty. Stříbrné zrcátko vzniká na stěně zkumavky při Tollensově reakci, která slouží ke kvalitativnímu průkazu přítomnosti aldehydu. A právě takový proces demonstroval v úloze B3 alchymista svému pánovi jako důkaz „transmutace“ neušlechtilých látek v drahý kov. Při svém popisu ovšem používal termínů na úrovni tehdejšího stavu poznání. Úkolem řešitelů bylo převést jeho komentář do současné chemické terminologie a vyjádřit probíhající reakce chemickými rovnicemi.

Jedovaté látky působí poruchy funkce organismů zpravidla tím, že ovlivní činnost buněčných enzymů nebo membránových receptorů. Jejich studium má pro biochemii velký význam. Použití specifických inhibitorů v mnoha případech významně přispělo k objasnění mechanismů metabolických reakcí a fungování metabolických drah. Zadání úlohy B4 vycházelo z reálné publikované studie otravy kyanidem u zvířecího modelu. Z nalezených hodnot koncentrací klíčových metabolitů ve srovnání s kontrolou bylo měli řešitelé lokalizovat místo zásahu inhibitoru v buněčném metabolismu. Úloha obsahovala i doplňkové chemické výpočty (srovnání toxicity kyanidu sodného a draselného, počet hořkých mandlí postačující ke smrtelné otravě) a požadovala se v ní identifikace produktů detoxikační reakce kyanidu s thiosíranem.

Biochemické úlohy řešilo celkem 18 studentů. Podle bodového ohodnocení prvních 5 míst obsadili Václav Semerák (74%), Jana Chaloupková (71%), Lilian Žiaková (62%), Julia Hodálová (60%) a Klaudia Hodálová (54%).

Pro letní soustředění řešitelů (5. až 9.8.2024) bylo připraveno laboratorní cvičení tematicky bezprostředně navazující na úlohu B2. Studenti už z dřívějška věděli, že glukosa vytváří dvě cyklické anomerní formy, α a β, lišící se konfigurací na uhlíku C1. Bylo jim také známo, že pevná glukosa je anomer α a že po rozpuštění ve vodě se postupně ustavuje rovnováha mezi oběma formami. Mohli se proto zaměřit na kvantitativní charakterizaci procesu anomerace, která spočívala v experimentálním stanovení rychlostních konstant pro přeměny α → β a β → α. Protože oba anomery se liší svou optickou aktivitou, tj. schopností stáčet rovinu polarizovaného světla, bylo možné průběh anomerace sledovat pomocí polarimetru (typický výsledek měření). Teoretický rozbor ukázal, že analýzou závislosti úhlu stočení na čase se získá hodnota součtu obou rychlostních konstant, zatímco složení reakční směsi po dosažení rovnováhy poskytuje informaci o hodnotě jejich podílu, rovnému rovnovážné konstantě anomerace. Analýza experimentálních dat byla provedena v Excelu nelineární regresí nástrojem Řešitel. Ze zjištěného součtu a podílu pak byly vypočítány individuální hodnoty rychlostních konstant.

V doplňkové praktické úloze studenti sledovali průběh světelné reakce fotosyntézy na základě redukce umělého akceptoru elektronů 2,6-dichlorfenolindofenolu (Hillova reakce) a ukázali, že tento pochod je inhibován herbicidem.

Celkem naši laboratoř v létě navštívilo 15 středoškoláků. Věříme, že některé z nich v budoucnu přivítáme jako nové studenty naší fakulty.