TEMATYKA SEMINARIÓW Z BIOCHEMII OGÓLNEJ I ŻYWNOŚCI
DLA STUDENTÓW KIERUNKU DIETETYKA
W ROKU AKADEMICKIM 2012/2013
Zalecane podręczniki:
Biochemia. Podręcznik dla studentów studiów licencjackich i magisterskich.
Edward Bańkowski, MedPharm 2006
Dietetyka. Żywienie zdrowego i chorego człowieka.
Helena Ciborowska, Anna Rudnicka, PZWL 2007
Seminarium 1. Enzymy i witaminy.
Budowa enzymów - pojęcia apoenzym, holoenzym, grupa prostetyczna, koenzym, centrum aktywne. Mechanizm działania enzymów. Wpływ czynników fizykochemicznych (temperatura, pH, siła jonowa) na szybkość reakcji enzymatycznych. Podział enzymów na klasy. Kinetyka reakcji enzymatycznych - szybkość początkowa i maksymalna reakcji, stała Michaelisa-Menten. Hamowanie reakcji enzymatycznych (odwracalne, nieodwracalne, kompetycyjne, niekompetycyjne). Budowa i rola enzymów allosterycznych (ogólnie). Pojęcia - izoenzymy i rybozymy. Wykorzystanie oznaczeń enzymów w diagnostyce (dehydrogenaza mleczanowa, aminotransferazy, kinaza kreatynowa). Klasyfikacja, nazewnictwo i rola witamin. Udział witamin w reakcjach enzymatycznych. Skutki niedoboru witamin w organizmie.
Seminarium 2. Bioenergetyka i utlenianie biologiczne.
Procesy energetyczne - pojęcia katabolizm, anabolizm, przemiana materii (podstawowa, ponadpodstawowa), procesy endo- i egzoenergetyczne. Związki wysokoenergetyczne - 1,3-bisfosfoglicerynian, fosfoenolopirogronian, fosfokreatyna, karbamoilofosforan. Centralna rola ATP w przekazywaniu energii. Schemat katabolizmu cukrów, tłuszczów i białek do CO2 i H2O. Oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu: enzymy, koenzymy i regulacja procesu. Cykl kwasów trikarboksylowych - reakcje poszczególnych etapów. Fosforylacja substratowa w cyklu. Reakcje anaplerotyczne i regulacja aktywności enzymów uczestniczących w cyklu. Schemat łańcucha oddechowego, jego organizacja w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Fosforylacja oksydacyjna - teoria chemiosmotyczna Mitchela. Inhibitory łańcucha oddechowego i oksydacyjnej fosforylacji, związki rozprzęgające. Bilans energetyczny utleniania NADH + H+ i FADH2 w łańcuchu oddechowym. Obliczanie efektów energetycznych całkowitego spalenia (do CO2 i H2O) określonej liczby moli pirogronianu i acetylo-CoA.
Seminarium 3. Metabolizm węglowodanów.
Trawienie i wchłanianie węglowodanów w przewodzie pokarmowym. Transport glukozy przez błonę komórkową (wpływ insuliny) oraz zużycie glukozy przez narządy (wątroba) i tkanki (nerwowa, mięśniowa, tłuszczowa). Glikoliza w warunkach tlenowych oraz beztlenowych - etapy, enzymy, efekty energetyczne, regulacja. Bilans energetyczny katabolizmu glukozy w warunkach tlenowych i beztlenowych w powiązaniu z cyklem kwasów trikarboksylowych oraz łańcuchem oddechowym. Glukoneogeneza z mleczanu i glicerolu - reakcje, lokalizacja tkankowa, regulacja, bilans energetyczny, odrębności enzymatyczne pomiędzy glikolizą a glukoneogenezą. Cykl pentozofosforanowy - równanie ogólne, znaczenie dla organizmu (połączenie z przemianami tłuszczów, steroidów i nukleotydów). Metabolizm glikogenu - synteza, rozpad, regulacja, specyfika tkankowa. Metabolizm galaktozy i fruktozy oraz zaburzenia w katabolizmie tych monosacharydów (fruktozuria, dziedziczna nietolerancja fruktozy, galaktozemia). Kontrola stężenia glukozy we krwi (insulina, glukagon, adrenalina, glikokortykoidy). Cukrzyca typu I i II.
Seminarium 4. Metabolizm lipidów.
Trawienie tłuszczów prostych i fosfolipidów w przewodzie pokarmowym. Podstawowe lipoproteiny krwi oraz ich funkcja metaboliczna. Lipoliza wewnątrznaczyniowa i wewnątrzkomórkowa. Aktywacja kwasów tłuszczowych w komórce. Transport aktywnych kwasów tłuszczowych do mitochondriów. β-oksydacja kwasów tłuszczowych nasyconych o parzystej i nieparzystej liczbie atomów węgla w cząsteczce oraz nienasyconych kwasów tłuszczowych. Ketogeneza i rozpad związków ketonowych w warunkach prawidłowych oraz w warunkach głodzenia. Czynniki regulujące ketogenezę. Efekty energetyczne spalania związków ketonowych i kwasów tłuszczowych. Transport acetylo-CoA z mitochondriów do cytozolu. Synteza kwasów tłuszczowych: lokalizacja komórkowa, aktywacja acetylo-CoA, budowa i zapis ogólny reakcji katalizowanej przez kompleks syntazy kwasów tłuszczowych. Synteza triacylogliceroli. Budowa i rola fosfolipidów i sfingomielin. Rola cholesterolu w organizmie człowieka. Schemat syntezy cholesterolu de novo, regulacja procesu. Cholesterol jako prekursor hormonów nadnerczy i płciowych, kwasów żółciowych, witaminy D3. Rola niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT).
Seminarium 5. Metabolizm białek i aminokwasów.
Znajomość wzorów wszystkich aminokwasów białkowych. Podział aminokwasów na niezbędne i nie niezbędne. Białka pełno- i niepełnowartościowe, bilans azotowy. Aminokwasy tylko glukogenne, gluko- i ketogenne oraz tylko ketogenne. Trawienie białek w przewodzie pokarmowym oraz rozkład białek wewnątrzkomórkowych (rola ubikwityny). Transaminacja - reakcje, enzymy. Deaminacja oksydacyjna - dehydrogenaza glutaminianowa, oksydazy D- i L-aminokwasowe, deaminacja nieoksydacyjna przy udziale liaz (dehydratazy serynowa i treoninowa i amoniakoliaza histydynowa). Deamidacja - glutaminaza, asparaginaza. Detoksykacja amoniaku (synteza mocznika i synteza glutaminy). Cykl mocznikowy - lokalizacja, enzymy, reakcje, regulacja, zużycie energii, hiperamonemia. Katabolizm szkieletów węglowych wybranych aminokwasów. Niektóre wady metaboliczne katabolizmu aminokwasów - fenyloketonuria, tyrozynemia, alkaptonuria. Biosynteza endogennych dla człowieka aminokwasów Ala, Gln, Glu, Asp, Tyr, Gly, Ser, Arg.
Seminarium 6. Produkty przemiany azotowej.
Synteza amin katecholowych - dopominy, noradrenaliny, adrenaliny. Dekarboksylacja aminokwasów dostarczająca amin biogennych (histamina, serotonina, etanoloamina, kwas γ-aminomasłowy). Aminokwasy jako źródło innych związków biologicznie czynnych: hem, kreatyna, tlenek azotu, karnityna, tyroksyna, trijodotyronina. Synteza i katabolizm hemu (ogólnie). Porfirie. Powstawanie bilirubiny. Bilirubina wolna (przedwątrobowa) i sprzężona (wątrobowa). Produkty przemiany bilirubiny w przewodzie pokarmowym. Żółtaczka.
Seminarium 7. Metabolizm nukleotydów.
Budowa zasad azotowych, nukleozydów i nukleotydów pirymidynowych oraz purynowych. Funkcje biologiczne nukleotydów. Synteza nukleotydów pirymidynowych. Zarys syntezy nukleotydów purynowych de novo. Synteza nukleotydów di- i trifosforanowych. Tworzenie deoksyrybonukleotydów. Oszczędzający szlak biosyntezy nukleotydów. Rozpad nukleotydów pirymidynowych i purynowych. Regulacja metabolizmu nukleotydów. Zaburzenia związane z metabolizmem puryn (dna moczanowa, zespół Lesch-Nyhana, ksantynuria).
Seminarium 8. Molekularny mechanizm działania hormonów
Hormony i ich podział według budowy chemicznej i miejsca powstawania. Molekularny mechanizm działania hormonów łączących się z receptorami wewnątrzkomórkowymi. Plan budowy receptora wewnątrzkomórkowego. Sekwencje HRE. Rodzaje receptorów błonowych: siedmiodomenowe, katalityczne, jonotropowe. Hormony działające poprzez zmiany stężenia cAMP w komórce (receptory, rola białek G, cyklazy adenylanowej, fosfodiesterazy cAMP, kinaz białek A). ANP i NO jako związki działające poprzez zwiększenie stężenia cGMP, kinaza białekG, fosfodiesteraza cGMP. Arginina substratem do syntezy NO. Hormony działające poprzez aktywację fosfolipazy C (reakcja z udziałem 4,5-bisfoforanu fosfatydyloinozytolu). Rola białek G, rola IP3, DAG, Ca2+ w wywoływaniu zmian metabolizmu komórki. Receptory o aktywności kinazy tyrozynowej - działanie insuliny (ogólny schemat).
Seminarium 9. Metabolizm ksenobiotyków. Integracja przemian metabolicznych
Źródła reaktywnych form tlenu. Enzymy usuwające toksyczne formy tlenu: katalaza, peroksydaza glutationowa, reduktaza glutationowa, dysmutaza ponadtlenkowa oraz drobnocząsteczkowe związki chroniące organizm przed toksycznym działaniem tlenu. Wątroba jako główne miejsce procesów detoksykacji w ustroju. Rola cytochromu P-450 - reakcje I i II fazy.
Schemat głównych przemian biochemicznych z uwzględnieniem lokalizacji komórkowej. Kluczowe związki metabolizmu komórkowego: glukozo-6-fosforan, pirogronian, acetylo-CoA , HMG-CoA. Podstawowe różnice metabolizmu wyspecjalizowanych tkanek: mózg, wątroba, mięśnie, mięsień sercowy, tkanka tłuszczowa, erytrocyty. Niehormonalna regulacja procesów metabolicznych (kontrola allosteryczna, oddechowa, dostępność substratów) oraz regulacja hormonalna - wpływ insuliny, glukagonu i adrenaliny. Metabolizm tkanek w stanie sytości i procesy adaptacyjne w stanie głodu.
Seminarium 10. Biosynteza kwasów nukleinowych i biosynteza białek
Znajomość wzorów zasad purynowych i pirymidynowych, nukleozydów i nukleotydów. Struktura RNA i DNA. DNA eukariotyczny i bakteryjny. Struktura chromatyny (nukleosom chromatosom, solenoid). Pojęcia: gen, genom, introny, eksony. Replikacja DNA w komórkach prokariotycznych: Rodzaje i funkcje polimeraz DNA zależnych od DNA (pro- i eukariotycznych). Czynniki uczestniczące w procesie replikacji (prymazy, helikazy, topoizomerazy, białka wiążące pojedyńczą nić DNA, ligaza DNA). Rola starterowego RNA. Pojęcia: widełki replikacyjne, fragmenty Okazaki. Rola telomerów i telomerazy w replikacji DNA eukariotycznego. Uszkodzenia DNA i ich naprawa (ogólnie). Transkrypcja w komórkach prokariotycznych - inicjacja, elongacja, terminacja. Rodzaje i funkcje polimeraz RNA zależnych od DNA (pro- i eukariotycznych). Posttranskrypcyjna modyfikacja RNA.
Kod genetyczny i jego cechy. Typy i skutki mutacji punktowych (tranzycja, transwersja, insercja, delecja). Budowa i rola poszczególnych RNA w procesie translacji. Pojęcia: kodon, antykodon. Aktywacja aminokwasów - zapis reakcji. Polisomy. Przebieg translacji - inicjacja, elongacja (rola transferazy peptydylowej), terminacja. Rodzaje modyfikacji posttranslacyjnych białek (hydroksylacja, glikozylacja, ograniczona proteoliza, fosforylacja).
4