|
Vyučující
|
-
Pospíšil Jiří, doc. RNDr. PhD.
|
|
Obsah předmětu
|
Kurz se zaměřuje na enzymy jako univerzální model chemické reaktivity a jako zdroj inspirace pro moderní organickou syntézu, s důrazem na mechanistickou interpretaci reakcí probíhajících v živých systémech. Výuka propojuje organickou chemii, enzymovou katalýzu a metabolismus a ukazuje, že biosyntetické transformace lze chápat jako sofistikované varianty známých organických reakcí. Zvláštní pozornost je věnována biosyntéze a katabolismu sekundárních metabolitů, které představují klíčový zdroj strukturální diverzity a chemické inovace. Důležitou roli v kurzu hrají kofaktory, které rozšiřují reaktivitu enzymů a umožňují realizaci reakcí přesahujících možnosti klasických funkčních skupin. Tyto principy jsou systematicky využívány jako inspirace pro návrh biomimetických a syntetických strategií. Blok I ? Enzymy jako chemické katalyzátory - Enzymy vs klasická organická katalýza - Mechanismy enzymových reakcí (acidobazická, kovalentní, metalická katalýza) - Energetika a přechodové stavy reakcí - Kofaktory jako chemická činidla (NAD, FAD, PLP, SAM) Blok II ? Metabolismus a chemická logika biosyntézy - Metabolické dráhy: anabolismus vs katabolismus - Organizace a regulace metabolických procesů - Sekundární metabolity: funkce a klasifikace (terpeny, polyketidy, alkaloidy) Blok III ? Biosyntéza sekundárních metabolitů - Biosyntéza terpenů (karbokationtová chemie, cyklizace, rearrangementy) - Biosyntéza polyketidů (Claisen/aldol logika, enolátová chemie, PKS systémy) - Biosyntéza alkaloidů (imine/iminium intermediáty, heterocyklizace) - Radikálová enzymologie (SAM, flaviny, oxygenázové reakce) - Katabolismus sekundárních metabolitů (oxidativní štěpení, retro-reakce) Blok IV ? Kofaktory a mechanistická chemie - Redoxní kofaktory (NAD(H), NADP(H), FAD ? přenos hydridu a elektronů) - Přenosové reakce (SAM, CoA, TPP ? ?umpolung? a reaktivní intermediáty) - Role kovových iontů v katalýze Blok V ? Enzymy jako inspirace pro syntézu - Biomimetická syntéza - Enzymově inspirovaná organokatalýza - Chemoenzymatické strategie - Analýza komplexních biosyntetických drah - Přenos poznatků do návrhu syntetických postupů
|
|
Studijní aktivity a metody výuky
|
|
Monologická (výklad, přednáška, instruktáž), Metody práce s textem (učebnicí, knihou)
|
|
Výstupy z učení
|
- Představit enzymy jako modelové katalyzátory pro organickou syntézu; - vysvětlit mechanistické principy enzymové katalýzy v kontextu organické chemie; - analyzovat biosyntézu a katabolismus sekundárních metabolitů; - objasnit roli kofaktorů jako chemických činidel v enzymových reakcích; - rozvíjet schopnost aplikovat principy enzymové katalýzy při návrhu syntetických strategií; - vést studenty k mechanistickému a prediktivnímu uvažování inspirovanému přírodními procesy.
Odborné znalosti: - rozumí mechanizmům enzymových reakcí v chemickém kontextu - chápe biosyntézu a katabolismus sekundárních metabolitů - zná roli kofaktorů a jejich chemickou funkci - orientuje se v hlavních typech enzymově katalyzovaných transformací Odborné dovednosti: - analyzuje enzymové mechanismy pomocí šipkového formalismu - interpretuje biosyntetické dráhy na úrovni jednotlivých kroků - porovnává enzymové a syntetické reakce - aplikuje enzymově inspirované principy na syntetické problémy Kognitivní kompetence: - propojuje organickou chemii, katalýzu a biochemii - kriticky hodnotí mechanistické modely reakcí - navrhuje biomimetické nebo enzymově inspirované syntetické postupy - rozvíjí schopnost strategického chemického myšlení Obecné akademické kompetence: - pracuje s odbornou literaturou v oblasti bioorganické chemie - strukturovaně prezentuje komplexní chemické problémy - rozvíjí vědeckou argumentaci a kritické myšlení
|
|
Předpoklady
|
Znalost organické chemie na úrovni navazujícího studia, zejména reakčních mechanismů, stereochemie a základních syntetických strategií.
|
|
Hodnoticí metody a kritéria
|
Ústní zkouška, Seminární práce
Udělení zápočtu je podmíněno odevzdáním seminární práce. Seminární práce (max. 5 stran A4) je zaměřena na analýzu vybrané enzymové reakce nebo biosyntetické dráhy. Práce musí obsahovat: - stručné představení reakce nebo biosyntetické dráhy - detailní mechanistickou analýzu jednotlivých kroků - diskusi role kofaktorů - interpretaci selektivity (regio-, stereo-, chemoselektivita) - srovnání s analogickou reakcí v organické syntéze - kritické zhodnocení (výhody a limity enzymové vs syntetické cesty) - vlastní návrh: - biomimetické reakce nebo - modifikace syntetické strategie Hodnotí se zejména: - chemická správnost - hloubka mechanistického porozumění - schopnost kritické argumentace - využití odborné literatury - kvalita zpracování (struktura, přehlednost, schémata) - originalita návrhu Největší důraz je kladen na mechanistickou hloubku a schopnost syntetického uvažování. Ústní zkouška navazuje na odevzdanou seminární práci a: - vychází z jejího tématu - ověřuje obecné porozumění enzymové katalýze - zahrnuje analýzu mechanismu a syntetického problému Výsledná klasifikace je stanovena na základě ústní zkoušky.
|
|
Doporučená literatura
|
-
Barra, L., Awakawa, T., Abe, I. (2022). Noncanonical Functions of Enzyme Cofactors as Building Blocks in Natural Product Biosynthesis.
-
Bugg, T. D. H. (2012). Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry.
-
Graciano, A., Liu, A. (2025). Protein-derived Cofactors: Chemical Innovations Expanding Enzyme Catalysis.
-
Nelson, D. L., Cox M. M. (2021). Lehninger Principles of Biochemistry.
-
Walsh, C. T.; Tang, Y. (2022). Natural Product Biosynthesis: Chemical Logic and Enzymatic Machinery.
|