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 oboru Genomika a proteomika se sestává ze tří hlavních předmětů – genomika, proteomika, a strukturní biochemie, a dále z jednoho ze dvou volitelných – molekulární biologie nebo pokročilá analytická chemie. V rámci každého předmětu budou položeny dvě otázky dle níže uvedeného sylabu.
1. Strukturní biochemie
1. Proteiny – struktura a funkce
– Biogenní vznik proteinů a peptidů, aminokyseliny a jejich vlastnosti
– Proteiny – primární, sekundární a terciární struktury
– Skládání proteinů
– Typy proteinů – strukturní, funkční
2. Vazba ligand-protein
– Typy interakcí – typy interagujících molekul, typy vazby, multivalentní interakce
– Popis interakce – disociační konstanta, kooperativita vazby
– Využití a funkce vazby ligandů na proteiny
3. Enzymy
– Enzymy jako biokatalyzátory, stabilita enzymů
– Aktivní místo – kofaktory, koenzymy, prostetické skupiny
– Enzymová kinetika – rychlost enz. reakce, aktivita, rovnice Michaelis-Mentenové, určení KM a maximální rychlosti
– enzymová regulace – aktivace, inhibice
4. Protein-proteinové interakce
– Typy PPI
– Vliv PTM na PPI
– Proteinové domény rozeznávající PTM
– Metody analýzy PPI
5. DNA-proteinové interakce
– Typy vazebných domén
– Transkripční faktory
– Technologie editace genomu
6. Posttranslační modifikace proteinů
– Typy a funkce PTM
– Ubikvitin a ubikvitin-like modifikace
– Proteasom a degradace proteinů
7. Proteinové komplexy
– Kvarterní struktura
– Alosterie
– Identifikace a analýza proteinových komplexů
8. Komplexy chromatinu
– Nukleosom
– SMC komplexy
– Komplexy centromer
– Komplexy telomer
– Remodelační komplexy
9. Vztah funkce a struktury proteinů
– Transport
– Imunochemie
– Cytoskelet
– Receptory
10. Evoluce proteinů a proteinových komplexů
– Mutace (synonymní a nesynonymní)
– Duplikace, divergence, selekční tlaky
– Shuffling domén, neofunkcionalizace
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. Rozdíly v základních dogmatech reverzní a přímé genetiky
3. Identifikace genů
– Ab initio
– Experimentální
4. Reverzní genetika
– Identifikace a analýza sekvenčně specifických mutantů
– Metody identifikace přesného místa inzerce
– Potvrzení příčinné souvislosti mezi fenotypem a inzerční mutací
5. Genetika přímá
– Využití knihoven inzerčních mutantů v postupech přímé genetiky
– Vyhledávání v knihovnách inzerčních mutantů podle různých kritérií, fenotypové profilování
– Identifikace mutovaného lokusu
6. Chemická genetika
7. Mechanismus umlčování genů pomocí RNA interference
8. Analýza genové exprese
– Kvantitativní – qRT PCR, čipy, next-generation 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
9. Proteinové interakce v genových regulacích
– Funkční význam – struktura chromatinu, regulace transkripce, lokalizace mRNA, stabilita proteinů, přenos signálu
10. 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 oragizmů
– Genové katalogy
– Organelární genomy
11. Sekvenování a jeho využití v genomice
– Metody redukce genomové komplexity pro sekvenování – renaturace a exonukleázy, metylační filtrování, sortování chromozomů
– Princip Sangerova sekvenování
– Principy hlavních současných metod NGS sekvenování – 454, Solid, Solexa/Illumina, Ion Torrent
12. 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
13. Základy systémové biologie
– Koncept
– Mechanizmy vzájemných genových regulací
– Genové regulační sítě – pozitivní a negativní samoregulační smyčky a jejich funkční význam
14. Nástroje systémové biologie
– Analýza genové ontologie
– Matematické modelování genových regulačních sítí
15. Praktické aplikace funkční genomiky
– Individualizovaná medicína – multigenová podmíněnost onemocnění, využití genového klastrování
– Genová terapie
– Regenerativní medicína
– Biotechnologie – význam a bezpečnost GMO
3. Proteomika
1. Úvod do proteomiky
– Peptid, protein, proteom, vztah genom-transkriptom-proteom-metabolom
– Struktura proteinů, vztah struktury a vlastností proteinu, posttranslační modifikace – základní druhy a jejich význam
– Proteomika, přístupy v proteomice (expresní/diferenční proteomika, strukturní proteomika, funkční proteomika)
2. Metody v proteomice
– Příprava proteinových vzorků – základní postupy izolace proteinů, frakcionace modifikovaných peptidů/proteinů
– Rekombinantní proteiny – exprese a příprava
– Separace a frakcionace proteinů/peptidů – chromatografické metody, elektromigrační metody (elektroforéza, izoelektrická fokusace), vícerozměrné separace komplexních směsí, význam separace v proteomice
– Charakterizace proteinů – imunoanalýza, hmotnostní spektrometrie (princip, základní typy instrumentace), rentgenová strukturní krystalografie, cirkulární dichroismus aj.)
– Identifikace proteinu – metody a postupy (pomocí hmotnostní spektrometrie, databázové prohledávání, de novo sekvenování, imunoanalýza, Edmanovo sekvenování)
– Kvantifikace proteinů – metody a postupy (princip relativní a absolutní kvantifikace, přístup izotopovými značkami a bez značek v MS, imunoblot (western blot))
3. Expresní/diferenční proteomika
– Exprese proteinů a její regulace – genová úroveň, sestřih, posttranslační umlčování, atp.
– Přístupy expresní proteomiky – metody a postupy pro kvalitativní a kvantitativní charakterizaci proteomu
4. Strukturní proteomika
– Struktura proteinu – domény, skládání, vztah struktury a funkce
– Přístupy strukturní analýzy – metody a jejich použití
– Modelování – strukturní model a jeho zpřesňování
5. Funkční proteomika
– Proteinové interakce – domény, typy vazeb, interaktom, význam proteinových interakcí
– 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
4. Molekulární biologie
1. Biologické makromolekuly – struktura a funkce
– Nukleové kyseliny a nukleotidy
– Proteiny a aminokyseliny
– Polysacharidy a jejich podjednotky
2. Buněčné membrány, jejich složení a funkce, transportní procesy
– Cytoplazmatická membrána
– Jaderná membrána
– Buněčná stěna
– Organelové membrány
3. Replikace DNA
– Princip semikonzervativní replikace
– Počátky replikace, struktura replikační vidlice
– Enzymy a další faktory zajišťující replikaci DNA
4. Transkripce a reverzní transkripce
– Základní typy RNA v buňce
– RNA polymerázy
– Posttranskripční úpravy RNA
5. Translace a genetický kód
– Základní složky proteosyntézy (ribozómy, tRNA, mRNA, aminoacyltransferázy)
– Genetický kód a jeho degenerace
– Kodóny a jejich interakce s tRNA
6. Mutace a opravy DNA
– Vznik mutací, mutageny, somatické a gametické mutace, mutageneze
– Fenotypové důsledky mutací, příklady, dědičná onemocnění
– Mechanismy opravy DNA (fotoreaktivace, excizní oprava, nehomologní a homologní rekombinace)
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. Regulace genové exprese
– Pozitivní a negativní regulace genové exprese, indukce a represe
– Regulace genové exprese u prokaryot a virů, příklady
– Regulace genové exprese u eukaryot
9. Metody molekulární biologie
– Principy izolace nukleových kyselin a proteinů
– Restrikční endonukleázy a další enzymy používané v manipulacích s DNA a RNA
– Southernův přenos a hybridizace, hybridizace in situ, značení sond
– PCR a RT-PCR, kvantitativní varianty, aplikace
– Molekulární klonování, klonovací vektory, aplikace
– Stanovení sekvence DNA/RNA
10. Struktura chromozomů a chromatinu
– Prokaryotický a eukaryotický chromozóm, jeho topologie a složení
– Chromatin a nukleozóm jako jeho základní podjednotka
– Základní funkční elementy euk. chromozómů – centromery, telomery a replikační počátky
– Nehistonové proteiny chromatinu
11. Epigenetika
– Definice pojmu epigenetika
– Epigenetické procesy a jejich molekulární mechanismy (příklady)
– Epigenetické mechanismy regulace exprese genů
– Genetické a epigenetické regulace ontogeneze
12. Buněčný cyklus a jeho regulace
– Fáze buněčného cyklu
– Cykliny a cyklin-dependentní kinásy
– Regulace anafáze (APC)
– Mitóza a meióza
5. Pokročilá analytická chemie
1. Analytický proces a vyhodnocování výsledků
– měření a stanovení – normální rozdělení dat, vyjadřování výsledku
– přesnost a správnost výsledků; náhodná a systematická chyba
– analytický signál, kalibrace, standardizace, specifita a selektivita
– parametry analytické metody – mez detekce a stanovitelnosti
2. Separační metody
– základy chromatografických separací: teorie, chromatogram, rozlišení, kvalitativní a kvantitativní informace
– kapalinová chromatografie: stacionární fáze; mobilní fáze a eluční síla
– chromatografie na normální a obrácené fázi
– iontově výměnná chromatografie
– afinitní chromatografie (IMAC, MOAC, imunoafinitní metody…)
– chromatografie s hydrofilními a hydrofobními interakcemi
– molekulová vylučovací chromatografie / gelová permeační chromatografie
– elektromigrační techniky: teorie, elektroforetogram
– gelová elektroforéza; kapilární zónová elektroforéza, izotachoforéza; izoelektrická fokusace
3. Analýza sloučenin a molekulově specifická analýza
– spektrofotometrie – Bouger-Lambert-Beerův zákon, měření zákalu (nefelometrie, turbidimetrie)
– luminiscenční metody (fluorescence, bioluminiscence) – kvantový výtěžek, excitace, emise
– hmotnostní spektrometrie: princip; ionizační techniky; hmotnostní analýza, detekce iontů; kombinované techniky; tandemová hmotnostní spektrometrie; kvalitativní, kvantitativní a strukturní analýza
– radioaktivní značení – typy radioaktivních rozpadů, využívané radioaktivní prvky v bioanalytice, metody detekce
4. Bioanalytické metody
– určování molekulové hmotnosti biopolymerů (SEC/GPC, SDS-PAGE, MS…)
– metody ke studiu struktury biopolymerů (CD, rentgenová krystalografie…)
– metody sledování interakcí makromolekul s ligandy (protein-proteinové interakce, interakce protein-nukleové kyseliny)
Srovnávací literatura
Strukturní biochemie
- Textbook of Structural Biology, A. Liljas, L. Liljas, J. Piskur, G. Lindblom, P. Nissen, M. Kjeldgaard: World Scientific Publishing Co., Singapore, 2009
- 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
- Uetz P. and Finley RL Jr.: From protein networks to biological systems, FEBS Lett. 2005, 21;579(8):1821-7.
Genomika
- Introduction to genomics, Lesk, A. M., Oxford university press, 2007
- Molecular biology of the cell, Alberts, B., Wilson, J.H., and Hunt, T., New York: Garland Science, 2008
- Discovering genomics, proteomics and bioinformatics : A. M. Campbell et al., Benjamin Cummings 2002
- Plant functional genomics, Grotewold, E. , Totowa, N.J.: Humana Press, 2003
- Úvod do praktické bioinformatiky, Cvrčková, F., Academia, Praha, 2006
- Genomes, T.A., Brown, Third Edition. Garland Science, London, 2006
- Genetika, Snustad D.P., Simmons M.J., Masarykova univerzita, Brno, 2009
Proteomika
- Proteome research : mass spectrometry. Edited by Peter James. Berlin: Springer-Verlag, 2001
- Protein Sequencing and Identification using Tandem Mass Spectrometry. Michael Kinter and Nicholas E.Sherman. New York : Wiley-Interscience, 2000
- Handbook of Proteomic Methods. Edited by P. Michael Conn. Totowa : Humana Press, 2003
Molekulární biologie
- Úvod do molekulární biologie, 1.-3. díl, Edited by Rosypal. S., 4. Vydání, Stanislav Rosypal, Brno, 2006
- Úvod do molekulární biologie, 4.díl., Rosypal, S., Doškař, J., Petrzik, K., Růžičková, V. Třetí inovované vydání. Stanislav Rosypal, Grafex, Brno, 2002
- Genetika, Snustad D.P., Simmons M.J., Masarykova univerzita, Brno, 2009
- Základy buněčné biologie :úvod do molekulární biologie buňky. Alberts, B., 2. vyd., Ústí nad Labem : Espero Publishing, 2006
- Genomes, T.A.. Brown, Third Edition. Garland Science, London, 2006
Pokročilá analytická chemie
- Analytical chemistry. Christian, G. D., 6th ed. Hoboken, NJ : John Wiley & Sons, 2003
- Trace quantitative analysis by Mass spectrometry, Boyd et al., Willey 2008
- Bioanalytical chemistry, Mikkelsen, Susan R, Cortón, Eduardo. Hoboken, N.J., John Wiley & Sons, 2004
- Analytické separační metody, Štulík, Karel. 1. vyd. Praha, Karolinum, 2004
Komise pro SZZ
Genomika – doc. Hejátko, prof. Fajkus, doc. Lysák, doc. Pečinka (Ostrava)
Proteomika – doc. Zdrahal, prof. Hernychová (Pardubice), doc. Havliš
Strukturní biochemie – doc. Paleček, prof. Šebela (Olomouc)
Molekulární biologie – prof. Fajkus, doc. Hejátko, doc. Paleček
Pokročilá analytická chemie – doc. Havliš, prof. Šebela (Olomouc), doc. Zdráhal
Plán SZZ a obhajob DP pro akademický rok 2016/2017
obhajoba + zkouška – cca 90 minut
místo konání: A2, 2.11
8. června, 2015
složení komise:
Fajkus (předseda), Zdráhal (místopředseda), Paleček, Šebela, Lysák, Hejátko
08:00 – 09:30 Klíč, Václav (vedoucí dr. Čejková, oponent dr. Paštěková, LF MU)
09:30 – 11:00 Lyčka, Martin (vedoucí dr. Fojtová, oponent dr. Havran, BFÚ)
11:00 – 12:30 Rájecká, Veronika (vedoucí prof. Fajkus, oponent dr. Crhák Khaitová)
9. června, 2015
složení komise:
Fajkus (předseda), Zdráhal (místopředseda), Paleček, Šebela, Lysák, Hejátko
09:00 – 11:30 Vasarábová, Ivana (vedoucí doc. Paleček, oponent dr. Zabrady, Uni St. Andrews, UK)
11:30 – 13:00 Vávra, Ondřej (vedoucí dr. Brezovský, oponent dr. Martínek, VUT FIT)
13:00 – 14:30 Závodník, Michal (vedoucí prof. Fajkus, oponent dr. Peška)