F7PBBBLG - Biologie

Student získá přehledné znalosti z obecné a buněčné biologie, přes vznik buněk a organel (endosymbiotická teorie) a základní chemické složení buněk (jednoduché anorganické a organické látky, sacharidy, tuky, aminokyseliny, biopolymery – NK a proteiny), stavbu nebuněčných forem (zejména virů) a buněk, jak prokaryotních (bakterie), tak eukaryotních (rostlinných, živočišných a buněk hub), dále se seznámí s buněčným metabolismes (anabolismus a katabolismus), růstem a buněčnou diferenciací, dělením (buněčný cyklus a jeho regulační mechanismy) až po zánik apoptózou a nekrózou. Seznámí se se základy mikrobiologie (virovými a bakteriálními onemocněními člověka) a aplikacemi v technických a lékařských oborech. Podrobné znalosti získá o vnitřní stavbě eukaryotní buňky, jejím endomembránovém systému a semiautonomních organelách a procesech, které v nich probíhají. Návazně v oblasti molekulární biologie se seznámí se základními procesy, které jsou nezbytné pro realizaci genetické informace, procesy replikace, transkripce, translace (tedy proteosyntézy) a genové exprese, genetickým kódem. V obecné genetice se základní genetickou terminologií a procesy předávání genetické informace z rodičů na potomky dle Mendelových a Morganových zákonů, změnou genetické informace formou mutací a možnostmi reparace v buňce. Genetika člověka (klinická genetika) zahrnuje základní vyšetřovací metody a genetická onemocnění člověka (autozomálně dominantní, recesivní, gonozomálně dominantní, recesivní, mitochondriální a další). V návaznosti na velký rozvoj technik molekulární biologie a biochemie je student seznámen s genovým inženýrstvím a jeho metodami geneticky modifikovanými organizmy a jejich přípravou), dále tkáňovými kulturami a biotechnologiemi. Aplikovaná biologie v technických a lékařských oborech popisuje využití biologických struktur a mechanismů v moderní technice a lékařství. Závěr tvoří problematika vztahující se k oboru živočišné buňky a tkáně, jejich histologie a problematika biokompatibility.

Požadavky zápočtu:

1. Účast na laboratorních cvičeních, v případě neúčasti je třeba předložit omluvu a cvičení po dohodě s vedoucím cvičení nahradit.

2. Úspěšné zvládnutí zápočtové písemné práce, minimální úspěšnost 60%

Požadavky zkoušky:

1. Získání zápočtu.

2. Zkouška je tvořena písemným testem a ústním zkoušením. Odpovědi na otázky jsou bodově ohodnoceny dle obtížnosti. Po opravě písemného testu následuje ústní zkoušení. Celkové hodnocení zkoušky odpovídá platné klasifikační stupnici. Je-li výsledek kterékoliv části hodnocen stupněm F, je i výsledek zkoušky automaticky F.

Osnova přednášek:

1.Úvod do studia biologie, historie a biologické obory, vznik života na Zemi, chemické složení živých organismů.

2.Nebuněčné formy - viry, viroidy a priony. Buněčné formy - buňka prokaryotní a eukaryotní.

3.Základy mikrobiologie - stavba bakteriální buňky, metabolismus, růst a množení, bakteriální onemocnění člověka, antibakteriální faktory. Aplikovaná mikrobiologie v biomedicínském inženýrství.

4.Buněčná biologie - stavba eukaryotní buňky, základní charakteristika jednotlivých typů eukaryotních buněk, struktura biomembrány, buněčný metabolismus – anabolismus a katabolismus.

5.Buněčná biologie – buněčné organely a struktury: jádro, semiautonomní organely - mitochondrie, plastidy, membránové systémy ER, GA, ostatní organely, cytoskelet.

6.Buněčná biologie - reprodukce buněk, buněčný cyklus, buněčné dělení, buněčné stárnutí, buněčný zánik - apoptóza a nekróza.

7.Základy molekulární biologie - struktura nukleových kyselin - DNA, RNA, struktura proteinů - bílkovin, genetický kód a genetická informace.

8.Přenos genetické informace - replikace, transkripce, translace, regulace genové exprese, totipotence buněk.

9.Obecná genetika – odborná genetická terminologie, Mendelovy a Morganovy zákony, genetika člověka, vyšetřovací metody a genetická onemocnění – základní přehled.

10.Změny genetické informace - mutace. Spontánní a indukované. Molekulární podstata mutací. Detekce mutací metodami molekulární biologie. Reparační mechanismy.

11.Genové manipulace, genové inženýrství, geneticky modifikované buňky a organizmy.

12.Biotechnologie. Klonování a přenos genů. Tkáňové kultury a laboratorní a průmyslová kultivace buněk.

13.Aplikovaná biologie v technických a lékařských oborech.

14.Základy histologie živočichů, tkáně - epitelové, pojivové, svalové a nervové. Živočišné tkáně a biokompatibilita.

1.Mikroskop a jeho použití v biologii a lékařských vědách. Mikroskopické metody světelné a elektronové mikroskopie.

2.Příprava mikroskopických preparátů pro světelnou a elektronovou mikroskopii.

3.Základy práce s mikroorganizmy v biologické/mikrobiologické laboratoři – kultivace mikroorganizmů.

4.Mikroskopování prokaryotní buňky.

5.Mikroskopování eukaryotních buněk.

6.Mikroskopování buněčných organel – buněčné jádro a semiautonomní organely.

7.Mikroskopování buněčných organel – ostatní organely a buněčné inkluze.

8.Buněčný cyklus a dělení buněk – mitóza, meióza, cytokineze.

9.Buňka a okolní prostředí.

10.Anatomie a organologie rostlin.

11.Mikroskopování živočišných buněk a tkání.

12.Vybrané úlohy z obecné genetiky.

13.Vybrané úlohy z genetiky člověka.

14.Úlohy z molekulární biologie.

Výstupní znalosti, dovednosti, schopnosti a kompetence: přehled a znalosti v oblastech obecné biologie, buněčné biologie, základů mikrobiologie, základů molekulární biologie, genetiky a genového inženýrství, potřebné pro další studium. Schopnost využívat přehledné biologické poznatky a mikroskopickou techniku při řešení studentské závěrečné práce.

Povinná literatura:

[1] VYMĚTALOVÁ, Veronika. Biologie pro biomedicínské inženýrství. 3. přepracované vydání. V Praze: České vysoké učení technické v Praze, Česká technika-nakladatelství ČVUT, 2019. ISBN 978-80-01-06533-4

[2] VYMĚTALOVÁ V.: Biologie pro biomedicínské inženýrství - laboratorní cvičení, skripta ČVUT 2021, ISBN 978-80-01-06789-5

[3] ALBERTS, B. et al.: Essential Cell Biology. Garland Publishing Inc.. NewYork, 1998, české vydání : Základy buněčné biologie, Espero Publishing, Ústí n.L., 2005, ISBN 80-902906-2-0 ,

[4] ROSYPAL a kol.: Nový přehled biologie, Scientia 2003, ISBN 978-80-7367-343-7 ,

[5] ŠMARDA J. a kol.: Biologie pro psychology a pedagogy, Portál 2004, ISBN 978-80-7367-343-7

Doporučená literatura:

[1]VYMĚTALOVÁ V.: Malý slovník biologických pojmů, ČVUT, Praha 2010, ISBN 978-80-01-04515-2

[2]CAMPBELL N.A. , REECE J.B.: Biologie. Computer Press, Brno 2006, ISBN 80-251-1178-4

[3]SNUSTAD D.P., SIMMONS. M.: GENETIKA, Masarykova Univerzita, Brno 2017 , ISBN 978-80-210-8613-5

[4] Materiály ke kurzu Získání a zpracování obrazu v mikroskopii [online]. Jiří Hozman, c2002-2019. Poslední změna 18. 10. 2013 [cit. 2019-05-27]. URL: http://webzam.fbmi.cvut.cz/hozman/

[5]Molecular Expressions: Images from the Microscope [online]. National High Magnetic Field Laboratory, c1995-2019. Poslední změna: 28.5.2019. [cit. 2019-04-14] http://micro.magnet.fsu.edu/ (uděleno svolení k používání pro výuku)

• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika (povinný předmět)