Orvosi biokémia, molekuláris- és sejtbiológia I. 2014/2015 tanév, II. félév Információs füzet és követelményrendszer Az oktatási szervezeti egység megnevezése: Orvosi Biokémia Intézet, Semmelweis Egyetem, Általános Orvostudományi Kar A tantárgy neve: Orvosi biokémia, molekuláris- és sejtbiológia I. Neptun kód: AOKOBI290_1M Kreditértéke: 7 A tantárgy előadójának neve: Dr. Tretter László MD, PhD, DSc egyetemi tanár A tantárgy feladata a képzés céljának megvalósításában: A tantárgy fő célja a biológiai szempontból fontos molekulák aminosavak, szénhidrátok, lipidek és nukleotidok, valamint a fehérjék, enzimek, nukleinsavak szerkezete és funkciója közötti legfontosabb összefüggések feltárása. Az orvosi biokémia, molekuláris- és sejtbiológia I tantárgy alapvető fontosságú a sejtek intermedier anyagcserefolyamatainak megértéséhez és elsajátításához; a megértést és elsajátítást segíti a félév során elhangzó bioenergetikával és mitokondriális ATP szintézissel foglalkozó modul is. A sejtszerveződés elveit és a sejtszervecskék funkcióit írja le a sejtbiológia-1 modul. A molekuláris biológia modul a genetikai információk tárolásának és átadásának folyamatait replikáció, transzkripció, transzláció, valamint a génexpresszióval kapcsolatos jelenlegi ismereteket - mutatja be. Összefoglalás hangzik el a molekuláris biotechnológia jelenleg használt módszereiről. 1. FEJEZET: A biológiailag fontos molekulák és makromolekulák a. Aminosavak, peptidek, fehérjék: Aminosavak. Aminosavak elektrokémiai sajátságai. Az aminosavak szerkezete, kiralitása. Az aminosavak reakciói. Fehérjék. A peptidkötés. A fehérjék szerkezeti elemei. A fehérjék elsődleges szerkezete. A globuláris fehérjék térszerkezete. A fehérjék konformációja. A fibrózus fehérjék szerkezetének jellemzői. Kollagén. Mioglobin, hemoglobin. b. Enzimológia Az enzimek. Az enzimek, mint biokatalizátorok, az enzimaktivás. Izoenzimek. Enzimkinetika: a Michaelis-Menten kinetika. Néhány fontos enzim (szerin proteázok) működési mechanizmusa. Enzimgátlások (reverzibilis, irreverzibilis gátlás); kompetitív, unkompetitív gátlószerek. Az enzimaktivitás szabályozása, allosztérikus enzimek. c. Szénhidrátok, lipidek, nukleotidok Az élő sejtek esszenciális építőelemei szerkezet és funkció kapcsolata 2. FEJEZET: Bioenergetika és a mitokondriális ATP termelés a. A csoportátviteli potenciál. A magas csoportátviteli potenciálú vegyületek. A foszforil-transzfer. A kapcsolt reakciók elve, jelentősége a metabolizmusban. A makroerg foszfátvegyületek szerepe az intermedier metabolizmusban. ATP szintézis szubsztrátszintű foszforilációval. Redukáló ekvivalensek. b. A szubsztrátszintű foszforiláció. A légzési lánc - szerkezeti elemek, felépítés, funkció, gátlószerek. Akceptor kontroll, P/O hányados, az oxidatív foszforiláció szétkapcsolása. Az oxidatív foszforiláció mechanizmusa. A kemiozmótikus elmélet. A mitokondriális ATP-áz (F of 1-ATP-áz): szerkezet, funkció, gátlószerek. 3. FEJEZET: Sejtbiológia-1 a. Az eukarióta sejt kompartmentalizációja. A membránok szerkezete. Intracelluláris membránok. A sejtmag. A sejtorganellumok mozgása, mozgatása. A citoszkeleton, mikrofilamentumok, mikrotubolusok, aktomiozin. A vezikuláris transzport. Metabolizmus és transzport, metabolom. Az
egyes organellumok metabolikus profilja (endoplazmás retikulum, peroxiszómák, lizoszómák, mitokondrium. 4. FEJEZET: Molekuláris biológia a. A DNS, RNS és fehérjeszintézis (a genetikai információ tárolása, átadása). Nukleinsavak szerkezet és funkció. Szerves bázisok, nukleozidok, nukleotidok, DNS szerkezet, DNS denaturáció, hibridizáció. A DNS replikáció. A prokarióták replikációja, a vezető és kisérő szál. Az Okazaki fragmentek. A DNSdependens DNS polimeráz. A DNS ligáz. Telomeráz, topoizomerázok. Az eukarióta replikáció. Az eukarióta kromoszómák szerkezete. A mitokondriális DNS. Nukleoszómák. DNS hibajavító mechanizmusok. A prokarióta transzkripció. Az RNS; t-rns, r-rns, m-rns szerkezete, a pro- és az eukarióta genom közötti különbség. A prokarióta transzkripciós komplexek, az iniciáció, elongáció, termináció. Az eukarióta transzkripció, RNS polimerázok, promoterek, enhancerek, silencerek. Az m- RNS szintézise és utólagos érése. Alternatív splicing, mrns editálás. A genetikai kód. A t-rns aktiváció. A transzláció, iniciáció, elongáció és termináció mechanizmusa. Az antibiotikumok. Fehérjék poszttranszlációs modifikációja. Protein folding, sorting, transzport intracelluláris kompartmentek irányába. Intracelluláris proteolízis és ubikvitinizáció. b. A génexpresszió szabályozása A prokarióta génexpresszió. Az operon model. A lac operon pozitív és negatív szabályozása. Az eukarióta génexpresszió szabályozása a transzkripció során. A kromatin struktúra szerepe, kovalens, nonkovalens kromatin-módosítási aktivitások és DNS-metiláció (epigenetika). Az eukarióta posztranszlációs szabályozás. Az mrns stabilitás regulációja, mikro-rnsek. A transzlációs reguláció. c. Az eukarióta sejtciklus és szabályozása Az eukarióta sejtciklus. A ciklinek és a ciklin-dependens protein kinázok. A sejtciklus proteázai. A G0/G1, G1/S és G2/M tranziciók szabályozása. A DNS repair sejtciklusba történő integrációja. 5. FEJEZET: Géntechnológia a. A rekombináns DNS technológai elvei: klónozás, restrikciós endonukleázok. A genomikus és a cdns könyvtárak. Blottolási technikák (Southern blotting, nothern blotting, western blotting) és felhasználásuk. A mikrochip módszer. A PCR (Polymerase chain reaction, polimeráz-láncreakció) és molekuláris biológiai felhasználása. Rekombináns vektorok (riporter és expressziós vektorok); rekombináns fehérjék szintézise. Transzgén, knock-out és knock-in állatok az orvosi kutatásban. A humán génterápia. A HGP (human genom project) és eredményei. A humán genom polimorf jellege és szerveződése. Genotipizáló módszerek (PCR-RFLP, PCR-ASA). A bioinformatika szerepe és alkalmazása a biológiai és orvosi kutatásokban. A tárgy tematikája (lehetőleg heti bontásban, sorszámozva). 1. Fehérjék általános jellemzése. Fibrilláris és globuláris fehérjék tulajdonságai. A fehérjék szerepe az élővilágban. A fehérjéket alkotó aminosavak (proteinogén aminosavak) közös kémiai szerkezete. / A proteinogén aminosavak felosztása, részletes ismertetése. Aminosavak titrálási görbéinek ismertetése, az izoelektromos pont fogalma, kiszámítása. 2. A peptidkötés térszerkezete, kialakulása. A fehérjék primer szerkezete. A fehérjék másodlagos szerkezetének típusai, az α-hélix és a β-redőslemez részletes ismertetése. Az α-keratin struktúrfehérje szerkezete, tulajdonságai. / A globuláris fehérjék harmadlagos szerkezete, a szerkezet kialakulásának termodinamikai értelmezése. A globuláris fehérjék negyedleges szerkezete. A fehérjék denaturálása. 3. A kollagén és elasztin kötőszöveti struktúr-fehérjék szerkezete. A kollagén bioszintézise. Az ú.n. profehérjék jelentősége. / Az enzimek általános tulajdonságainak ismertetése. Az enzimek kémiai természete. A katalízis termodinamikája. Az aktiválási energia szerepe. A Michaelis-Menten kinetika. A kezdeti reakciósebesség kritériumai. A Michaelis-Menten állandó. A Michaelis egyenlet. A kettős reciprok ábrázolás. A K M jelentősége. 4. Az izoenzimek. A koenzimek szerepe az enzimreakciókban. A szerin proteázok működési mechanizmusa. Az enzimreakciók gátolhatósága, a gátlások kinetikája. A kompetitív, non-kompetitív és unkompetitív gátlások kinetikája. Az allosztéria és kooperativitás. / Az enzimreakciók szabályozásának szintjei: kompartmentalizációval, a génexpresszió regulációjával, az enzimek katalitikus aktivitásának reverzibilis módosításával történő szabályozás. Proteolítikus aktivitással történő szabályozás. A szabályozás
termodinamikája. A szabályozott enzim megtalálásának stratégiája. Metabolikus utak termodinamikája és kinetikája. 5. Reverzibilis és irreverzibilis reakciók. Exergonikus és endergonikus reakciók összekapcsolása biokémiai folyamatokban. Magas csoportátviteli potenciálú vegyületek. Az ATP központi szerepe a sejt energiaforgalmában. Redukáló ekvivalensek. / A szubsztrát szintű foszforiláció, mint az ATP szintézisének egyik lehetséges mechanizmusa. Az ATP szintézisének mechanizmusa a mitokondriumban: az oxidatív foszforiláció. Az ún. terminális oxidáció, más néven légzési lánc redox reakciói, a reakciókat katalizáló enzim komplexek. 6. Az exergonikus redox reakciók során felszabaduló energia továbbítása az ATP szintézisére. Az ATP-szintáz működése. A légzési kontroll, a P/O hányados. Az oxidatív foszforiláció gátlószerei. Szétkapcsoló szerek, a cirkófűtés létrehozása egyes élőlényekben. / Kompartimentáció: az eukarióta sejt szerveződése. A sejtmembrán szerkezete, működése. A sejtmag. Intracelluláris membránrendszerek 7. Organellumok mozgása és mozgása. Citoszkeleton, a sejtváz, mikrofilamentumok, az aktomiozin-rendszer, mikrotubulusok, intermedier filamentumok / Organellumok mozgása és mozgása. Vezikuláris transzport mechanizmusa Fehérjeimport 8. Metabolizmus és transzport: A metabolom kialakulása. Az organellumok metabolikus profilja. (endoplazmás retikulum, peroxiszómák, lizoszómák, mitokondriumok). / DNS szerkezete, DNS denaturáció, hibridizáció. Az eukarióta genom szerveződése. Kromoszómák és kromatin. A mitokondriális DNS felépítése. 9. A prokarióta és az eukarióta replikáció. DNS polimerázok. A vezető és követő DNS szál. Okazaki fragmensek. A DNS ligáz. Helikázok, topoizomerázok. Telomerek és telomeráz. / A mutációk hatása a genetikai kódra. Ames próba. DNS repair mechanizmusok: mismatch repair, bázis exciziós repair, nukleotid exciziós repair, rekombinációs repair. Kettős lánctörés. 10. Transzkripció prokariótákban. Iniciáció, elongáció, termináció, érés. Transzkripció eukariótákban. RNS polimerázok. Riboszóma képződés / A pre-mrns szintézise, CAP-képződés, poliadeniláció és splicing. 11. A genetikus kód. A trns aktiválása. A fehérjeszintézis menete, iniciáció, elongáció és termináció. Poszttranszlációs módosítások. / Fehérjetranszport az eukarióta sejtek kompartmentumaiba. Proteolízis. 12. A génexpresszió szabályozása prokariótákban. Az operon modell. Pozitív és negatív szabályozás a lac operonban. / A génexpresszió szabályozása eukariotákban. Transzkripciós szabályozás. A kromatinstruktúra szerepe. A DNS metilációja. Enhancer szakaszok, és génregulációs fehérjék. 13. Poszttranszkripciós szabályozás eukariotákban. Szabályozás a mrns életidő módosításával, a transzláció befolyásolásával. / Az eukariota sejtciklus fázisai. A sejttenyészetek szinkronizálása. A sejtciklus szabályozása. Ciklinek és ciklin-függő protein kinázok. Proteázok a sejtciklusban. 14. Rekombináns DNS technológia. Vektorok és restrikciós endonukleázok. A polimeráz láncreakció. Blotting technikák és felhasználásuk. / Transzgén állatok, knock out állatok előállítása és használatuk az orvosbiológiai kutatásokban. Szekvenálás. A humán génterápia perspektívái. A foglalkozásokon való részvétel követelményei és a távolmaradás pótlásának lehetősége: a. A laboratóriumi gyakorlatokon, szemináriumokon a részvétel kötelező. Hetente, a hallgatók jelenlétük igazolására aláírják a jelenléti ívet. Négy, vagy több - bármilyen okból történő - hiányzás esetén a félévvégi elektronikus aláírást megtagadjuk; a hallgató nem bocsájtható vizsgára. A gyakorlatok, vagy szemináriumok pótlására korlátozottan kerülhet sor. Minden esetben azt a gyakorlatot, vagy szemináriumot kell pótolni, melyről a hallgató hiányzott. Ez legtöbb esetben a mulasztott alkalommal azonos héten lehetséges. (A honlapon a gyakorlati tematika oldalon letölthető valamennyi csoport laboratóriumi tematikája, itt található meg pontostan, melyik héten milyen gyakorlatot végez el egy-egy adott csoport). Pótlás esetén a hallgató köteles jelezni a gyakorlatvezetőnek, hogy gyakorlatát / szemináriumát pótólni szándékozik. Az iso-9001- jelentléti íven külön fel kell tüntetni az érintett hallgató nevét, eredeti csoportját és azt, hogy melyik gyakorlatot pótolja a hallgató. Az igazolás módja a foglalkozásokon és a vizsgán való távollét esetén: a. Nem szükséges igazolni
A félévközi ellenőrzések (beszámolók, zárthelyi dolgozatok) száma, támaköre és időpontjak, pótlásuk és javításuk lehetősége: a. 1. Demonstráció időpontja: 7. oktatási hét 2015.03.16-03.20 a gyakorlat időpontjában b. 2. demonstráció időpontja: 12. oktatási hét 2015.04.27-04.30 a gyakorlat időpontjában c. 1. demonstráció érdemjegyében kijavítása: Az elégtelen érdemjegyet szerző hallgatóknak két javítási lehetőséget biztosítunk. 8. oktatási hét a gyakorlatvezető szervezésében, külön időpontban; az esetleges sikertelen javítási kísérletet követően az érintett hallgató a 14. oktatási héten szóban demonstrálhat bizottság előtt. (Ennek időpontját később állapítjuk meg) d. 2. demonstráció érdemjegyében kijavítása: Az elégtelen érdemjegyet szerző hallgatóknak két javítási lehetőséget biztosítunk. 8. oktatási hét a gyakorlatvezető szervezésében, külön időpontban; az esetleges sikertelen javítási kísérletet követően az érintett hallgató a 14. oktatási héten szóban demonstrálhat bizottság előtt. (Ennek időpontját később állapítjuk meg) A félév végi aláírás követelményei (indeértve a hallgató egyéni munkával megoldandó feladatainak számát és típusát is): a. három, vagy annál kevesebb hiányzás a gyakorlati foglalkozások időtartama alatt tartott oktatási alkalmakról, illetve mindkét demonstrációra szerzett legalább elégséges érdemjegy. Az osztályzat kialakításának módja: a. A kollokviumi érdemjegy három vizsgafeladat, illetve a demonstrációk eredményeiből tevődik össze: a. (gy) gyakorlati vizsgából (0,1,2 pont); b. (k) képletismeret (0,1,2 pont); c. (t) írásos tesztvizsgából (0-60 pont); i. Az írásos tesztvizsga során a hallgatók 60 tesztkérdésből álló tesztfüzetet kapnak, mely többszörös és egyszeres feleletválasztós, valamint relációanalízis típusú tesztkérdéseket tartalmaz. Minden helyesen megoldott tesztkérdés 1 pontot ér, a maximálisan megszerezhető pontszám így 60. d. (d) a demonstrációk érdemjegyeit a következő módon vesszük figyelembe: elégséges=két pont, közepes=3 pont, jó=4 pont, Jeles=5 pont. i. Demonstrációval így maximálisan 10 pont szerezhető a félév során. b. A vizsga eredményének kiszámítása: gy+k+t+d+d = összpontszám A vizsga típusa: a. A vizsga jellege: kollokvium, formája: írásbeli vizsga, mely az intézeti honlapon közzétett előadások anyagán alapul. Vizsgakövetelmények: a. A vizsgajegy a. Jeles (5), ha az összpontszám: 57-74 pont b. Jó (4), ha az összpontszám: 50-56 pont c. Közepes (3), ha az összpontszám: 43-49 pont d. Elégséges (2), ha az összpontszám: 34-42 pont e. Elégtelen (1), ha i. Gy (gyakorlati vizsga) = 0 ii. T (teszfüzet) megoldása során a hallgató 25, vagy kevesebb pontot ért el iii. K (képletismeret) feladatlap megoldása során a hallgató 5, vagy annál kevesebb képletet rajzolt fel / ismert fel (0 pont) iv. Ha az összpontszám (gy+k+t+d+d) 33 pont, vagy annál kevesebb Ha a vizsga eredménye bárnely okból elégtelen lesz, valamennyi részét [teszt, képletírás] ismételni kell, egyedül a sikeres gyakorlati vizsgát [1 vagy 2 pont] nem kell újraírni. Csak a 2014/2015. tanév II. félévében megírt gyakorlati vizsgák eredményét fogadjuk el a vizsgajegy kiszámítás során.
A vizsgajelentkezés módja: A vizsgaidőpontokat a 12. oktatási héten tesszük közzé. Minden héten legalább egy vizsgaidőpontot biztosítunk. A jelentkezések a Neptun rendszerben történnek az egyetemi tanulmányi és vizsgaszabályzatnak megfelelően. A sikertelen vizsga utáni 3. napon lehet legkorábban ismételt vizsgát tenni. A vizsgajelentkezés módosításának rendje: A Neptun-rendszer szabályai szerint a vizsgajelentkezés szabadon módosítható. A vizsgaról való távolmaradás igazolásának módja: Három munkanapon belül be kell mutatni a távolmaradás okát igazoló iratot A tananyag elsajátításához felhasználható jegyzetek, tankönyvek, segédletek és szakirodalom listája: Ádám Dux Faragó -Fésűs Machovich Mandl Sümegi: Orvosi Biokémia Egyetemi tankönyv, Szerkesztette: Ádám Veronika, Medicina 2001, II. kiadás Hrabák Idei Mészáros Staub Tóth Vér: Biokémia Aminosavak, peptidek, szénhidrátok, lipidek, nukleotidok, nukleinsavak, vitaminok és koenzimek szerkezete és tulajdonságai jegyzet. Szerkesztette: Mandl József Keszler Mandl Mészáros Solymossy Tóth: Orvosi kémia és biokémia a laboratóriumban elsőéves orvos- és fogorvostan-hallgatóknak, gyakorlati jegyzet. Bánhegyi Gábor: Szubcelluláris biokémia Hrabák Mészáros Müllner: Orvosi Kémia és Biokémia feladatgyűjtemény A tanszéki honlapon közzétett e-tananyag (2 gyakorlat leírása, szemináriumi tananyag, előadási prezentációk) (Kérje el gyakorlatvezetőjétől a védett oldalakhoz szükséges felhasználó nevet és jelszót Az oktatási alkalmakon készült hallgatói jegyzetelés Az intézeti honlap címe: http://semmelweis.hu/biokemia/