Státní závěrečná zkouška

Státní závěrečná zkouška

Závěrečná státní zkouška se skládá z obhajoby diplomové práce a z vlastní státní zkoušky před komisí pro státní zkoušku, rozsah zkoušky je dán výše uvedenými požadavky. Při zkoušce je kladen důraz především na to, co se uchazeč měl naučit zejména v rámci povinných a povinně volitelných přednášek magisterského studia.

Obsah a rozsah státní závěrečné zkoušky

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce – Genomika a proteomika
Státní závěrečná zkouška pro studenty navazujícího magisterského programu Biochemie, specializace Genomika a proteomika se sestává ze tří předmětů – genomika, proteomika, a pokročilá biochemie. Sylaby těchto zkouškových předmětů jsou zveřejněny v hlaní části této stránky.

Sylaby státnicových předmětů

1. Pokročilá biochemie

1. Úvod do genomiky. Základy bioinformatiky – definice pojmů, zdroje dat. Teorie základních bioinformatických nástrojů. Definice a struktura genů, in silico a a experimentální identifikace genů, určení sekvence nukleových kyselin (Sanger, NGS). Genetika přímá vs. reverzní – rozdíly v myšlenkových a experimentálních přístupech. Genová exprese a fenotypové profilování – metody kvalitativní i kvantitativní analýzy genové exprese (in vitro a in vivo lokalizace mRNA a proteinů; transkripční vs. translační fúze; DNA čipy a next-gene profilování), tkáňově a buněčně specifická analýza genové exprese na genomové úrovni.

2. Úvod do proteomiky. Definice pojmů protein, proteoforma, proteom, proteotyp. Proteinové databáze, vyhledání a určení základních vlastností proteinů in silico a pomocí experimentálních přístupů. Analýza proteinů pomocí hmotností spektrometrie (MS) – principy a možnosti v biochemii. Vysokoprostupná analýza proteinů a proteomů, principy necílené a cílené kvantifikace. Funkční proteomika, analýza interakcí protein-protein a proteinových komplexů, klasifikace proteinových vzorků pomocí MS. Návrh experimentu, analýza dat, interpretace a validace. Imunochemické přístupy a jejich komplementarita. Strukturní přístupy na bázi MS.

3. Příprava rekombinantních proteinů. Definice, historie. Expresní systémy, vektory, značky. Amplifikace genu, klonování, selekce buněk s klonovaným genem, indukce exprese. Místně cílená mutageneze.

4. Extrakce, purifikace a kvantifikace proteinů. Lýze buněk, inhibice proteolýzy a oxidace, solubilizace inkluzních tělísek. Nechromatografické metody – frakcionace, ultrafiltrace, diferenciální centrifugace, preparativní elektroforéza a izoelektrická fokusace. Chromatografické metody – gelová permeační, iontově výměnná, chromatofokusace, hydrofobní, afinitní, kovalentní. Metody stanovení celkového proteinu. Kritéria čistoty proteinu.

5. Stavba proteinů. Sekundární struktury, motivy terciárních struktur, kvartérní struktura, intra- a intermolekulární interakce stabilizující proteinové struktury (hydrofobní efekt, iontové interakce, vodíkové vazby, disulfidové vazby).

6. Určení prostorové struktury biopolymerů. CD a IR spektrometrie, NMR, rentgenostrukturní analýza, elektronová mikroskopie, 3D-MS. Homologní modelování na základě známých struktur.

7. Kinetika a energetika enzymové reakce. Experimentální stanovení kinetických parametrů ve stacionárním a prestacionárním stavu. Interpretace v rámci teorie aktivovaného komplexu. Kvantitativní vyjádření „dokonalosti“ enzymové katalýzy a selektivity enzymového působení.

8. Inhibitory enzymů v praxi. Klasifikace inhibitorů, stanovení inhibičních konstant. Příklady inhibitorů a mechanismu jejich účinku: léčiva, herbicidy, toxiny.

9. Bioenergetika. Chemiosmotický mechanismus konzervace energie. Principy organizace elektrontransportních řetězců u mitochondrií, chloroplastů a bakterií. Zapojení mitochondrií a chloroplastů do buněčného metabolismu.

10. Molekulové motory. Bakteriální bičíky, rotační katalýza v ATP synthase, kinesiny, dyneiny, myosiny, cytoskeletální transport, činnost svalů, řasinek a bičíků

11. Mezibuněčná a vnitrobuněčná signalizace. Signály intrakrinní, autokrinní, juxtakrinní, parakrinní a endokrinní. Hormony (eikosanoidy, steroidy, deriváty aminokyselin). Receptory spojené s iontovými kanály, G-proteiny a tyrosinkinasou; intracelulární receptory. Druzí poslové a jejich funkce – cAMP, cGMP, inositoltrisfosfát, Ca²⁺, NO, diacylglycerol, fosfoinositidy. Příklady signálních drah.

12. Integrace a regulace energetického metabolismu u člověka. Energetické zásoby. Zdroje ATP (ADP/adenylátkinasa, fosfokreatin/kreatinkinasa, anaerobní a aerobní metabolismus), působení hormonů, kontrolní místa regulace metabolismu sacharidů a lipidů, funkce AMP-dependentní proteinkinasy, orgánová specifita.

2. Genomika
1. Základy bioinformatiky
– definice
– databázové zdroje
– základní analytické nástroje – vyhledávání podobných sekvencí, identifikace otevřených čtecích rámců, vyhledávání konsenzuálních sekvencí, konstrukce genových map

2. Biologické makromolekuly – struktura a funkce
– nukleové kyseliny a nukleotidy
– proteiny a aminokyseliny
– polysacharidy a jejich podjednotky

3. Základní procesy a funkce genetického materiálu:
– replikace
– transkripce a posttranskripční úpravy, reverzní transkripce
– translace a genetický kód
– mutace a opravy DNA

4. Struktura chromozomů a chromatinu
– prokaryotický a eukaryotický chromozóm, jeho topologie a složení
– chromatin a nukleozóm jako jeho základní podjednotka
– základní funkční elementy eukaryotických chromozómů – centromery, telomery a replikační počátky nehistonové proteiny chromatinu

5. Základní strukturní rysy organizace genomů jednotlivých organizmů včetně člověka
– kódující a nekódující DNA – strukturní geny, RNA geny (rRNA, pre-miRNA a shRNA), transpozony, distribuce genů
– srovnání genomů jednotlivých typů organizmů
– genové katalogy
– organelové genomy

6. Epigenetika a epigenomika
– definice pojmu epigenetika
– epigenetické procesy a jejich molekulární mechanismy (příklady)
– epigenetické mechanismy regulace exprese genů
– genetické a epigenetické regulace ontogeneze
–
7. Gen
– Mendelovo pojetí, Mendelovy principy dědičnosti
– další možné definice genu / pojetí genu, z hlediska jeho funkce a materiální podstaty
– základní struktura prokaryotického a eukaryotického genu

8. Identifikace genů
– ab initio
– experimentální

9. Reverzní genetika
– cílená mutageneze a editování genomu. Příprava, Identifikace a analýza sekvenčně specifických mutantů
– metody identifikace přesného místa inzerce, resp. editace
– potvrzení příčinné souvislosti mezi fenotypem a mutací

10. Genetika přímá
– využití knihoven inzerčních mutantů v postupech přímé genetiky
– vyhledávání v knihovnách inzerčních mutantů podle různých kritérií, fenotypové profilování
– identifikace mutovaného lokusu

11. Chemická genetika a její aplikace

12. Regulace genové exprese a mechanismus umlčování genů pomocí RNA interference a jeho využití v praxi
– pozitivní a negativní regulace genové exprese, indukce a represe
– regulace genové exprese u prokaryot a virů, příklady
– regulace genové exprese u eukaryot

13. Analýza genové exprese
– kvantitativní – qRT PCR, čipy, RNASeq – NGS transkripční profilování
– kvalitativní – transkripční fúze, translační fúze, tkáňově a buněčné specifická analýza – transkripční mapy, in vivo analýza lokalizace RNA
– in silico – elektronické databáze a vyhledávání v nich

14. Sekvenování a jeho využití v genomice
– metody redukce komplexity genomu/transkriptomu pro sekvenční analýzu – renaturace a exonukleázy, metylační filtrování, sortování chromozomů, cílená deplece rRNA/rDNA, panely
– princip Sangerova sekvenování
– pPrincipy hlavních současných metod NGS a sekvenování třetí generace – Solexa/Illumina, Ion Torrent, Oxford Nanopore, PacBio

15. Genomika buněčných komunikací
– metody lokalizace molekul in vivo – proteiny, RNA, RNA lokalizační kódy
– vnitrobuněčný transport proteinů a jeho funkční význam – sortování proteinů a jeho signály, jaderný transport, mitochondriální transport
– pokročilé techniky konfokální mikroskopie ve studiu vnitrobuněčné lokalizace proteinů – FRAP, fotoaktivovatelné fluorescenční proteiny, FLIM, FCS

16. Základy systémové biologie
– koncept
– mechanizmy vzájemných genových regulací
– genové regulační sítě – pozitivní a negativní samoregulační smyčky a jejich funkční význam

17. Nástroje systémové biologie
– analýza genové ontologie
– matematické modelování genových regulačních sítí

18. Praktické aplikace funkční genomiky
– individualizovaná medicína – multigenová podmíněnost onemocnění, využití genového klastrování
– molekulární diagnostika a genová terapie
– regenerativní medicína
– biotechnologie – význam a bezpečnost GMO

3. Proteomika
1. Úvod do proteomiky
– peptid, protein, proteoforma, proteom, proteotyp, vztah genom-transkriptom-proteom-metabolom
– biogenní vznik proteinů a peptidů, aminokyseliny a jejich vlastnosti, primární, sekundární, terciární a kvartérní struktura, typy proteinů – strukturní, funkční, posttranslační modifikace – základní druhy a jejich význam
– enzymy jako biokatalyzátory, stabilita enzymů, aktivní místo – kofaktory, koenzymy, prostetické skupiny, enzymová kinetika – rychlost enzymové reakce, aktivita, rovnice Michaelis-Mentenové, určení KM a maximální rychlosti, enzymová regulace – aktivace, inhibice
– evoluce proteinů a proteinových komplexů, mutace (synonymní a nesynonymní), duplikace, divergence, selekční tlaky; přeskupování domén, neofunkcionalizace

2. Metody v proteomice
– příprava proteinových vzorků – základní postupy izolace proteinů, frakcionace modifikovaných peptidů/proteinů
– rekombinantní proteiny – expresní systém (bakteriální, kvasinkový, hmyzí buňky s bakuloviry), základní postupy izolace a purifikace rekombinantních proteinů, využití afinitních kotev a jejich odstraňování
– separace a frakcionace proteinů/peptidů – chromatografické metody (RPLC, IMAC, MOAC, SEC, HILIC, HIC), elektromigrační metody (elektroforéza, izoelektrická fokusace), vícerozměrné separace komplexních směsí, význam separace v proteomice
– charakterizace proteinů – imunoanalýza, hmotnostní spektrometrie (princip; ionizační techniky; hmotnostní analýza, detekce iontů; kombinované techniky; tandemová hmotnostní spektrometrie; kvalitativní, kvantitativní a strukturní analýza), metody určení molekulové hmotnosti proteinů

3. Expresní/diferenční proteomika
– exprese proteinů a její regulace – genová úroveň, sestřih, posttranslační umlčování atp.
– přístupy expresní proteomiky – izolace, separace, charakterizace proteomu/proteotypu
– kvalitativní analýza – identifikace proteinu, její metody a postupy (hmotnostní spektrometrie, databázové prohledávání, de novo sekvenování, imunoanalýza, Edmanovo sekvenování)
– kvantifikace proteinů – metody a postupy (princip relativní a absolutní kvantifikace, přístup s izotopovými hmotnostními značkami a bez značek v MS, imunoblot (westernový blot))

4. Strukturní proteomika
– struktura proteinu – domény, skládání
– vztah struktury, vlastností a funkce proteinů – transport, imunochemie, cytoskelet, receptory
– přístupy strukturní analýzy – metody a jejich použití (CD, rentgenová krystalografie…)
– modelování – strukturní model a jeho zpřesňování

5. Funkční proteomika
– proteinové interakce – domény, typy interakcí (protein-protein, protein-DNA, protein-ligand), interaktom, komplexom, význam proteinových interakcí
– vliv PTM na proteinové interakce – proteinové domény rozeznávající PTM
– metody analýzy protein-proteinových interakcí in vivo – koimunoprecipitace, kvasinkový dvouhybridní test (Y2H), koimunoprecipitace, tandemová afinitní purifikace (TAP-Tag), bimolekulární fluorescenční komplementace (BiFC), analýza zprostředkované membránové vazby (MeRA)
– charakterizace proteinových komplexů – metody izolace a analýzy proteinových komplexů

6. Proteomická bioinformatika
– proteomické databáze a nástroje – typy, obsažené informace
– využití bioinformatických databází v proteomice

7. Proteomické aplikace
– možnosti využití proteomiky v základním a aplikovaném výzkumu (studium mechanizmů buněčných procesů, struktura proteinů, klinické aplikace, identifikace bakterií atp.)
– základní experimentální přístupy pro řešení výše uvedených aplikací

Doporučená literatura

Pokročilá biochemie

1. Textbook of Structural Biology, A. Liljas, L. Liljas, J. Piskur, G. Lindblom, P. Nissen, M. Kjeldgaard: World Scientific Publishing Co., Singapore, 2009
2. Protein-protein interactions. Edited by E.A. Golemis and P.D. Adams. 2nd ed. Cold Spring Harbor, New York, N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2005
3. Uetz P. and Finley RL Jr.: From protein networks to biological systems, FEBS Lett. 2005, 21;579(8):1821-7.
4. Analytical chemistry. Christian, G. D., 6th ed. Hoboken, NJ : John Wiley & Sons, 2003
5. Trace quantitative analysis by Mass spectrometry, Boyd et al., Willey 2008
6. Bioanalytical chemistry, Mikkelsen, Susan R, Cortón, Eduardo. Hoboken, N.J., John Wiley & Sons, 2004
7. Analytické separační metody, Štulík, Karel. 1. vyd. Praha, Karolinum, 2004

Genomika

1. Introduction to genomics, Lesk, A. M., Oxford university press, 2007
2. Molecular biology of the cell, Alberts, B., Wilson, J.H., and Hunt, T., New York: Garland Science, 2008
3. Discovering genomics, proteomics and bioinformatics : A. M. Campbell et al., Benjamin Cummings 2002
4. Plant functional genomics, Grotewold, E. , Totowa, N.J.: Humana Press, 2003
5. Úvod do praktické bioinformatiky, Cvrčková, F., Academia, Praha, 2006
6. Genomes, T.A., Brown, Third Edition. Garland Science, London, 2006
7. Genetika, Snustad D.P., Simmons M.J., Masarykova univerzita, Brno, 2009
8. Úvod do molekulární biologie, 1.-3. díl, Edited by Rosypal. S., 4. Vydání, Stanislav Rosypal, Brno, 2006
9. Úvod do molekulární biologie, 4.díl., Rosypal, S., Doškař, J., Petrzik, K., Růžičková, V. Třetí inovované vydání. Stanislav Rosypal, Grafex, Brno, 2002
10. Genetika, Snustad D.P., Simmons M.J., Masarykova univerzita, Brno, 2009
11. Základy buněčné biologie :úvod do molekulární biologie buňky. Alberts, B., 2. vyd., Ústí nad Labem : Espero Publishing, 2006
12. Genomes, T.A.. Brown, Third Edition. Garland Science, London, 2006

Proteomika

1. Proteome research : mass spectrometry. Edited by Peter James. Berlin: Springer-Verlag, 2001
2. Protein Sequencing and Identification using Tandem Mass Spectrometry. Michael Kinter and Nicholas E.Sherman. New York : Wiley-Interscience, 2000
3. Handbook of Proteomic Methods. Edited by P. Michael Conn. Totowa : Humana Press, 2003

Komise pro SZZ
Genomika – prof. Fajkus, prof. Lysák, doc. Pečinka (Ostrava), doc. Hejátko,
Proteomika – prof. Zdráhal, prof. Šebela (Olomouc), doc. Paleček, doc. Havliš
Pokročilá biochemie biochemie – prof. Šebela (Olomouc), , doc. Hejátko, doc. Paleček, doc. Havliš

Plán SZZ a obhajob DP pro akademický rok 2020/2021

obhajoba + zkouška – cca 90 minut
místo konání: A2, 2.11

X. XXXX, 2021
složení komise:
Fajkus (předseda), Havliš, Hejátko, Lysák, Paleček, Pečinka, Šebela, Zdráhal

Časový harmonogram červencového termínu bude následovat klasické schéma obhajoba + státní zkouška (celé cca 1:45 h). Po 12:00 bude následovat 30 min pauza.

1) 09:00 – 10:30 bc. Alžbeta Kusová (vedoucí dr. Petra Procházková Schrumpfová, oponent dr. Blanka Pekárová)
2) 10:30 – 12:00 bc. Jana Porubská (vedoucí dr. Jana Fulnečková, oponent dr. Michal Franek)
3) 12:30 – 14:00 bc. Petra Kováčiková (vedoucí doc. Miloslava Fojtová, oponent dr. Markéta Pernisová)
4) 14:00 – 15:30 bc. Hana Josková – oprava SZZ (dva předměty)
5) 15:30 – 16:00 bc. Josef Hodulák – oprava SZZ (dva předměty)