Functional and structural aspects of heme- and other metallloproteins. Porphyrins and metalloporphyrins, nomenclature, structure, physicochemical properties, natural abundance, biosynthesis and catabolism). Biochemical oxygen carriers, myoglobin, hemoglobin, their structure, function, regulation, evolution and molecular pathology, non-heme oxygen carriers. Electron transfer in biochemistry, cytochromes, their structure, functional role in respiratory chain and similar electron transfer chains, and in photosynthesis. Cytochrome c, analysis of its structure-function relationships, evolutionary aspects. Heme enzymes, activation of molecular oxygen, P450 proteins, catalases and peroxidases, Nosynthase. Heme sensor proteins and NO carriers. Other reaction of oxygen and its active species, oxygenases and dioxygenases, superoxiddismutases. Open chain tetrapyrrols and porphyrine analogs, bilins, phytochrome, chlorophylls, cobalamine. General considerations of inorganic biochemistry, role of metals in biochemistry.
Lectures - in Czech and/or in English (in case of more than 2 interested students; otherwise the English course takes the form of a "directed reading").
Basic knowledge of biochemistry and general chemistry is expected; the course is intended to students after bachelor degree.
Last update: Hudeček Jiří, prof. RNDr., CSc. (17.12.2025)
Přehled o struktuře a funkci hemoproteinů a dalších metaloproteinů, význam kovů v biochemii, základy bioanorganické chemie.
Porfyriny a metaloporfyriny, struktura, výskyt v přírodě, fyzikálně-chemické charakteristiky, metabolismus a jeho poruchy, terapeutické použití. Rozdělení hemoproteinů podle funkce. Přenašeče kyslíku a NO (Hb, Mb, nitroforin, nehemové přenašeče), molekulární patologie. Přenos elektronů, cytochromy, respirační řetězec a jeho analogie. Cytochrom c, jeho evoluce, strukturní analýza. Hemové enzymy - P450, NO synthasa, peroxidasy, katalasa. Hemové senzory. Aktivace kyslíku, oxygensy a dioxygenasy. Analogy porfyrinu, chlorofyl, otevřené tetrapyroly. Fotosyntéza.Obecné aspekty metabolismu kovů.
Přednáška předpokládá základní znalosti z biochemie a chemie (na úrovni úvodních kursů) a je určena především studentům magisterského a doktroského studia.
Přednášky standardně česky, v případě zájmu 3 a více osob také (nebo výhradně) anglicky.
Last update: Hudeček Jiří, prof. RNDr., CSc. (17.12.2025)
Literature -
Berg., J.M., Tymoczko J.L, Stryer L.: Biochemistry. 6th edition, WH Freeman and Co., N. York 2007 Nelson, D.L., Cox M.M.: Lehninger Principles of Biochemistry, 5th Edition, WH Freeman and Co., N. York 2008
Roat-Malone R.M. Bioinorganic Chemistry, A Short Course, 2nd Ed. , Wiley 2007.
Ghosh A. (ed.) The Smallest Biomolecules. Diatomics and Their Interactions with Heme Proteins. Elsevier 2008.
Ochiai N.: Bioinorganic Chemistry. A Survey. Academic Prass 2008.
Crichton R. R.: Biological Inorganic Chemistry. An Introduction. Elsevier 2008.
D. Rehder: Bioinorganic Chemistry. Oxford University Press 2014.
L. Zhang: Heme Biology: The Secret Life of Heme in Regulating Diverse Biological Processes. World Scientific Publishing Company 2011.
Last update: Hudeček Jiří, prof. RNDr., CSc. (16.02.2020)
Z. Šípal a kol.: Biochemie, SPN, Praha 1992.
M. Kodíček, O. Valentová, R. Hynek: Biochemie. Chemický pohled na biologický svět. VŠCHT Praha 2015. G. Voet, J.G. Voetová: Biochemie, Victoria Publishing, Praha 1995 (překlad 1. vydání v angličtině).
dále v angličtině/němčině:
J. M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer: Biochemistry. 6th edition, WH Freeman and Co., N. York 2007
D. L. Nelson, M. M. Cox: Lehninger Principles of Biochemistry, 5th Edition, WH Freeman and Co., N. York 2008
L. Bertini, H. B. Gray, S. J. Lippard, J. S. Valentine: Bioinorganic chemistry. University Science Books, Sausalito 1994.
R. M. Roat-Malone: Bioinorganic Chemistry, A Short Course, 2nd Ed. , Wiley 2007.
A. Ghosh (ed.): The Smallest Biomolecules. Diatomics and Their Interactions with Heme Proteins. Elsevier 2008.
N, Ochiai: Bioinorganic Chemistry. A Survey. Academic Prass 2008.
R. R. Crichton: Biological Inorganic Chemistry. An Introduction. Elsevier 2008.
D. Rehder: Bioinorganic Chemistry. Oxford University Press 2014.
L. Zhang: Heme Biology: The Secret Life of Heme in Regulating Diverse Biological Processes. World Scientific Publishing Company 2011.
H.B. Gray, E. I. stiefel, J. S. valentine, I. Bertini: Biological Inorganic Chemistry: Structure and Reactivity. University Science Books 2006.
S. J. Lippard, J. M. Berg: Principles od Bioinorganic Chemistry. University Science Books 1994.
W. Kaim, B. Schwedereski: Bioanorganische Chemie: Zur Funktion chemischer Elemente in Lebensprozessen, Teubner 2005 (4. Auflage) - Bioinorganic Chemistry - Inorganic Elements in th eChemistry of LIfe: An Introduction and Guide. Wiley 2013 (2nd English Edition)
S. Herres-Pawlis, P. Klüfers: Bioanorganische Chemie: Metalloproteine, Methoden und Konzepte. Wiley 2017
Last update: Hudeček Jiří, prof. RNDr., CSc. (16.02.2020)
Requirements to the exam -
Oral examination, contents see syllabus.
Last update: Hudeček Jiří, prof. RNDr., CSc. (04.11.2011)
Ústní zkouška (obsah viz sylabus).
Last update: Hudeček Jiří, prof. RNDr., CSc. (04.11.2011)
Syllabus -
1. Porphyrins and metalloporphyrins - nomenclaure, natural abundance, physico-chemical properties, spectroscopy and structure. Analogues and its use in therapy.
2. Hemeproteins - functional classification, common physico-chemical and structural properties.
3. Oxygen carriers and similar binding proteins. Myoglobin (characteristics, functional role of protein chain). Hemoglobin - differences and similaritites to myoglobin. Allostery - phenomenological description and theoretical models (MWC, KNF), effectors and modulators. Ontogenetic and phylogenetic aspects - fetal hemoglobin, molecular pathology (hemoglobinopathies, anemia, thallassemias) non-mammalian hemoglobins, leghemoglobin. Non-heme oxygen carriers (hemerythrin, hemocyanin). Binding of other diatomics to the heme - NO binding, nitrophorin..
4. Electron transfer. Cytochromes, cytochrome c (description, functional and phylogenetic aspects). Electron transfer chains (respiratory chain, electron transfer in photosynthesis). Other cytochromes and flavocytochromes. FeS proteins.
7. Metabolism of heme and iron. Porphyrias, jaundice. Ferritin, transferrin.
8. Porphyrin analogues as coenzymes. Chlorophyll, photosynthetic reaction centers, Phytochrome, open chain tetrapyrroles, phycobillin.
9. General introduction to biochemical importance of metals, detoxication, metallothioneins.
This syllabus denotes just the framework for the lecture, individual themes might be expanded/reduced according to the research interest of the students.
Last update: Hudeček Jiří, prof. RNDr., CSc. (17.12.2025)
1. Porfyriny a metaloprofyriny (nomenklatura, výskyt v přírodě, fyzikálně chemické vlastnosti a struktura, použití spektroskopických metod ke studiu strukury, analogické a odvozené sloučeniny, použití v terapii)
2. Hemoproteiny - rozdělení podle funkce, základní fyzikálně chemické a strukturní charakteristiky.
3. Přenašeče kyslíku. Myoglobin. Popis struktury, funkce apoproteinové části. Hemoglobin - srovnání s myoglobinem, alosterie (modely MWC a KNF, fenomenologický popis), modulace afinity ke kyslíku (Bohrův efekt, přenos oxidu uhličitého, adaptace na nadmořskou výšku). Hemoglobin v ontogenezi (fetální hemoglobin, HbA), molekulární patologie (hemoglobinopatie, thalassémie, anémie ). Fylogeneze hemoglobinu, pseudogeny, nesavčí hemoglobiny. Leghemoglobin. Nehemové přenašeče kyslíku - hemereythrin a hemocyanin. Vazba dalších diatomických molekul na hemoproteiny a metaloproteiny, vazebné proteiny pro NO - nitroforin.
4. Přenašeče elektronů. Cytochromy, rozdělení a nomenklatura. Cytochrom c - popis, funkční aspekty, evoluce. Dýchací řetězec a přenos elektronů při fotosyntéze. Další cytochromy a flavocytochromy. FeS proteiny.
5. Hemové enzymy a aktivace kyslíku. Cytochromy P450 a NOsynthasa. Peroxidasa a katalasa. Oxidasy, oxygenasy, superoxiddismutasy.
6. Hemové sensory - sGC, FixL, CooA.
7. Metabolismus hemu a železa. Porfyrie a žloutenky. Ferritin a tranfserrin.
