Okruh Biochemie sestává ze dvou částí, a to:

1. Obecná biochemie
2. Biochemické metody

Obecná biochemie

• Aminokyseliny, jejich vzorce, acidobazické rovnováhy, izoelektrický bod.
• Peptidy, peptidová vazba, primární, sekundární, terciární, kvarterní struktura. Metody stanovení primární a sekundární struktury, souvislost mezi primární a sekundární strukturou, vazby stabilizující sekundární strukturu.
• Metody dělení a izolace bílkovin. Chování bílkovin v roztoku (srážení, ionexová a afinitní chromatografie, gelová filtrace, elektroforéza v SDS, izoelektrická fokusace a 2D elektroforéza).
• Biochemie hemoglobinu. Přenos kyslíku a jeho regulace.
• Sacharidy. Pentosy, hexosy, aldosy, ketosy. Glysosidy, glykosidová vazba a její vlastnosti, disacharidy, homopolysacharidy (škrob, celulosa, glykogen, chitin), heteropolysacharidy, proteoglykany.
• Lipidy, mastné kyseliny, glycerofosfolipidy, plasmalogeny, sfingolipidy, steroidy, liproteiny.
• Nukleové kyseliny. Báze, DNA, RNA, typy šroubovice DNA, superhelikální struktura, vazby stabilizují sekundární strukturu DNA. Replikace, transkripce, translace. Základy genovým manipulací. Sekvenace nukleových kyselin.
• Termodynamika enzymových reakcí. Makroergické vazby. Reakční kinetika, enzymy jako biokatalyzátory. Aktivní místo, katalytické místo, kofaktory, koenzymy a prostetické skupiny, mechanismus působení serinových proteináz. Rovnice Michaelise-Mentenové, metody stanovení Km a VL, číslo přeměny, aktivita enzymu, konstanta specifity. Inhibice enzymové reakce, dvousubstrátové reakce, Regulace enzymové aktivity: vliv pH, zymogeny, kovalentní modifikace (fosforylace, adenylylace, disulfidy).
• Glykolýza, její jednotlivé kroky, energetická bilance. Substrátová fosforylace. Glukoneogeneze. Krebsův cyklus, Pentosafosfátová dráha. Oxidace mastných kyselin, syntéza mastných kyselin, acetogeneze. Odbourávání aminokyselin. rozdělení a význam proteáz. Vylučování dusíku, močovinový cyklus. Respirační řetězec, jeho komponenty. Oxidační fosforylace, Membránový transport, Fotosyntéza, lokalizace a komponenty, světelná fáze, Calvinův cyklus.
• Mechanismus svalového stahu, biochemie vidění, přenos nervového vzruchu.
• Imunochemie. Protilátky a antigeny. Buněčná imunita. Imunoanalytické postupy, ELISA.
• Hormony. Mechanismu funkce některých hormonů (adrealin, glukagon, prostaglandiny, steroidní hormony, thyroxin, inzulin, rostlinné hormony). Základy buněčné signalizace, druhý posel. Struktura a funkce G-proteinů. Xenobiochemie, cytochrom P450.

Biochemické metody

• Úvod. Zásady práce s biologickým materiálem. Strategie a plánování.
  
• Desintegrace tkání a buněk. Centrifugace a sedimentační analýza.
  
• Fázové separace. Srážení a extrakce. Membránové separace. Zahušťování a sušení. Úprava vody.
  
• Chromatografické metody. Obecné principy a charakteristiky. Chromatografie adsorpční a rozdělovací. Iontoměničová chromatografie, chromatofokusace.
  
• Chromatografie reverzně fázová a iontově párová. Hydrofobní chromatografie Chromatografie gelová. Chromatografie afinitní. Plynová chromatografie.
  
• Elektromigrační metody. Obecné charakteristiky a vlivy. Elektroforesa volná a zónová.
  
• Izoelektrická fokusace. Isotachoforesa. Blotting.
  Hmotnostní spektroskopie.
• Elektronová spektra molekul, přechody, základní a excitovaný stav, vliv prostředí, UV-VIS spektrofotometrie, použití ke stanovení látek, použití ke studiu struktury bílkovin. Atomová absorpční a atomová emisní spektrometrie.
  
• Luminiscenční metody, kvantový výtěžek, vliv prostředí, Spektrofluorimetrie, princip, užití ke stanovení látek, použití ke studiu konformace bílkovin, zhášení flurescence transfer energie, polarizovaná, fluorescence, fosforimetrie.
  IR spektroskopie a její užití ke studiu struktury bílkovin, Ramanův rozptyl a jeho použití ke studiu struktury bílkovin. Chiroptické metody a jejich princip, ORD a CD a jejich použití ke studiu konformace bílkovin.
• Mikroskopie. Metody optické mikroskopie, elektronová mikroskopie, mikroskopie skenující próbou.
• Imunochemické metody. Příprava a využití protilátek v bioanalytické chemii, formáty imunochemických stanovení.
• Biosensory. Biokatalytické a bioafinitní sensory, nejvýznamnější druhy převodníků.
• Biochemické aplikace nanočástic. Nejvýznamnější druhy nanočástic, jejich příprava, charakterizace a využití v bioanalytické chemii.

Okruh Obecný chemický základ sestává ze tří částí, a to:

1. Obecná a fyzikální chemie
2. Organická chemie
3. Analytická chemie

Obecná a fyzikální chemie

• Ideální plyn. Použití stavové rovnice ideálního plynu. Výpočet parciálních tlaků. (1.1)
• První zákon termodynamiky: Základní pojmy. Znění prvního termodynamického zákona. Objemová práce – výpočty pro expanzi proti konstantnímu tlaku a pro vratnou expanzi. Entalpie: definice, význam, vztah mezi DH a DU. Izobarická a izochorická tepelná kapacita (2.1)
• První zákon termodynamiky: Termochemie. Hessův zákon: kombinování reakčních entalpií. (2.2)
• Druhý zákon termodynamiky: Směr samovolného děje. Termodynamická definice entropie a výpočet změny entropie pro izotermickou expanzi ideálního plynu. Clausiova nerovnost. (3.1)
• Druhý zákon termodynamiky: Vlastnosti systému. Definice Helmholtzovy a Gibbsovy energie a na nich založená kritéria samovolného děje. Výpočet maximální práce a maximální neobjemové práce reakce. Výpočet standardní Gibbsovy energie reakce a posouzení spontánnosti reakce. Fundamentální rovnice chemické termodynamiky. (3.2)
• Fázové přechody čistých látek. Fázový diagram čisté látky: schopnost doplnění charakteristik a interpretace dat. Směrnice koexistenčních křivek pro typické látky (CO₂ H₂O). Chemický potenciál čisté látky a jeho závislost na T a p. Jednoduché směsi. Chemického potenciál látky ve směsi a fundamentální rovnice chemické termodynamiky. Závislost chemického potenciálu ideálního plynu na tlaku. Raoultův zákon a Henryho zákon. Aktivita rozpouštědla a rozpuštěné látky. (4.1+2)
• Samovolné chemické reakce. Reakční Gibbsova energie a podmínka rovnováhy. Obecná reakce: reakční Gibbsova energie v libovolném stádiu reakce, způsob výpočtu standardní reakční Gibbsovy energie, definice reakčního kvocientu. Definice a výpočet rovnovážné konstanty. (6.1)
• Odezva rovnováh na změny podmínek. Jak reagují rovnováhy na změny tlaku a teploty. (6.2)
• Rovnovážná elektrochemie. Výpočet standardního napětí článku. Vztah rovnovážného napětí článku k reakční Gibbsově energii. Nernstova rovnice a její využití. Interpretace řady napětí kovů. Určování rovnovážných konstant ze standardního napětí článku. (6.3)
• Empirická chemická kinetika: Reakční rychlosti + Intergovaná rychlostní rovnice. Definice a použití pojmu rychlost reakce. Odečtení okamžité rychlosti z grafu. Řád reakce. Reakce prvního řádu: rychlostní rovnice v diferenciálním a integrovaném tvaru, poločas reakce a jeho určení. (21.1.2+3)
• Závislost reakčních rychlostí na teplotě. Arrheniova rovnice a její použití pro stanovení Arrheniových parametrů nebo naopak závislosti rychlostní konstanty na teplotě. (21.1.5)

Literatura: P.W.Atkins, J. de Paula: Fyzikální chemie, VŠCHT Praha, 2013. (Čísla v závorce = čísla podkapitol)

Organická chemie

• Struktura, vazebné poměry reaktivita. Hybridizace a vazebné poměry. Konjugace. Mezomerní a indukční efekt. Elektrofil a nukleofil. Oxidační číslo. Substituční názvosloví.
• Konformační analýza a stereochemie. Newmanova projekce, klínkové vzorce a Fischerova projekce, konformace, konformer a torzní úhel. Konformery alkanů, cyklohexanu a substituovaných cyklohexanů. Isomery, chiralita, enantiomery a diastereomery. Deskriptory konfigurace (E/Z, cis/trans, R/S).
• Kyselost a bazicita. Kyselost a bazicita organických látek a faktory, které ji ovlivňují.
• Nukleofilní substituce a eliminace. Monomolekulární a bimolekulární alifatické substituce. Aktivace -OH skupiny alkoholu. Monomolekulární a bimolekulární eliminace. Zajcevovo a Hofmannovo pravidlo.
• Vlastnosti a reakce nenasycených uhlovodíků. Elektrofilní adice HX, H2O, halogenů a HXO na alkeny. Markovnikovovo pravidlo. Hydroborace-oxidace, hydrogenace, epoxidace a dihydroxylace. Ozonizace. Kyselost terminálních alkynů. 1,2- a 1,4-Adice na konjugované dieny. Cykloadiční reakce.
• Vlastnosti a reakce aromatických ulovodíků. Hückelovo pravidlo. Elektrofilní aromatická substituce (SEAr) – nitrace, sulfonace, Friedelova-Craftsova alkylace a acylace. Vliv substituentů na SEAr. Nukleofilní aromatická substituce probíhající adičně-eliminačním mechanismem (SN2Ar) a eliminačně-adičním mechanismem.
• Vlastnosti a reakce aldehydů a ketonů. Reakce aldehydů a ketonů s nukleofily (vznik poloacetalů, acetalů, iminů a enaminů) a enolizovatelných karbonylových sloučenin s elektrofily (halogenace, alkylace). Reakce aldehydů a ketonů s komplexními hydridy hliníku a boru a organokovy. 1,2- a 1,4-Adice na a,b-nenasycené karbonylové sloučeniny. Wittigova reakce. Aldolová reakce/kondenzace.
• Vlastnosti a reakce karboxylových kyselin a jejich derivátů. Vliv substituentů na kyselost. Funkční deriváty karboxylových kyselin a jejich reaktivita s nukleofily. Nukleofilní acylová substituce. Reakce s organokovy a komplexními hydridy. Spontánní dekarboxylace b-oxokyselin. Malonesterové syntézy. Struktura a vlastnosti aminokyselin včetně acidobazického chování. Peptidová (amidova) vazby.
• Vlastnosti a reakce alkoholů a fenolů. Vlastnosti alkoholů a fenolů (teplota varu, kyselost, bazicita, mísitelnost s vodou). Aktivace -OH skupiny jako odstupující skupiny. Oxidace primárních a sekundárních alkoholů. Redoxní pár chinon-hydrochinon. Příprava, vlastnosti a reaktivita etherů a epoxidů. Vlastnosti, příprava a reaktivita thiolů a sulfidů.
• Vlastnosti a reakce aminu. Struktura a vlastnosti aminů (teplota varu, kyselost, bazicita). Příprava aminů. Hofmannova eliminace kvarterních amoniových hydroxidů. Výroba a použití diazoniových solí. Nitro-sloučeniny. Struktura a reaktivita organokovů, základní reakce přípravy organokovů. Reakce organokovů s kyselinami, alkylačními činidly, aldehydy a ketony, epoxidy, nitrily, funkčními deriváty karboxylových kyselin a oxidem uhličitým.
• Radikálové reakce. Stabilita uhlíkových radikálů. Radikálová halogenace a autooxidace uhlovodíků.
• Vlastnosti, struktura a reakce sacharidů. Chemická povahu a vlastnosti monosacharidů, oligosacharidů a polysacharidů. Řada D- a L-cukrů, epimer, anomer, redukující a neredukující sacharidy a mutarotace. O- a N-glykosidy, estery, aminy, cukerné alkoholy a karboxylové kyseliny odvozené od sacharidů. Struktura a vlastnosti mono-, di- a polysacharidů.
• Vlastnosti, struktura a reakce heterocyklických sloučenin. Struktura a názvy heterocyklických sloučenin. Pětičlenných a šestičlenné aromatické heterocykly a jejich reakce. Přírodní deriváty porfinu, pyrimidinu a purinu.
• Vlastnosti, struktura a reakce lipidů. Společné vlastnosti lipidů. Chemická struktura skupin lipidů (vosky, triacylglyceroly, fosfolipidy, sfingolipidy, terpeny, steroidy a prostaglandiny). Mastné kyseliny, vliv dvojné vazby na jejich vlastnosti. Biologická funkce lipidů.

Analytická chemie

• Analytické reakce. Popis rovnováh. Redoxní rovnováhy, standardní a formální potenciál, redoxní disproporcionace. Principy kvalitativní chemické analýzy.
• Gravimetrie. Teorie vzniku sraženin, pochody na sraženinách; vážení; zpracování sraženin, gravimetrické postupy.
• Titrační metody. Výklad titračních křivek, vztah mezi inflexním a ekvivalenčním bodem, strmost a tlumivé oblasti křivek, titrační roztoky a primární standardy, indikace ekvivalenčního bodu, titrační chyby. Acidobazické titrace, acidobazické tlumivé roztoky,. Komplexometrické titrace. Chelatometrie. Srážecí titrace. Redoxní titrace.
• Hodnocení výsledků analýz. Statistika a základy SLP (GLP), analytický signál, kalibrační křivky, standardizace. Parametry analytické metody. Chyby a jejich vztah k parametrům analytických metod. Statistické vyhodnocení analytických výsledků. Referenční materiál, kruhový test. Lineární regrese.
• Elektroanalytické metody. Potenciometrické metody. Indikační a referenční elektrody, iontově selektivní elektrody, skleněná elektroda. Měření pH. Konduktometrické metody. Voltametrie, polarografie. Polarografická analýza.
• Optické analytické metody. Elektromagnetické záření, Bouger-Lambert-Beerův zákon, příčiny absorpce a emise záření. Molekulová absorpční spektroskopie (UV, VIS, IR), atomová absorpční a emisní spektroskopie, molekulová rozptylová spektroskopie (turbidimetrie a nefelometrie).
• Separační metody. Kapalinová extrakce. Chromatografické metody Elektromigrační metody.
• Základy analýzy organických sloučenin. Kvalitativní a kvantitativní charakteristika. Elementární analýza, analýza funkčních skupin, určování čistoty sloučenin, základy přístupu při určování struktury organických sloučenin. Stanovení látek ve složitějších směsích.

Bioanalytické metody

• Dusíkaté látky nebílkovinného charakteru; močovina, kreatinin, kyselina močová, amoniak
• Prvky; Na, K, Cl, Ca, Mg, P, Fe, Zn, Cu, Se
• Žlučová barviva; hemoglobin.
• Celková bílkovina – sérum, moč, mozkomíšní mok.
• Specifické plazmatické bílkoviny.
• Glukóza, glykovaný hemoglobin.
• Cholesterol, triacylglyceroly, lipoproteiny.
• Enzymy; transaminázy, cholestatické enzymy, pankreatické enzymy.
• Markery; Kardiomarkery. Hladiny léků; drogy. Hormony, Tumormarkery.
• Chemické vyšetření moče. Morfologické vyšetření moče.
• Acidobazické parametry a krevní plyny.
• Imunoturbidimetrie. Homogenní a heterogenní imunoanalýza, ELISA.
• Interní kontrola kvality, Westgardova pravidla, externí kontrola kvality, analytické znaky metod, způsoby kalibrace analytických metod, chyby náhodné a systematické, interference.
• Polymerázová řetězová reakce, metody detekce genových mutací, odběr materiálu pro cytogenetické vyšetření, kultivace, zpracování suspenze, metody barvení a pruhování chromosomů.
• Vyšetření krevního obrazu na hematologických analyzátorech: jednotlivé parametry krevního obrazu, normální hodnoty, používané jednotky, souvislost měřených a počítaných parametrů erytrocytů a trombocytů s morfologií buněk.
• Barvení a hodnocení nátěrů periferní krve a kostní dřeně: metodika, způsob hodnocení jednotlivých preparátů. Morfologické abnormality červené krevní řady, leukocytů a trombocytů. Principy cytochemických vyšetření a pozitivita u jednotlivých krevních elementů: myeloperoxidáza, nespecifická esteráza, chloracetátesteráza, PAS reakce, kyselá fosfatáza, alkalická fosfatáza, barvení zásobního železa.
• Vyšetření anémií: retikulocyty, morfologické změny v nátěrech periferní krve, volný hemoglobin v plazmě, haptoglobin, feritin, elektroforéza hemoglobinu.
• Základní hemokoagulační vyšetření: PT, aPTT, fibrinogen, trombinový čas, reptilázový čas.