Biochemie

DNA replikace, transkripce a translace

1. Shrňte centrální dogma molekulární biologie a uveďte výjimky z původního modelu.
2. Porovnejte stavbu DNA a RNA, popište rozdíly mezi základními stavebními kameny, cukry, nukleosidy a nukleotidy.
3. Popište dvojitou šroubovici a antiparalelní strukturu řetězce DNA a jak souvisí s procesy replikace DNA, transkripce, rekombinace a opravy.
4. Porovnejte různé typy RNA.
5. Shrňte mechanismus replikace DNA a vysvětlete, proč je diskontinuální.
6. Vysvětlete replikaci telomer. Popište význam telomer při stárnutí a vybraných onemocněních.
7. Na příkladech ukažte, jak mohou být DNA a metabolické procesy, které s ní souvisí, využity jako terapeutické cíle (např. protinádorové a antibakteriální léky).
8. Porovnejte různé typy oprav DNA - opravnou aktivitu polymerázy, opravu vystřižením báze, opravu vystřižením nukleotidu, opravu chyby v párování a rekombinaci.
9. Uveďte různé typy mutací, které se vyskytují v DNA.
10. Popište univerzální rysy genetického kódu a jeho biologický význam.
11. Pomocí genetického kódu předpovězte aminokyselinovou sekvenci proteinu pro danou nukleovou sekvenci a demonstrujte, jak mohou mutace nukleotidů vést k změnám v primární struktuře proteinu.
12. Shrňte, proč mohou mutace v genech, které souvisí s opravnými mechanismy DNA , vést k onemocněním, včetně určitých typů nádorů.
13. Shrňte iniciaci, elongaci a terminaci transkripce.  
14. Porovnejte strukturu genů prokaryot a eukaryot.
15. Popište posttranskripční modifikace eukaryotické mRNA. Vysvětlete a na příkladech demonstrujte, proč chyby v posttranskripčních modifikacích mRNA vedou k onemocněním.
16. Definujte RNAi a popište její roli v regulaci genové exprese.
17. Popište tři kroky translace: iniciaci, elongaci a terminaci. Popište nejvýznamnější rozdíly v těchto procesech v eukaryotických a prokaryotických buňkách.
18. Na příkladech demonstrujte, jak lze prokaryotické proteosyntézy využít jako cíle antibiotik.  
19. Popište strukturu a funkci chromatinu a shrňte mechanismy, které zpřístupňují DNA pro biologické procesy.
20. Popište, jak mohou transkripční defekty vést k onemocněním a jak lze tyto znalosti využít k vývoji léčiv.
21. Shrňte vliv kovalentní modifikace chromatinu na genovou transkripci (včetně metylace, acetylace histonů a fosforylace).
22. Definujte epigenetiku a popište její roli ve vývoji, imprintingu a onemocněních.
23. Popište principy, metody a aplikace Northern, Southern, Western blot, microarray, PCR a sekvenování DNA pro klinické a forenzní vědy.
24. Popište, jak se používá technologie rekombinantní DNA ke klonování a expresi genů.

Základy, proteiny a enzymy

Základy:

1. Definujte a vysvětlete pH a pK.
2. Aplikujte Henderson-Hasselbalchovu rovnici k řešení problémů s pH.
3. Definujte a stručně vysvětlete roli entropie a entalpie v biochemických reakcích
4. Vysvětlete Gibbsovu volnou energii (ΔG), standardní volnou energii (ΔG0) a rovnovážnou konstantu (Keq), demonstrujte jejich využití na biochemických reakcích.
5. Vysvětlete, co znamená izoelektrický bod (pI)
6. Prozkoumejte a vyhodnoťte náboj na malém peptidu při daném pH.
7. Definujte a vysvětlete roli Van der Waalsových sil, interakcí náboj-náboj, vodíkových vazeb a hydrofobních interakcí v proteinové a makromolekulární architektuře a ukažte, jak se tyto síly liší od kovalentních vazeb.

Struktura proteinu

1. Vyjmenujte a pojmenujte 20 aminokyselin, které se běžně vyskytují v proteinech, a roztřiďte je  podle chirality, polarity, velikosti a náboje.
2. Popište vazby a interakce (peptidové, disulfidové a vodíkové vazby; hydrofobní, dipól-dipólové, van der Waalsovy a elektrostatické interakce), které přispívají ke konformaci proteinů a interakci proteinů s jinými biomolekulami.
3. Přiřaďte k aminokyselinám jejich třípísmenné kódy.
4. Definujte a diskutujte o následujících termínech: peptidová vazba, peptidová kostra, N-konec, C-konec, disulfidové můstky, α-helixy, β-listy
5. Popište a porovnejte primární, sekundární, terciární a kvartérní proteinovou strukturu.
6. Integrujte interakce z bodu 2 s úvahami o bílkovinných strukturách z bodu 5.
7. Vysvětlete, proč mají složené proteiny konečný počet konformací.
8. Popište úlohy membránových proteinů.
9. Porovnejte periferní a integrální membránové proteiny.
10. Vyjmenujte, vysvětlete a zhodnoťte úlohu každého z níže uvedených pojmů s ohledem na strukturu membrány: fosfolipidy, membránový α-helixy, membránový β-barrel, hydrofobní membránové kotvy.
11. Na následujících příkladech demonstrujte, jak abnormální proteinová struktura způsobuje onemocnění: Srpkovitá anémie (β-globin), Alzheimerova choroba (β-amyloid), Crutzfeldt-Jacob / Kuru / nemoc šílených krav (prionové proteiny), Huntingtonova choroba (polyglutaminové opakující se sekvence).

1. Popište a porovnejte hlavní techniky používané při separaci proteinů, včetně: precipitace, dialýzy, elektroforézy (SDS-PAGE), izoelektrické fokusace, 2D elektroforézy, afinitní chromatografie, Western Blot, ELISA. Vysvětlete princip hmotnostní spektrometrie peptidů.
2. Popište buněčný aparát pro skládání a degradaci proteinů, včetně úlohy chaperoninů a proteasomu.

Biologické membrány:

1. Vyjmenujte a popište fyziologické role membrán včetně: kompartmentace, elektrochemický/membránový potenciál, transport, kotvení.
2. Definujte micely a lipozomy a popište, jak se spontánně tvoří z detergentu, žlučových kyselin a fosfolipidů.
3. Vyjmenujte a popište role každé z hlavních složek membrán a každou integrujte do funkčního modelu biologické membrány, včetně: fosfolipidy, sfingolipidy, cholesterol a membránové proteiny

1. Vyjmenujte různé specifické typy hlavních membránových lipidů a popište roli membránové asymetrie.
2. Popište, jak se syntetizuje membrána inkorporací monoacylglycerolů a jejich modifikací.

Membránový transport:

1. Uveďte dva příklady pasivní difúze, aktivního přenosu a usnadněného přenosu prostřednictvím kanálu nebo nosiče a stručně shrňte rozdíly mezi nimi.
2. Uveďte příklady molekul, které procházejí lipidovými membránami bez pomoci transportéru, a popište, co ovlivňuje rychlost transportu.
3. Porovnejte hlavní rozdíly mezi pórem/kanálem a transmembránovým přenašečovým proteinem a navrhněte důvody, proč membrány potřebují obojí.
4. Uveďte příklady různých typů transmembránových pump.
5. Popište a zhodnoťte roli iontových gradientů, kotransportérů a ATP v mechanismech aktivního transportu.

Enzymy:

1. Popište 7 hlavních tříd enzymů a základní typ katalyzované reakce, tj. oxidoreduktázy, transferázy, hydrolázy, lyázy, izomerázy, ligázy a translokázy.
2. Definujte a popište role následujících pojmů souvisejících s enzymy: zymogen/proenzym, koenzym, kofaktory, prostetická skupina, apoenzym, holoenzym a isozymy.

1. Vysvětlete, jak enzym funguje jako katalyzátor při snižování aktivační energie reakcí.
2. Navrhněte termodynamické vysvětlení, proč enzymy nemohou změnit rovnováhu reakcí.
3. Definujte pojem přechodný stav a navrhněte roli přechodového stavu při snižování aktivační energie.
4. Vysvětlete model „induced fit“ a jeho význam pro enzymovou katalýzu.
5. Popište základní katalytické mechanismy a uveďte příklady.
6. Vysvětlete vliv koncentrace substrátu na rychlost enzymové reakce.
7. Vysvětlete principy kinetiky Michaelise a Mentenové. Definujte maximální rychlost (Vmax) a Michaelisovu konstantu Km.
8. Popište význam hodnoty Km enzymu v metabolických systémech.
9. Porovnejte různé typy inhibice enzymů.
10. Vyhodnoťte rozdíl mezi kompetitivním a nekompetitivním lékovým inhibitorem (např. fomepizol a etanol při léčbě otravy metanolem.)
11. Nakreslete a vysvětlete obecný graf závislosti rychlosti kooperativní reakce na koncentraci substrátu.
12. Vysvětlit alosterické modifikace a jejich roli v regulaci metabolismu.
13. Na příkladech ukažte různé typy zpětnovazebných regulací enzymů.
14. Vysvětlete roli posttranslačních modifikací v regulaci enzymové aktivity, včetně: proteolýzy a reverzibilní fosforylace.
15. Zdůvodněte, proč jsou některé enzymatické reakce v buňce považovány za nevratné.
16. Na příkladu demonstrujte účinky částečného nebo úplného enzymového deficitu na metabolickou dráhu.

Extracelulární matrix:

1. Popište strukturu kolagenu a elastinu. Diskutujte vztah struktury, vlastností a role v pojivové tkáni.
2. Popište syntézu, posttranslační modifikaci a sestavení kolagenu do trojšroubovice v ER a do kolagenových fibril v extracelulárním prostoru a fyziologický význam tohoto procesu.
3. Popište roli vitaminu C při sestavování, udržování a opravě extracelulární matrix.
4. Vyjmenujte klíčové příznaky nedostatku vitaminu C a vysvětlete jejich biochemický podklad.
5. Popište syntézu elastinu a fibrilinu a následné sestavení elastických vláken.
6. Popište role elastázy a α1-antitrypsinu (inhibitor elastázy) při udržování elastických vláken a vysvětlete, jak nedostatek α1-antitrypsinu způsobuje emfyzém.
7. Popište a na příkladu demonstrujte roli adhezivních proteinů (např. fibronektinu)pro  strukturu a funkci extracelulární matrix.
8. Uveďte charakteristické vlastnosti proteoglykanů a glykosaminoglykanů a popište jejich syntézu, sestavení a fyziologickou úlohu v extracelulární matrix.
9. Popište, jak integriny spojují buňky s extracelulární matrix.
10. Vysvětlete důvody pro použití chondroitin sulfátu u pacientů, kteří trpí artritidou.
11. Vysvětlete, jak deficity enzymů, které odbourávají glykosaminoglykany, způsobují mukopolysacharidózy (např. Hurler/Scheie, Hunterův syndrom).

Krev

Koagulace:

1. Vysvětlete biochemické mechanismy, kterými antitrombotika (např. aspirin) interferují s agregací krevních destiček.
2. Vysvětlete, proč poškození jater může mít za následek poruchy koagulace.
3. Popište mechanismy, které brání aktivaci srážení ve zdravých cévách.
4. Popište kroky tvorby stabilní fibrinové sraženiny z fibrinogenu. Porovnejte struktury fibrinogenu a fibrinu a vysvětlete jejich rozdílnou rozpustnost.
5. Vysvětlete roli vitaminu K při srážení krve.
6. Popište mechanismus antikoagulačního účinku warfarinu a jak lze otravu warfarinem zvrátit.
7. Vysvětlete, jak citrát, šťavelan, EDTA a heparin zabraňují koagulaci odebrané krve.
8. Uveďte nejpoužívanější testy srážlivosti. Na příkladech demonstrujte jejich využití pro monitorování léčby antikoagulancii.
9. Popište účinky faktoru V Leiden na srážení krve.
10. Popište strukturu heparinu. Diskutujte rozdíly mezi vysokomolekulárním a nízkomolekulárním heparinem.  
11. Aplikováním znalostí o struktuře aminokyselin předpovězte, proč lze protaminy (bohaté na arginin) použít ke zvrácení účinků heparinové terapie.
12. Vysvětlete, jak se fibrinová sraženina fyziologicky odbourává. Popište farmakologické intervence ke zvýšení degradace fibrinových sraženin a jejich aplikaci u infarktu myokardu a ischemické cévní mozkové příhody.

Hemoglobin:

1. Vysvětlete roli hemoglobinu pro transport kyslíku a pufrování
2. Definujte složení normálního hemoglobinu v různých fázích  
3. Popište strukturální rozdíl mezi hemoglobinem, myoglobinem a methemoglobinem a porovnejte vazebné vlastnosti hemoglobinu, methemoglobinu a myoglobinu.
4. Popište alosterické účinky teploty, H+, 2,3-BPG a CO2 na P50 hemoglobinu pro O2. Vysvětlete, jak tyto účinky umožňují regulovat dodávku kyslíku do tkání, pufrování krve a odstraňování CO2.
5. Vysvětlete, jak je kyslík dodáván z matky k plodu, s přihlédnutím ke strukturálním rozdílům mezi dospělým a fetálním hemoglobinem a vazebnou afinitou k O2.
6. Vysvětlete škodlivé účinky CO na funkci hemoglobinu. Popište, proč může nárůst CO v životním prostředí vést k hypoxii. Vysvětlete, proč může být pro léčbu otravy CO potřebná hyperbarická komora.
7. Vyjmenujte stavy a léčby, které vedou k methemoglobinémii, a popište ochranné účinky glutathionu.
8. Ukažte, jaké laboratorní výsledky napomohou k základnímu odlišení příčin anémie.
9. Porovnejte mechanismy vzniku hlavních hemoglobinopatií (jako je srpkovitá anémie, talasémie).
10. Porovnejte patogenezi anémie z nedostatku železa, folátu a B12 včetně absorpce a transportu železa, folátů a B12 potravou.
11. Vysvětlete, jak může nedostatek B12 vést k funkčnímu nedostatku folátu.
12. Vysvětlete, proč při deficitu G6PD dochází k hemolýze.
13. Porovnejte endogenní buněčný prekurzor a farmakologického prekurzoru oxidu dusnatého (NO). Porovnejte Ca-dependentní NO syntázu endoteliálních buněk a  NO syntázu makrofágů a neutrofilů. Odlište lokální (parakrinní) působení NO od jeho dlouhodobého (endokrinního) působení prostřednictvím hemoglobinu jako nosiče (S-nitrosylace).

Hem:

1. Vyjmenujte hlavní třídy proteinů, které mají hemové prostetické skupiny, a popište funkční roli hemu v těchto různých třídách proteinů.
2. Identifikujte hlavní orgány/tkáně, které mají nejvyšší míru biosyntézy hemu.
3. Popište cestu syntézy hemu se zaměřením na regulaci a na požadavky na železo.
4. Z biochemického pohledu popište otravu olovem. Pro látky a postupy používané k léčbě otravy olovem odhadněte jejich účinnost a nežádoucí účinky.
5. Popište, jak defektní syntéza hemu vede k následujícím třem porfyriím: PCT (porphyria cutanea tarda), AIP (akutní intermitentní porfyrie) a EPP (erytropoetická protoporfyrie); z biochemického pohledu porovnejte jejich příznaky a principy léčby.
6. Vysvětlete důvody pro použití heminu a glukózy při léčbě porfyrií.
7. Popište přeměnu hemu na nekonjugovaný bilirubin a následně na konjugovaný bilirubin se zvláštním zřetelem na tkáně, ve kterých ke karabolismu hemu dochází, transport meziproduktů a jejich barvu.
8. Popište metabolismus bilirubinoidů střevními bakteriemi a vysvětlete, proč se mění barva stolice při obstrukční žloutence.
9. Rozlište příčiny a důsledky následujících typů žloutenky: novorozenecká, hemolytická, hepatocelulární a obstrukční.
10. Vysvětlete význam novorozenecké žloutenky a popište biochemické principy léčby.
11. Diskutujte vztah mezi pojmy přímý/nepřímý a konjugovaný/nekonjugovaný bilirubin, porovnejte jejich stanovení a význam pro rozlišení příčin žloutenky.
12. Vysvětlete příčinu Gilbertova syndromu a popište vliv tohoto syndromu na laboratorní hodnoty bilirubinu.

Železo:

1. Porovnejte hemochromatózu a anémii chronických chorob z pohledu homeostázy železa.
2. Uveďte příklady laboratorních a klinických obrazů poruch homeostázy železa.
3. Zvolte a interpretujte laboratorní testy k posouzení metabolismu železa.
4. Posuďte užitečnost a limitace vyšetření sérového feritinu při hodnocení metabolismu železa.
5. Porovnejte účelnost a důsledky flebotomie a chelatační terapie při léčbě přetížení železem.
6. Vysvětlete roli železa pro vznik reaktivních forem kyslíku, zejména z pohledu jejich toxicity.
7. Porovnejte laboratorní hodnoty, které jsou spojeny s nedostatkem železa z důvodu nedostatečného příjmu v potravě, krvácení, chronického zánětu nebo malignity.

Metabolismus sacharidů

Nomenklatura, struktura, trávení a příjem:

1. Identifikujte hlavní monosacharidy, disacharidy a polysacharidy nacházející se v lidském těle a stravě
2. Vysvětlete, proč se disacharidy a polysacharidy přijaté potravou musí při trávení štěpit na monosacharidy a popište, jak toho dosáhnout
3. Nakreslete schéma transportu glukózy transportována přes buňky střevního epitelu do krevního řečiště a popište zúčastněné proteiny
4. Vysvětlete a na příkladu cholery demonstrujte biochemický základ perorální hydratační terapie při léčbě průjmových onemocnění.
5. Popište roli glukózových transportérů (GLUT) při transportu glukózy do buněk a z buněk a tkáňové specifické rozdíly v expresi a regulaci GLUT
6. Popište společné biochemické a klinické rysy deficitu GLUT-2
7. Vysvětlete biochemický základ příznaků intolerance laktózy

Glykolýza:

1. Popište celkový účel glykolýzy, její reaktanty a produkty, buněčnou lokalizaci a distribuci v tkáních
2. Popište roli hexokinázy/glukokinázy, fosfofruktokinázy-1 (PFK-1) a pyruvátkinázy v glykolýze a předpovězte biochemické a potenciální klinické důsledky při deficitech těchto enzymů
3. Porovnejte mechanismy regulace glykolýzy včetně alosterie, hormonální regulace a kovalentní modifikace
4. Porovnejte roli hexokinázy a glukokinázy v regulaci glykémie
5. Porovnejte aerobní a anaerobní glykolýzu z hlediska tkání, ve kterých probíhejí, substrátů a produktů, významu a podmínek, za kterých k nim dochází
6. Vysvětlete pojem fosforylace na úrovni substrátu a její význam
7. Popište účel reakce katalyzované laktátdehydrogenázou, její substráty a produkty, buněčnou a tkáňovou lokalizaci a regulaci
8. Uveďte příklady stavů (dědičné genetické defekty v různých drahách; léky), které zvyšují riziko laktátové acidózy
9. Popište úlohu a osud cytosolového NADH produkovaného při glykolýze
10. Vysvětlete biochemický základ hemolytické anémie pozorované při deficitu erytrocytární pyruvátkinázy
11. Odhadněte, jaký bude laboratorní nález (krevní obraz, parametr metabolismu železa) u osoby s nedostatkem pyruvátkinázy, která je v hemolytické krizi

Glukoneogeneze:

1. Popište účel glukoneogeneze, její substráty a produkty, buněčnou lokalizaci a distribuci v tkáních
2. Porovnejte enzymy, které se podílejí na glykolýze a glukoneogenezi
3. Vysvětlete příspěvek glukoneogeneze k regulaci glykémie
4. Popište úlohu pyruvátkarboxylázy, PEPCK, fruktóza-1,6-bisfosfatázy a glukózo-6-fosfatázy v glukoneogenezi a předpovězte biochemické a potenciální klinické důsledky při deficitech těchto enzymů
5. Zhodnoťte význam různých prekurzorů glukoneogeneze po jídle, během hladovění a fyzické námahy
6. Vysvětlete, jak je regulována aktivity glykolýza a glukoneogeneze v závislosti na metabolismu mastných kyselin a proteinů a účinkem inzulínu a glukagonu
7. Vysvětlete biochemický princip účinků alkoholu na glukoneogenezi

Metabolismus fruktózy a galaktózy:

1. Vysvětlete, jak fruktóza a galaktóza vstupují do glykolytické dráhy
2. Popište roli fruktokinázy a hexokinázy v katabolismu fruktózy a galaktózy
3. Stručně popište a na příkladu ukažte dědičné poruchy metabolismu fruktózy a galktózy. Shrňte obecné znaky těchto poruch a způsob, jakým vedou k poškození tkání.

Pentózafosfátová dráha:

1. Popište význam pentózafosfátové dráhy a porovnejte jej v různých tkáních. Uveďte substráty a produkty této dráhy a její buněčnou lokalizaci
2. Popište roli redukovaného glutathionu v těle a podíl NADPH na jeho tvorbě
3. Vysvětlete biochemický základ lékem indukované hemolytické anémie pozorované u deficitu glukózo-6-fosfátdehydrogenázy

Komplex pyruvátdehydrogenázy (PDH) a citrátový cyklus (TCA):

1. Popište celkový účel komplexu pyruvátdehydrogenázy (PDH), jeho substráty a produkty, buněčnou lokalizaci a distribuci v tkáních
2. Popište význam citrátového cyklu, jeho buněčnou lokalizaci a distribuci v tkáních
3. Popište substráty a produkty cyklu ve vztahu k produktům katabolismu sacharidů, mastných kyselin a aminokyselin
4. Popište roli citrátsyntázy, isocitrátdehydrogenázy, alfa-ketoglutarátdehydrogenázy, sukcinyl-coA syntetázy, sukcinátdehydrogenázy a malátdehydrogenázy v cyklu TCA a předpovězte biochemické a potenciální klinické důsledky deficitů těchto enzymů
5. Vysvětlete vliv následujících parametrů na aktivitu cyklu TCA a mechanismus(y), kterými k účinku dochází: mitochondriální poměr NADH:NAD, poměr ADP:ATP, koncentrace sukcinyl-CoA
6. Popište ústřední roli cyklu TCA v propojení glykolýzy, glukoneogeneze, oxidativní fosforylace, metabolismu mastných kyselin a metabolismu aminokyselin
7. Popište úlohu meziproduktů cyklu TCA jako zdrojů reaktantů pro biosyntetické dráhy
8. Popište důsledky těžkého nedostatku thiaminu a spojte symptomy s biochemickou úlohou thiaminu v komplexu PDH a cyklu TCA

Oxidativní fosforylace:

1. Popište účel elektronového transportního řetězce (zejména komplexy I, III a IV) a ATP syntázy, jejich substráty a produkty, jejich buněčnou lokalizaci a distribuci v tkáních
2. Vysvětlete, jak jsou funkčně spojeny transport elektronů a ATP syntáza
3. Vysvětlete, jak je proces oxidativní fosforylace ovlivněn dostupností kyslíku a NADH
4. Vysvětlete, jak buněčný poměr ATP:ADP reguluje rychlost produkce ATP oxidativní fosforylací
5. Diskutujte o tom, jak sukcinátdehydrogenáza, mitochondriální glycerol-3-fosfátdehydrogenáza a flavoproteindehydrogenáza přenášejí elektrony na ubichinon.
6. Vysvětlete biochemický základ tvorby tepla hnědým tukem a diskutujte roli hnědého tuku u kojenců a u dospělých
7. Popište účinky inhibitorů elektronového transportního řetězce, inhibitorů ATP syntázy a rozpojovačů na oxidativní fosforylaci a předpovězte účinky těchto látek na glykolýzu, cyklus kyseliny citrónové a produkci laktátu.
8. Popište biochemické a klinické rysy spojené s požitím/předávkováním inhibitorů transportu elektronů (např. průmyslová expozice kyanidu a azidu sodného) a rozpojovačů (např. aspirin, ftalátová změkčovadla, taneční drogy)
9. Uveďte příklady mitochondriálních onemocnění, které způsobují defekty oxidativní fosforylace a vedou k myopatiím a neuropatiím (včetně intolerance zátěže) a vysvětlete jejich podstatu
10. Popište, jak se mění glykolýza a oxidativní fosforylace v nádorových buňkách

Metabolismus glykogenu:

1. Popište význam glykogeneze a glykogenolýzy, jejich substráty a produkty, buněčnou lokalizaci a distribuci v tkáních
2. Vysvětlete podíl glykogeneze a glykogenolýzy na regulaci krevní glukózy během sytosti, lačnění a fyzické zátěže
3. Popište úlohu glykogensyntázy a větvícího enzymu v glykogenezi a předpovězte biochemické a potenciální klinické důsledky nedostatku těchto enzymů
4. Vysvětlete, jak jsou syntéza glykogenu a glykogenolýza regulovány inzulínem, glukagonem a katecholaminy
5. Popište roli glykogen fosforylázy, odvětvovacího enzymu a glukózo-6-fosfatázy při odbourávání glykogenu a předpovězte biochemické a potenciální klinické důsledky deficitu těchto enzymů
6. Porovnejte regulaci glykogenolýzy v hepatocytech a kosterním svalstvu a vysvětlete, proč se liší
7. Popište důsledky nemocí z ukládání glykogenu a vysvětlete jejich biochemický základ

Glykoproteiny, proteoglykany a glykolipidy:

1. Definujte následující pojmy a vysvětlete jejich vzájemné vztahy: glykosaminoglykan (GAG), glykoprotein, proteoglykan a glykolipid
2. Popište biochemický základ a společné rysy mukopolysacharidóz a glykosfingolipidóz
3. Popište rozdíly mezi N- a O-glykoproteiny
4. Popište roli dolicholu v syntéze N-vázaných glykolproteinů
5. Vysvětlete roli glykanů při určování krevních skupin

Metabolismus ethanolu:

1. Uveďte metabolické produkty odbourávání etanolu včetně acetylkoenzymu A.
2. Popište metabolické účinky a biomedicínský význam etanolu a jeho metabolitů.

Vyšší úroveň, komplexnější cíle:

1. Uveďte příklady stavů a poruch, které povedou k hypoglykémii, hepatomegalii nebo laktátové acidóze
2. Vytvořte schéma znázorňující, jak mohou vznikat a jak se mohou dále metabolicky využívat glukóza 6-fosfát, pyruvát a acetyl-CoA

Metabolismus lipidů

Přehled metabolismu lipidů:

1. Popište a porovnejte podíl výživy a endogenní syntézy jako zdrojů lipidů.
2. Porovnejte roli omega-3 mastných a omega-6 mastnch kyselin ve stravě pro tvorbu polynenasycených mastných kyselin a eikosanoidů.
3. Popište a porovnejte dopady stravy, hladovění, cvičení a hormonální regulace na tělesné lipidy.

Biosyntéza mastných kyselin a triglyceridů:

1. Popište syntézu mastných kyselin a zejména úlohu malonyl-CoA karboxylázy a syntázy mastných kyselin.
2. Vysvětlete principy krátkodobé a dlouhodobé regulace syntézy mastných kyselin.
3. Vysvětlete pojmy elongace a desaturace řetězce mastných kyselin.
4. Popište syntézu triglyceridů.
5. Popište endokrinní funkci tukové tkáně.

Beta-oxidace a tvorba ketolátek:

1. Popište mechanismy aktivace a transportu mastných kyselin do mitochondrií ke katabolismu.
2. Načrtněte sled reakcí spojených s oxidací mastných kyselin v mitochondriích.
3. Popište obecné rysy drah oxidace nenasycených mastných kyselin s lichým a rozvětveným řetězcem.
4. Vysvětlete mechanismus tvorby ketolátek a na příkladech demonstrujte fyziologické a patologické role těchto molekul.
5. Popište mechanismy, kterými je hormonální aktivace lipolýzy v tukové tkáni koordinována s aktivací glukoneogeneze v játrech během hladovění.
6. Popište složení triglyceridů a komplexních fosfo- a glykolipidů.
7. Ukažte, jak diacylglycerol slouží jako meziprodukt ve více než jedné cestě syntézy lipidů.
8. Porovnejte různé strategie používané při syntéze fosfatidylů.
9. Porovnejte působení různých fosfolipáz a jejich význam pro signalizaci.

Syntéza a degradace sfingolipidů:

1. Na příkladech ukažte složení různých sfingolipidů.
2. Vysvětlete, jak specifické enzymové deficity mohou vést k vrozeným poruchám metabolismu známým jako sfingolipidózy.

Metabolismus cholesterolu a žlučových kyselin:

1. Porovnejte strukturu a funkci cholesterolu a esterů cholesterolu.
2. Popište a porovnejte mechanismy, kterými dostupnost energie, hormony, příjem potravy a farmaka ovlivňují biosyntézu cholesterolu.
3. Popište účinek transkripční regulace genů, které se podílejí na heoneostáze cholesterolu, na plazmatickou hladinu cholesterolu.
4. Shrňte proces odbourávání a vylučování cholesterolu z těla.

Metabolismus lipoproteinů:

1. Porovnejte životní cyklus různých lipoproteinových částic s ohledem na jejich složení, metabolismus a transport.
2. Roztřiďte různé hyperlipidemie.
3. Shrňte různé biochemické cesty, které by mohly být potenciálním farmakologickým cílem při léčbě kardiovaskulárních onemocnění, zvláště souvisejících s vysokým LDL a nízkým HDL.
4. Vysvětlete dopady obezity a diabetu na rozvoj aterosklerózy.
5. Popište rizikové faktory metabolického syndromu a jeho specifické lipidové abnormality.
6. Identifikujte statiny jako hlavní terapeutickou intervenci u dyslipidemie/aterosklerózy a popište  jejich účinek z hlediska inhibice HMG CoA reduktázy.

Signalizace, hormony a diabetes

Základy přenosu signálu:

1. Popište interakce receptor-ligand
2. Uveďte příklady hlavních typů receptorů a porovnejte mechanismy signalizace a jejího ukončení: receptorové tyrosinkinázy, cytokinové receptory, receptory ovlivňující fosforylaci serinu/threoninu, receptory spojené s G-proteinem, cytoplazmatické/jaderné receptory a receptory spojené s guanylátcyklázou, kanálové receptory.
3. Popište a na příkladech demonstrujte roli signálních drah při řízení normálních buněčných, tkáňových a orgánových funkcí.
4. Na příkladech ukažte, jak mohou změny v signálních drahách vést k onemocnění člověka.
5. Demonstrujte, jak mohou být signální dráhy použity jako cíle pro terapii onemocnění.

Hormony související s hladinou glukózy v krvi a cukrovkou:

1. Vysvětlete, jak se inzulín zpracovává a proč je C-peptid užitečným měřítkem sekrece inzulínu u diabetických pacientů.
2. Popište proces, kterým se inzulín vylučuje.
3. Porovnejte, jak každý z následujících vlivů ovlivňuje sekreci inzulínu a glukagonu: glukóza, aminokyseliny, ketolátky, epinefrin.
4. Popište vlastnosti inzulínového receptoru a nastiňte molekulární děje, které po navázání ligandu vedou k aktivaci IRS.
5. Popište vliv inzulinu na procesy a dráhy, které regulují homeostázu glukózy v krvi.
6. Porovnejte charakteristiky inzulin-dependentních a non-inzulin-dependentních glukózových transportérů.
7. Porovnejte účinek inzulínu na metabolické děje, které následují po vychytávání glukózy v játrech, svalech a tukové tkáni.
8. Popište metabolické důsledky inzulinomu (sporadickým nebo MEN) nebo autoimunitní hypoglykémie.
9. Popište vliv glukagonu na metabolické procesy v játrech a jak tento hormon funguje při regulaci homeostázy krevní glukózy.
10. Definujte roli glukagonu podobných peptidů 1 a 2 v regulaci homeostázy glukózy.

Diabetes:

1. Porovnejte a popište rozdíly mezi diabetem mellitem 1. a 2. typu s ohledem na výskyt, věk vzniku a základní charakteristiky.
2. Popište biochemický základ klinického  obrazu diabetu mellitu 1. typu a jeho diagnostických kritérií.
3. Popište abnormality v homeostáze glukózy v krvi u pacientů s diabetem 1. typu.
4. Porovnejte postprandiální změny glykémie u pacienta s diabetem 1. typu s někým, kdo diabetes nemá.
5. Diskutujte metabolické změny vedoucí k diabetické ketoacidóze.
6. Vysvětlete molekulární podstatu dlouhodobých komplikací hyperglykémie.
7. Definujte metabolický syndrom a inzulinovou rezistenci.
8. Z biochemického pohledu diskutujte, jak životní styl ovlivňuje rozvoj diabetu 2. typu.
9. Na příkladech demonstrujte potenciální terapeutické cíle v signálních a metabolických drahách pro léčbu diabetu mellitu 2. typu.

Hormony štítné žlázy:

1. Popište syntézu a sekreci hormonů štítné žlázy T4, rT3 a T3 s uvedením kroků, které se vyskytují výhradně ve štítné žláze a v periferních tkáních.
2. Vysvětlete, jak sekreci hormonů štítné žlázy regulují thyreoliberiny (TRH) a thyreotropiny (TSH).
3. Diskutujte o regulaci příjmu jódu štítnou žlázou a o dopadech nedostatku jódu
4. Popište molekulární podstatu působení hormonů štítné žlázy
5. Diskutujte o normálních fyziologických účincích hormonu štítné žlázy na kardiovaskulární, GI a muskuloskeletální systém.
6. Diskutujte o etiologii běžných onemocnění, která způsobují hyper a hypotyreózu, jejich běžném projevu a léčbě.

Metabolismus aminokyselin

Trávení bílkovin:

1. Popište dynamiku zásoby volných aminokyselin, včetně (A) vstupů ze stravy, odbourávání tělesných bílkovin a de novo syntézy (B) výstupů syntézy bílkovin, produkce močoviny, syntézy specializovaných produktů a dalších metabolických procesů.
2. Popište faktory ovlivňující dusíkovou bilanci ve zdraví a nemoci.
3. Popište důležitost kvality bílkovin ve stravě pro udržení zdraví a důsledky protein-energetické podvýživy (např. marasmus a kwashiorkor).
4. Popište působení pepsinu při trávení peptidů. Z biochemického pohledu popište důsledky achlorhydrie.
5. Popište aktivaci pankreatických zymogenů a roli aktivních enzymů při trávení bílkovin.
6. Popište důsledky poruchy exokrinní funkce pankreatu.
7. Popište vstřebávání peptidů a aminokyselin z gastrointestinálního traktu.
8. Identifikujte poruchy ve vychytávání aminokyselin (např. Hartnupova choroba) nebo peptidů, které vedou ke klinickým symptomům (neprospívání, otoky, různé nedostatky vitamínů).

Metabolismus bílkovin:

1. Porovnejte degradaci tělesného proteinu prostřednictvím ubikvitinem zprostředkované proteolýzy a lysozomů a vysvětlete jejich regulaci.
2. Popište, jak mohou aberace proteolytické dráhy zprostředkované ubikvitinem vést k onemocněním.

Cyklus močoviny:

1. Vysvětlete význam cyklu močoviny v metabolismu dusíku.
2. Popište vzájemnou konverzi mezi ketokyselinami a aminokyselinami, včetně významu pyridoxalfosfátu (PLP) jako kofaktoru.
3. Uveďte konkrétní příklady transaminačních reakcí ketokyseliny/aminokyseliny (pyruvát/alanin, oxaloacetát/aspartát, α-ketoglutarát/glutamát) včetně názvů enzymů a demonstrujte význam měření aktivity aminotransferáz pro diagnostiku jaterních (a dalších) nemocí.
4. Popište důležitost reakcí katalyzovaných (A) glutaminsyntetázou, (B) glutaminázou a (C) glutamátdehydrogenázou.
5. Vyjmenujte dva subcelulární kompartmenty používané močovinovým cyklem.
6. Popište úlohu argininu a ornithinu v jiných metabolických drahách než v cyklu močoviny (např. v syntéze NO).
7. Popište cyklus močoviny z hlediska vstupních substrátů  a energetických požadavků.
8. Popište regulaci cyklu močoviny alosterickými efektory a dostupností substrátu.
9. Uveďte příklady nejvýznamnějších příčin hyperamonémie, její důsledky a biochemické principy léčby ke snížení hladiny amoniaku v krvi.
10. Identifikujte souvislosti a společné meziprodukty mezi cyklem močoviny a cyklem TCA.

Syntéza aminokyselin:

1. Definujte esenciální, podmíněně esenciální a neesenciální aminokyseliny a podle toho je roztřiďte.
2. Vysvětlete, jak se některé neesenciální aminokyseliny stávají esenciálními za určitých podmínek a stavů.
3. Integrujte syntézu aminokyselin se specifickými prekurzory z glykolýzy, cyklu kyseliny citrónové a pentózofosfátové dráhy.
4. Popište úlohu kyseliny listové, kobalaminu a S-adenosylmethioninu (SAM) pro přenos jednouhlíkatých zbytků a demonstrujte jejich význam na příkladech onemocnění.

Přeměna aminokyselin na specializované produkty:

1. Popište syntézu porfyrinu a hemu, včetně normální regulace, inhibice olovem a z biochemického pohledu vysvětlete typické  projevy porfyrií (např. fotosenzitivitu, postižení některých tkání).
2. Popište katabolismus hemu, včetně rozlišení tkání, ve kterých probíhají její reakce.
3. Porovnejte celkový, přímý a nepřímý bilirubin a popište rozdíly mezi nimi.
4. Porovnejte různé formy žloutenky (hemolytická, hepatocelulární, obstrukční a neonatální) a popište souvislosti s různými metabolity hemu.
5. Porovnejte deficit fenylalaninhydroxylázy a tetrahydrobiopterinu v příčině a léčbě klasické PKU a hyperfenylalaninémie.
6. Diskutujte roli tyrosinu v syntéze katecholaminů.
7. Popište roli tetrahydrobiopterinu v syntéze tyrosinu, katecholaminů a indolaminů a vysvětlete, proč defekty v regeneraci nebo syntéze tetrahydrobiopterinu vedou ke snížení syntézy katecholaminů a serotoninu.
8. Uveďte prekurzory aminokyselin γ-aminobutyrátu (GABA), karnitinu, polyaminů, glutathionu, serotoninu, histaminu, ubichinonu, melaninu a kreatinu.
9. Popište roli tyrosinázy u albinismu.

Degradace aminokyselin:

1. Definujte ketogenní a glukogenní aminokyseliny a uveďte příklady aminokyselin, které jsou výhradně ketogenní, glukogenní.
2. Vyjmenujte, které aminokyseliny jsou prekurzory meziproduktů cyklu kyseliny citrónové, a identifikujte konkrétní meziprodukty (kromě acetyl-CoA a acetoacetyl-CoA).
3. Uveďte příklady vrozených defektů metabolismu aminokyselin a demonstrujte na nich obecné důsledky těchto onemocnění (nedostatek produktů, hromadění intermediátů, obecné biochemické principy diagnostiky a léčby)

Nukleotidy, foláty a metabolismus jednouhlíkatých zbytků

Lékařské znalosti:

1. Pojmenujte hlavní purinové a pyrimidinové báze a identifikujte aminokyselinové a jednouhlíkové metabolity, které přispívají k syntéze těchto kruhových struktur.
2. Integrujte terminologii a definujte strukturní rysy, které odlišují různé třídy nukleotidových metabolitů (jako je purin vs. pyrimidin, báze vs. nukleosid vs. nukleotid a ribo- vs. deoxyribo-).
3. Popište biosyntézu purinových a pyrimidinových nukleotidů s důrazem na klíčové regulované kroky.
4. Vysvětlete cesty k záchraně purinů a diskutujte o ústřední roli hypoxanthin fosforibosyltransferázy (HPRT) za fyziologických (jako je syntéza purinových nukleotidů v ustáleném stavu) a patofyziologických (jako je dna při částečném a úplném deficitu HPRT) a ve farmakoterapii (proti -purinové chemoterapie).
5. Vysvětlete záchranné cesty pro uracil a thymin a jejich význam pro farmakoterapii (jako je léčba rakoviny nebo herpetických infekcí).
6. Připojte pentosafosfátovou dráhu k syntéze 5’fosforibozyl-1-pyrofosfátu (PRPP) a vysvětlete ústřední roli tohoto metabolitu v metabolismu nukleotidů.
7. Diferencujte souhru a relativní příspěvky de novo a záchranných drah při udržování hladin purinových a pyrimidinových nukleotidů v ustáleném stavu.
8. Vysvětlete roli adenylátkinázy při interkonverzi nukleotidů a spojte ji s katabolismem adeninnukleotidů během období zvýšené poptávky nebo snížené nabídky ATP.
9. Shrňte katabolismus purinových nukleotidů a vysvětlete význam alternativních katabolických drah adeninových nukleotidů za fyziologických (jako je intenzivní anaerobní cvičení) a patofyziologických (jako je ischemie myokardu) podmínek.
10. Identifikujte vrozené chyby metabolismu purinů (jako jsou deficity HPRTázy a adenosindeaminázy) a Porovnejte jejich primární klinické projevy.
11. Popište reakci ribonukleotidreduktázy a její regulaci a vysvětlete její roli v chemoterapii rakoviny a při deficitu adenosindeaminázy.
12. Shrňte metabolismus folátu a vysvětlete jeho souvislost s metabolismem nukleotidů (jako je syntéza thymidinu a IMP).
13. Porovnejte účinky 5-fluoruracilu (5-FU) a methotrexátu (MTX) na syntézu thymidinu.
14. Vysvětlete mechanismy, kterými antifoláty narušují růst bakterií. Diskutujte o úloze antifolátů při léčbě bakteriálních infekcí.
15. Popište syntézu S-adenosylmethioninu a jeho roli v methylačních reakcích.
16. Vysvětlete, jak nedostatek kobalaminu vede k sekundárnímu nedostatku folátu.

Další témata

1. Popište rozdíl mezi pojmy hyperurikémie a dna a uveďte, co ovlivňujehladinu kyseliny močové.
2. Vysvětlete vztah mezi nerozpustností kyseliny močové a dnou.
3. Vysvětlete rozdíl mezi xanthindehydrogenázou/oxidázou a vysvětlete, jak alopurinol inhibuje tvorbu kyseliny močové.

Výživa

1. Popište a na příkladech demonstrujte důsledky nedostatku nebo toxicity mikroživin a stopových prvků (např. osteopenie, nyktalopie, mikrocytární anémie a megaloblastická anémie).
2. Vysvětlete metabolické důsledky podvýživy a poruch příjmu potravy. Demonstrujte, jaký je jejich vztah s biochemickými markery používanými pro jejich diagnostiku a monitorování.
3. Popište genetické a nutriční příčiny dyslipidemií, poruch souvisejících s obezitou, jako je diabetes typu II a metabolický syndrom. Diskutujte úlohu životního stylu pro tato onemocnění.
4. Vysvětlete a ukažte na příkladech principy preventivních, léčebných a/nebo paliativních strategií pro zvládání stavů nebo onemocnění s nutričním základem/složkou. Například stárnutí, těhotenství, cukrovka, hypercholesterolémie, galaktosémie, nedostatek glukózo-6-fosfátdehydrogenázy, glykogenózy, poruchy cyklu močoviny, střádavé choroby, hyperurikémie/dna, deficity oxidace mastných kyselin, PKU, alkoholismus, otravy (železo, methanol, ethylenglykol).
5. Odhadněte účinky a vedlejší efekty intervencí u stavů nebo nemocí s nutričním základem a vysvětlete jejich molekulární mechanismy. (Například: zvýšení tělesné aktivity při inzulínové rezistenci, inhibitory vstřebávání sacharidů a tuků, umělá sladidla, bariatrická chirurgie, nadměrné užívání antioxidantů).
6. Popište úlohu mikro- a makroživin.
7. Popište principy regulací zpracování a skladování živin.
8. Uveďte, které osoby a skupiny jsou ohrožené nutriční nerovnováhou v důsledku genetických, environmentálních, demografických nebo sociokulturních vlivů.
9. Vysvětlete základy výživy u hlavních chronických a metabolických stavů a onemocnění. Například: obezita, kardiovaskulární onemocnění, hypertenze, diabetes, PKU, anémie
10. Popište společné biochemické znaky poruch výživy.
11. Obecně charakterizujte zdravou výživu z biochemického pohledu.
12. Definujte dusíkovou bilanci a vysvětlete, jak ji ovlivňuje příjem ze stravy, růst a metabolický stres.
13. Definujte esenciální živiny a uveďte příklady esenciálních, podmíněně esenciálních a neesenciálních živin.
14. Uveďte hlavní zdroje mikro- a makroživin.
15. Vysvětlete a na příkladech demonstrujte význam bakteriálního metabolismu pro dostupnost živin.
16. Popište důsledky onemocnění na lidské nutriční požadavky.
17. Z biochemického a molekulárního pohledu posuďte věrohodnost výživových doporučení uváděných v lékařské i laické literatuře na základě vědeckých důkazů a biochemických úvah.