Izolačné a separačné metódy biomakromolekúl

Študent získa poznatky z nasledujúcich oblastí separačnej vedy zameranej na analýzu a charakterizáciu biologických vzoriek: Základné charakteristické črty a vlastnosti biomakromolekúl z pohľadu potrieb separácia a detekcie. Princíp komplementárnosti a interakcie v separačnom systéme. Separačné metódy a ich klasifikácia. Parametre charakterizujúce analytickú, preparatívnu a priemyslovú izoláciu a separáciu biopolymérov. Rozpustnosť a efekt inklúzie. Selektívne rozpúšťanie a izolačné metódy. Extrakcia v systéme kvapalina-kvapalina. Separácia na základe distribúcie biomakromolekúl vo fázových systémoch. Separačné mechanizmy chromatografických metód. Základné parametre charakterizujúce kvalitu chromatografických separácií. Separácia biomakromolekúl na základe ich rýchlosti v gradiente poľa. Elektroseparačné metódy ZE, ITP, IEF. Frakcionácia tokom v poli FFF. Odstreďovanie. Separácie založené na gradientovom prechode cez rôzne druhy membrán (ultrafiltrácia, dialýza). Kombinované separačné metódy. Záverečná skúška testom a ústnou odpoveďou.

Sylabus prednášok

1. Prečo a ako separujeme chemické látky? Koľko biomakromolekulových a k nim majúcich vzťah látok je v súčasnosti známych? Chemická štruktúra biomakromolekúl a ich vlastnosti, biologická aktivita látok. Separačné systémy, ich kasifikácia, transportné a distribučné javy.
2. Premenné charakterizujúce analytickú, preparatívnu a priemyslovú izoláciu a separáciu biomakromolekúl a supramolekulových štruktúr. hodnotenie kvality separácie. Princípy zelenej chémie a ich aplikácia v biotechnológii na príklade separácie a izolácie látok.
3. Interakcie v separačných systémoch, štruktúra vodného prostredia, hydrofóbny efekt. Princíp komplementárnosti.
4. Metodológia optimalizácie izolácie, separácie a detekcie biopolymérov.
5. Rozpustnosť biopolymérov a efekt inklúzie. Selektívna a skupinová extrakcia z tuhej matrice, tkanív, pletív a membrán.  Separácia proteínov vysoľovaním a vsoľovaním. Zrážanie a kryštalizácia. Lyofilizácia.
6. Extrakcia v systéme kvapalina-kvapalina, pevná látka- kvapalina a extrakcia pevnou látkou SPE.
7. Chromatografické metódy a ich klasifikácia. Separačné mechanizmy chromatografických metód. Gélová chromatografia.
8. Základné parametre charakterizujúce kvalitu chromatografických separácii.Metóda HPLC.
9. Separácia biomakromolekúl na základe ich rýchlosti v gradiente poľa. Elektroseparacné metódy ZE, ITP, IEF. Plošné vs kapilárne a stĺpcové techniky. Premenné ovplyvňujúce kvalitu separácie.
10. Optimalizácia separácie a detekcie biopolymérov v elektroseparačných metódach.
11. Separácia biomakromolekúl frakcionáciou tokom v poli FFF. Odstreďovanie.
12. Separácie založené na gradientovom prechode cez rôzne druhy membrán, ultrafiltrácia, dialýza. Mikrodialýza ako nástroj štúdia organizmov in-vivo.
13. Kombinované separačné techniky, ortogonálnosť, komprehenzivne techniky. Prípadové štúdie – typické príklady aplikácií izolačných a separačných metód pri riešení vedeckých a biotechnologických problémov. 

Hodnotenie predmetu

Maximálny počet 100 bodov

1. Prednáška, max. 100 bodov:
   
   • povinná záverečná písomná skúška zložená z dvoch častí (písomnej a ústnej).

Celkové hodnotenie predmetu

Podmienky pre absolvovanie cvičení a seminárov

• ak študent príde na cvičenie nepripravený (VP UK č.8/2015, Článok 15, odsek 3, písmeno g a Článok 24, odsek 4) alebo v priebehu cvičenia sa bude chovať neadekvátne (VP UK č.8/2015, Článok 15, odsek 3, písmeno h), poruší bezpečnosť pri práci a ohrozí tým svoje zdravie alebo zdravie svojich kolegov (VP UK č.8/2015, Článok 47), vyučujúci ho môže vylúčiť z cvičenia bez nároku na náhradné odcvičenie úlohy
• študent musí absolvovať všetky laboratórne cvičenia (VP UK č.8/2015, Článok 21, odsek 9),
• v prípade neúčasti študenta na cvičeniach, musí študent dokladovať dôvod svojej neúčasti, inak mu vyučujúci nemusí uznať zápočet a študent následne nebude pripustený ku skúške (VP UK č.8/2015, Článok 21, odsek 9 a Článok 24, odsek 4),
• ak študent vymešká cvičenie a vyučujúci uzná jeho dôvody ako opodstatnené, docvičovanie úloh resp. získanie bodov stratených kvôli neúčasti sa bude riešiť individuálne na základe okolností a písomnej dohody medzi študentom a vyučujúcim (VP UK č.8/2015, Článok 21, odsek 9),
• študenti majú nárok na jeden náhradný termín (spravidla v 13. týždni semestra), počas ktorého si môžu docvičiť vymeškané úlohy (okrem prípadov menovaných v prvom bode) (VP UK č.8/2015, Článok 21, odsek 9).
• študent je povinný nahlásiť ešte pred absolvovaním cvičenia každú skutočnosť, ktorá by mohla ohroziť bezpečnosť a zdravie ľudí v laboratóriu alebo spôsobiť materiálne škody (VP UK č.8/2015, Článok 15, odsek 3, písmeno b a Článok 47)
• ak študent vymešká viac ako jeden seminár bez dôveryhodného dokladovania dôvodu neúčasti, vyučujúci mu nemusí uznať zápočet a študent následne nebude pripustený ku skúške,
• ak niektorý seminár alebo cvičenie odpadnú v dôsledku sviatkov alebo dekanského/rektorského voľna, body získateľné za tieto aktivity sa odpočítajú z maximálneho počtu bodov a percentuálna úspešnosť študenta sa vypočíta pomocou zníženého maximálneho počtu dosiahnuteľných bodov.

Ostatné problémy sa budú riešiť v zmysle Študijného poriadku UK v Bratislave zverejneného na webovej stránke fakulty.

Študijný materiál a Obsluha prístroja

• Návod

• Obsluha PH metra

Odporúčaná literatúra

• B. Sivasankar,  Bioseparations: Principles and Techniques, PHI Learning Pvt. Ltd., 2000
• S. Ahuja (Ed.) Handbook of Bioseparations Academic Press 2000
• P. Klouda, Moderní analytické metody, Nakl. P. Klouda Ostrava
• J. Lehotay, Separačné metódy v analytickej chémii, STU v Bratislave, 2009
• E. Plško, Všeobecná analytická chémia, 2 THETA, Český Těšín, 2011
• J. Sádecká, A. Purdešová, Úprava vzorky v analytickej chémii, STU v Bratislave, 2012
• J. Labuda kol., Príručka vybraných pojmov v analytickej chémii, STU v Bratislave, 2012
• Sádecká J., Netriová J., Májek P., Analytické metódy v klinickej chémii, ÚACH FCHPT STU v Bratislave 2008