BIOKEMIJA I

Temelji biokemije – izpitne teme

Izpitne teme

Podteme

Viri

1. Molekulske značilnosti živih sistemov

1. Nastanek življenja - kemijska evolucija.

2. Značilnosti živih sistemov.

3. Elementarna sestava živih organizmov, morske vode in zemeljske skorje (primerjava).

4. Glavni bioelementi in bioelementi v sledovih; vrste, vloga, izvor.

· Predavanje

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry, 1. poglavje/Foundations of Biochemistry.

2. Zgradba atomov in molekul, kemijske vezi

1. Osnove zgradbe atoma, medatomske interakcije.

2. Zgradba molekul.

3. Kemijske vezi (močne in šibke interakcije); njihov pomen pri vzdrževanju stukture in interakcij bioloških makromolekul.

· Predavanje

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Lazarini Brenčič: Splošna in anorganska kemija.

· U: Logan: Physical Chemistry for the Biomedical Sciences.

3. Voda

1. Struktura vode.

2. Lastnosti vode, pomembne za vzdrževanje strukture makromolekul in življenja; fazni diagram, vodikova vez, hidrofobne interakcije.

3. Raztapljanje v vodi (skupine biomolekul in njihova orientacija v hidrofilnem in hidrofobnem okolju).

4. Voda kot reagent.

· Predavanje

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Logan: Physical Chemistry for the Biomedical Sciences.

4. Raztopine

1. Definicija topila in topljenca.

2. Vodne raztopine plinov, tekočin, trdnih snovi in definicije koncentracij (molski ulomek, molarna, molalna, procentna koncentracija).

3. Raztapljanje plinov v vodi, Henryjev zakon.

4. Raztapljanje plinov v telesnih tekočinah in motnje zaradi spremenjenih zunanjih razmer.

5. Koligativne lastnosti raztopin; znižanje parnega tlaka topila (Raultov zakon), znižanje zmrzišča, zvišanje vrelišča, osmoza in osmozni tlak, toničnost.

6. Raztopine elektrolitov, disociacija elektrolitov.

7. Ionizacija vode, K_w, pH; biokemijski/biološki pomen pH.

8. Kisline in baze; moč (stopnja disociacije, disociacijska konstanta).

9. Nevtralizacija kislin z bazami in obratno (titracijske krivulje, indikatorji pH).

10. Šibki in močni elektroliti.

11. Pufri; definicija pufrskega sistema, pufrska kapaciteta in vrednost, delovanje pufrskega sistema.

12. Pomen pufranja v celicah/organizmu. Pufrski sistemi v organizmu (zunajcelični, znotrajcelični).

13. Ionska moč raztopin; vpliv koncentracije elektrolitov na ionsko moč.

14. Topnost soli in topnostni produkt; primeri nastanka soli/kristalov v organizmu (uratni, oksalatni kamni, hidroksi- in fluoroapatit v kosteh in zobeh).

· Predavanje

· V: pH, kisline, baze in pufri. - Topnost. - Koligativne lastnosti. U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Logan: Physical Chemistry for the Biomedical Sciences.

· U: Abelow: Understanding Acid/Base.

· U: Morris: A Biologist¢s Physical Chemistry.

5. Termodinamika

1. Delo in toplota kot oblika energije.

2. Prvi zakon termodinamike in entalpija.

3. Energijske spremembe pri kemijski reakciji.

4. Kalorimetrija. Izgorevanje metaboličnih goriv, energijska vrednost nekaterih metaboličnih hraniv (ogljikovi hidrati, proteini).

5. Hessov zakon. Entalpija kemijske vezi.

6. Reverzibilne/ireverzibilne kemijske reakcije, entropija, drugi zakon termodinamike.

7. Ravnovesje kemijske reakcije, standardno stanje, spontani in nespontani procesi, prosta entalpija, kemijski potencial.

8. Vplivi raznih dejavnikov na kemijsko ravnovesje.

9. Sklopljene reakcije, pomen za vzdrževanje življenja.

10. ATP (struktura, hidroliza, aktivacija biomolekul).

11. Druge spojine z visokim fosforilacijskim potencialom (fosfoenolpiruvat, fosfokreatin).

· Predavanje

· V: Termodinamika in kemijsko ravnovesje.

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Logan: Physical Chemistry for the Biomedical Sciences.

· U: Morris: A Biologist¢s Physical Chemistry.

6. Oksidoredukcija

1. Oksidoredukcijske reakcije; oksidoredukcijska dvojica, oksidacija/redukcija, oksidant/reducent.

2. Tok elektronov in sprememba proste entalpije.

3. Standardno stanje, Nernstova enačba.

4. Oksidoredukcijske reakcije v organizmu; dihalna veriga, citokromi P450.

· Predavanje

· S: Biotransformacije-citokromi P-450.Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· V: Elektrokemija.

· U: Logan: Physical Chemistry for the Biomedical Sciences..

· U: Morris: A Biologist¢s Physical Chemistry.

7. Kemijska kinetika

1. Potek kemijske reakcije proti ravnovesju.

2. Energijski profil kemijske in biokemijske reakcije.

3. Hitrost reakcije in hitrostna konstanta; določanje hitrostne konstante.

4. Red reakcije in njegov pomen.

5. Vpliv različnih dejavnikov na hitrost reakcije.

6. Kataliza; reakcijski mehanizem, kinetika katalizirane in nekatalizirane reakcije.

· Predavanja

· V: Kinetika kemijskih reakcij. Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Logan: Physical Chemistry for the Biomedical Sciences.

· U: Morris: A Biologist¢s Physical Chemistry.

8. Prenos snovi preko bioloških membran

1. Prepustnost membran v odvisnosti od biokemijskih lastnosti snovi.

2. Termodinamika transporta in transmembranski potencial.

3. Kinetika in mehanizmi transporta.

4. Neposredovani transport (difuzija).

5. Posredovani transport (primer: transport glukoze v eritrocitih), ionofori in porini.

6. Aktivni transport: hidroliza ATP kot vir energije (primer: K⁺/Na⁺-ATPaza), ionski gradient kot vir energije (primer: simport glukoze in Na⁺v črevesnem epiteliju, prenos laktoze preko celične membrane bakterije E.coli).

· Predavanje

· V: Biološke membrane.

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

9. Ogljik kot osnovni atom biomolekul

1. Ogljikov atom; elektronska konfiguracija, resonanca, sterične lastnosti.

2. Vezi med ogljikovimi atomi ter med ogljikom in drugimi atomi.

· Predavanje

· V: Absorpcijska spektrometrija.

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

10. Biomolekule – splošno

1. Funkcionalne skupine; struktura in lastnosti.

2. Medsebojni vplivi funkcionalnih skupin (induktivni, resonančni in sterični efekt).

3. Izomerija; vrste in biokemijski pomen.

4. Intra- in intermolekularne šibke interakcije med funkcionalnimi skupinami.

· Predavanje

· V: Ogljikovi hidrati.

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Meisenberg, Simmons: Principles of Medical Biochemistry.

11. Aminokisline

1. Vrste aminokislin; struktura, lastnosti, nomenklatura.

2. Nestandardne aminokisline.

3. Optična izomerija aminokislin in D-aminokisline.

4. Aminokisline in pH; titracijske krivulje, izoionska in izoelektrična točka.

5. Analitika aminokislin; značilne reakcije in ločevanje.

· Predavanje

· V: Kromatografija.

· V: Aminokisline.Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Meisenberg, Simmons: Principles of Medical Biochemistry.

12. Peptidi

1. Peptidna vez; nastanek, moč in lastnosti.

2. Definicija peptidov in nomenklatura.

3. Vrste biološko aktivnih peptidov in njihov pomen.

4. Peptidni hormoni; struktura in funkcija insulina, glukagona, vazopresina in oksitocina.

5. Hormoni žleze ščitnice in njihova funkcija.

6. Peptidni antibiotiki in antibiotiki, ki nastanejo iz aminokislin.

· Predavanje

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Meisenberg, Simmons: Principles of Medical Biochemistry.

13. Biogeni amini

1. Nastanek, vrste in strukture biogenih aminov.

2. Strukturne osnove in biološki pomen adrenalina, noradrenalina, GABA, histamina in serotonina.

· Predavanje

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Meisenberg, Simmons: Principles of Medical Biochemistry.

14. Ogljikovi hidrati

1. Definicija in razdelitev ogljikovih hidratov.

2. Monosaharidi aldoznega tipa; predstavniki, struktura in pomen.

3. Monosaharidi ketoznega tipa; predstavniki, struktura in pomen.

4. Derivati monosaharidov; amino-, acetil-, alkil- in sulfoderivati.

5. Optična izomerija in mutarotacija.

6. Glikozidna vez; tipi in lastnosti.

7. Disaharidi; vrste, lastnosti in pomen.

8. Laktoza in laktozna intoleranca.

9. Oligosaharidi in njihova vloga pri medceličnem in medmolekulskem prepoznavanju.

10. Biokemijske osnove krvnih skupin (tip AB0).

11. Polisaharidi; monoglikani, heteroglikani.

12. Škrob; struktura, biokemični pomen.

13. Strukturni polisaharidi; celuloza, hitin, glukozaminoglikani.

14. Celična stena; struktura, biokemična stabilnost.

15. Glikoproteini; strukturne karakteristike, pomen ogljikohidratnega dela za funkcijo, za površino celice in za karakteristike membrane.

16. Vloga ogljikovih hidratov pri detoksifikaciji organskih spojin v organizmu.

· Predavanje

· S: Carbohydrates in Cell Recognition.

· V: Ogljikovi hidrati.

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Meisenberg, Simmons: Principles of Medical Biochemistry.

15. Lipidi

1. Maščobne kisline; vrste, lastnosti in vloga.

2. Triacilgliceroli; struktura in pomen.

3. Fosfoglicerolipidi; vrste, struktura, lastnosti in pomen.

4. Sfingolipidi; vrste, struktura in pomen.

5. Biološka membrana: biokemični vidiki strukture in funkcije.

6. Gradniki lipidov kot signalne molekule; nenasičene maščobne kisline in fosfoinozitolfosfat.

7. Eikozanoidi (prostaglandini, prostaciklini, tromboksani in levkotrieni); struktura in pomen.

8. Transport lipidov v vodnem okolju in emulgiranje maščob; miceli, lipoproteini, liposomi.

9. Steroidi; splošna struktura, razdelitev, stereokemija in nomenklatura. Holesterol; struktura in pomen.

10. Žolčne kisline; vrste, struktura in pomen.

11. Steroidni hormoni; struktura in funkcija kortikosteroidov in spolnih hormonov.

12. Lipidotopni vitamini; skupne značilnosti.

13. Struktura in vloga vitaminov A, D, E in F.

14. Biokemijski vidiki hiper- in hipovitaminoz.

· Predavanje.

· V: Topnost. - Lipidi. - Biološke membrane.

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Meisenberg, Simmons: Principles of Medical Biochemistry.

16. Vodotopni vitamini

1. Karakteristike vodotopnih vitaminov.

2. Struktura in vloga tiamina, riboflavina, nikotinske kisline, pantotenske kisline, piridoksina, vitamina B₁₂, biotina, folne kisline in vitamina C.

3. Biokemijski vidiki hipovitaminoze.

· Predavanje

· V: Elektrokemija (vitamin C).

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Meisenberg, Simmons: Principles of Medical Biochemistry.

17. Nukleotidi

1. Purinske in pirimidinske baze; struktura in lastnosti.

2. Nukleozidi in nukleotidi; struktura in nomenklatura.

3. Nukleotidi in njihova vloga pri skladiščenju in prenosu energije.

4. Ciklični nukleotidi kot sekundarni obveščevalci.

5. Nukleotidi kot gradniki nukleinskih kislin.

· Predavanje

· V: Nukleinske kisline.

· U: Lehninger, Nelson, Cox: Principles of Biochemistry.

· U: Meisenberg, Simmons: Principles of Medical Biochemistry.

18. Nukleinske kisline (NK)

1. Vrste nukleinskih kislin, biokemijska zgradba in vloga.

2. Fizikalno-kemijske osnove sekundarne strukture NK.

3. Terciarna struktura NK in njen pomen; zgradba in pomen tRNA, kromosomov.

4. Definicija in strukturne lastnosti gena. Izražanje genov; povezava med njihovo zgradbo ter strukturo in lastnostmi/delovanjem proteinov.

· Predavanje

· P: Struktura in lastnosti nukleinskih kislin.

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavje 23: Genes and Chromosomes.

19. Genom

1. Zgradba človeškega genoma. Biokemijski pomen posameznih vrst nukleotidnih zaporedij.

2. Kromosomske spremembe in genske mutacije; njihov vpliv na strukturo gena in posledično na strukturo proteina.

3. Genomika, proteomika; razumevanje vzrokov in posledic genskih bolezni/okvar na molekulski ravni.

· Predavanje

· P: Človeški genom – geni, proteini in medicina.

20. Proteini

1. Razdelitev proteinov po strukturi in biokemijski vlogi v organizmu.

2. Metode ločevanja in določevanja proteinov.

3. Primarna in sekundarna struktura proteinov; a-vijačnica, b-struktura, b-zavoj.

4. Terciarna in kvartarna struktura proteinov. Alosterija. Samosestavljanje proteinov.

· Predavanje

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavji 6 in 7: An Introduction to Proteins/Three-Dimensional Structure of Proteins.

21. Globularni proteini – mioglobin (Mb) in hemoglobin (Hb)

1. Mioglobin, hemoglobin – struktura in delovanje.

2. Kvartarna struktura Hb, pozitivna kooperativnost in konformacija T/R.

3. Alosterični modulatorji Hb; homotropni in heterotropni efektorji O₂, CO₂, H⁺, bisfosfoglicerat (BPG).

4. Methemoglobin in biokemijske osnove methemoglobinemije.

5. CO in kompetitivna inhibicija Hb.

6. Vrste hemoglobinov: A, A₂, F. Biokemijske osnove hemoglobinopatij; talasemije.

7. Hb S in anemija srpastih celic.

· Predavanje

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavje 7: Three-Dimensional Structure of Proteins.

· U: Meisenberg & Simmons: Principles of Medical Biochemistry – poglavji 3 in 9: Oxygen Transporters/Introduction to Genetic Diseases.

22. DNA-vezavni proteini

1. Histonski proteini, struktura nukleosoma.

2. Strukturne posebnosti transkripcijskih aktivatorjev; primera: leucinska zadrga, Zn-prsti.

· Predavanje

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavji 23 in 27: Genes and Chromosomes / Regulation of Gene Expression.

23. Fibrilarni proteini

1. Proteini citoskeleta - zgradba in biokemijska vloga. Proteini intermediarnih

filamentov, mikrofilamentov in mikrotubulov.

2. Keratini – zgradba in biokemijska vloga.

3. Bolezni kože kot posledica nepravilnosti v keratinskih genih.

4. Kolagen – zgradba in biokemijska vloga.

5. Starostne in bolezenske spremembe kolagena.

6. Kolagen, elastin in medceličnina; strukturne posebnosti in biokemijske lastnosti.

· Predavanje

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavje 7: The Three-Dimensional Structure of Proteins.

· U: Meisenberg & Simmons: Principles of Medical Biochemistry – poglavji 12 in 13: The Cytoskeleton / The Extracellular Matrix.

24. Membranski proteini

1. Membranski proteini – periferni in integralni; proteini medceličnih povezav ter sporazumevanja celic z okoljem - struktura in vloga.

2. Proteini v membranah eritrocitov; spektrin, glikoforin.

3. Bolezenske spremembe proteinov membranskega skeleta: sferocitoza, eliptocitoza;

4. Prenašalni proteini v membranah; primera: Ca²⁺-kanalček, Na⁺/K⁺-ATPaza (struktura in delovanje).

· Predavanje

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavje 10: Biological Membranes and Transport.

· U: Meisenberg & Simmons: Principles of Medical Biochemistry – poglavji 11 in 12: Biological Membranes / The Cytoskeleton.

25. Kontraktilni proteini

1. Zgradba in biokemijska vloga mišičnih kontraktilnih proteinov: miozin, aktin,

troponin, tropomiozin. distrofin, Duchenne/Beckerjeva mišična

distrofija.

2. Molekulske osnove kontrakcije gladke in progaste mišice.

3. Nemišični kontraktilni elementi. Bolezni, povezane s strukturnimi nepravilnostmi celičnih bičkov in migetalk.

· Predavanje

· U: Meisenberg & Simmons: Principles of Medical Biochemistry – poglavji 11 in 12: Biological Membranes, The Cytoskeleton.

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavji 2, 10 in 13: Cells / Principles of Bioenergetics. Biological Membranes and Transport.

26. Molekule pri prenosu signalov

1. Struktura in biokemijske osnove delovanja receptorjev na molekulski ravni: vodotopni (aminski/peptidni) hormoni in hormoni, topni v lipidih (steroidni/tiroidni receptorji).

2. Insulinski receptor, protein-tirozin-kinazni receptorji, 7-transmembranski receptorji.

3. G-proteini in adenilatna ciklaza.

4. Kalmodulin – struktura in biokemijska vloga.

5. Strukturne osnove interakcij med receptorji in zdravili.

6. Strukturne spremembe receptorjev in onkogeneza; primera: onkoproteini ras, proteinske kinaze.

7. Proteini vidnega cikla – rodopsin, transducin. Biokemijske osnove vidnega cikla.

· Predavanje

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavje 22: Integration of Hormonal Regulation and Mammalian Metabolism.

· U: Meisenberg & Simmons: Principles of Medical Biochemistry – poglavje 27: Intracellular Messengers.

27. Plazemski proteini

1. Vrste, lastnosti in vloga plazemskih proteinov.

2. Diagnostični pomen določanja plazemskih proteinov v biokemijskem laboratoriju.

3. Strukturne molekulske osnove ateroskleroze.

· Predavanje

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavje 21: Lipid biosynthesis

· U: Meisenberg & Simmons: Principles of Medical Biochemistry – poglavji 20 in 25: Lipid Transport / Plasma Proteins.

28. Imunoglobulini

1. Strukturne lastnosti imunoglobulinov.

2. Biokemijske osnove delovanja imunskega sistema.

· Predavanje

· U: Meisenberg & Simmons: Principles of Medical Biochemistry – poglavje 25: Plasma Proteins.

29. Encimi

1. Encimi – splošne strukturne in biokemijske lastnosti, specifičnost, osnove delovanja. Encimsko število, aktivnost, specifična aktivnost.

2. Evolucija encimov. Izoencimi.

3. Encimske reakcije s kofaktorji; koencimi in prostetične skupine.

4. Klasifikacija encimov in primeri delovanja značilnih predstavnikov posameznih encimskih razredov.

· Predavanje

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavje 8: Enzymes.

30. Mehanizmi encimske katalize

1. Teorija prehodnega stanja.

2. Inducirano prilagajanje.

3. Splošna in specifična kislinsko-bazna kataliza.

4. Drugi mehanizmi; kovalentna kataliza, kataliza s kovinskimi ioni, entropijski učinek, sterična stabilizacija.

· Predavanje

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavje 8: Enzymes.

· U: Meisenberg & Simmons: Principles of Medical Biochemistry – poglavje 4: Enzymatic Reactions.

31. Encimska kinetika

1. Princip začetne hitrosti ter Michaelis-Mentenina kinetika in enačba. k_m in k_kat.

2. Grafični prikazi poteka encimske reakcije: Michaelis-Menten-ova kinetiha, Lineveawer-Burk-ova transformacija.

3. Večstopenjske reakcije.

4. Bisubstratne reakcije; ternarni kompleks, dvojna premestitev.

· Predavanje

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavje 8: Enzymes.

· U: Meisenberg & Simmons: Principles of Medical Biochemistry – poglavje 4: Enzymatic Reactions.

32. Encimska inhibicija

1. Reverzibilna in ireverzibilna inhibicija encimov.

2. Kompetitivna inhibicija pri encimih.

3. Nekompetitivna in akompetitivna inhibicija pri encimih.

4. ‘Samomorilski’ inhibitorji. Razvijanje specifičnih zdravil.

· Predavanje

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavje 8: Enzymes.

33. Uravnavanje biokemijskih reakcij

1. Načini uravnavanja encimskih reakcij: uravnavanje sinteze encimov, alosterična modifikacija, kovalentna modifikacija, proteolizni razcep encimov (primera: prebavni proteilitični encimi, proteini v procesu strjevanja krvi).

2. Metabolične verige in inhibicija s povratno zvezo.

3. Alosterični encimi; homo- in hetero-tropični modulatorji, sigmoidna kinetika. Metabolične verige in inhibicija s povratno zvezo.

4. Modeli delovanja alosteričnih encimov; Monodov model, Koshlandov sekvenčni model.

· Predavanje

· U: Lehninger: Principles of Biochemistry – poglavje 8: Enzymes.

34. Medicina in biotehnologija

1. Pomen encimov v medicinski diagnostiki.

2. Pomen encimskih reakcij v biotehnologiji; spreminjanje biomolekul, biosinteza zdravil.

3. Metode za prilagajanje in izboljšanje biokemijskih lastnosti organizmov za biotehnološko pridobivanje proteinov.

· Predavanje

· P: Encimi in biotehnologija.