Bioquímica Metabólica - Facultad de Química UNAM

B I O Q U Í M I C A M E T A B Ó L I C A 1838
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA
UBICACIÓN SEMESTRE
8o.
TIPO DE ASIGNATURA TEÓRICO-PRÁCTICA
NUMERO DE HORAS/SEMANAS
Teoría 3 Práctica 3
CRÉDITOS 9
INTRODUCCIÓN:
La Bioquímica ha sido y en el fundamento para entender diversos procesos industriales
realizados por células de diverso tipo: procarióticas (microorganismos) y eucarióticas
(vegetales y animales).
El contenido de este curso ofrece varias posibilidades, sin perder de vista el compromiso de
ofrecer los conocimientos básicos. Permite cierta flexibilidad al estudiante, qué
complementara su experiencia previa con nuevos y modernos conocimientos, tanto básicos
como de aplicación industrial, permitiéndole una mejor comprensión y la habilidad de
profundizar en aquellos temas afines a sus intereses. Por otro lado, de cierta flexibilidad al
profesor de ofrecer un curso que, aparte de cubrir los requerimientos básicos, le permita
ahondar en los avances más recientes, correlacionando los temas con las otras materias de
la carrera.
El principal enfoque del curso es el de introducir al estudiante en esta rama de la ciencia,
mostrándole la importancia que tiene la Bioquímica para explicar química y físicamente los
fenómenos relacionados con los seres vivos.
Permite comprender la función celular en sus diferentes manifestaciones relacionadas con
los cambios en la naturaleza, y le da bases para explicar el por qué la función de ciertos
organismos (vegetales, microorganismos) se emplea en beneficio del hombre.
Objetivos Generales de Aprendizaje,
Al finalizar el curso, los alumnos:
Describirán las reacciones metabólicas con base de las funciones de los organismos.
Explicarán el almacenamiento y la transferencia de la información en las células
vivas, describiendo la biosíntesis de ADN, ARN, proteínas y la función del código
genético.
Analizarán los mecanismos de control celular a nivel enzimático, genético, etc.
como herramienta para modificar las funciones celulares en favor de su aprovechamiento
industral.
Integrarán los diferentes aspectos de las funciones celulares, logrando la orientación
entre las diferentes vías metabólicas del propio organismo y el medio que lo rodea.
UNIDAD 1.-
INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO.
2 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán la función del metabolismo en el intercambio de materia y energía entre
la célula y el medio que rodea.
Explicarán los términos comúnmente empleados en relación al metabolismo
intermedio.
Describirán y discutirán las características de una vía metabólica.
Describirán los tipos de organismos según sus requerimientos nutricionales.
Describirán en forma general, las interrelaciones de las rutas metabólicas de los
carbohidratos, los lípidos, los aminoácidos, los nucleótidos y ácidos nucleicos.
CONTENIDO.
Concepto de metabolismo. Terminología. Métodos experimentales para el estudio del
metabolismo. Vías metabólicas. Requerimientos nutricionales. Metabólicos esenciales.
Aportación energética de vías anabólicas y catabólicas. Consecuencia de las interrelaciones
de las vías metabólicas. Puntos de afluencia de varias vías. Generalidades sobre la
regulación metabólica. Aplicación del conocimiento, modificación y control del
metabolismo en: nutrición, toxicología, contaminación ambiental, herbicidas, insecticidas,
plaguicidas, mejoramiento de plantas, producción de otros compuestos de aplicación
industrial, etc.
UNIDAD 2.-
METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Estudiarán el metabolismo de carbohidratos y sus interrelaciones con el ciclo de
Krebs y otras vías metabólicas, así como sus aspectos de regulación.
Describirán el mecanismo, la serie de reacciones y el significado de las dos etapas
de la glucólisis e identificarán los intermediarios, las enzimas y las coenzimas que
intervienen en esta vía y los sitios donde se controla.
Describirán los sitios donde ocurren los fosforilaciones a nivel del sustrato y
discutirán su mecanismo.
Discutirán la importancia de otros caminos para el metabolismo de la glucosa.
Esquematizarán las diversas reacciones de transformación el probado.
Valorarán el balance energético de la glucólisis hasta la formación del privado.
Describirán las reacciones que transforman a otros monosacáridos, y a algunos
disacáridos (interconversión de monosacáridos y disacáridos intra o extracelulosamente).
Discutirán los mecanismos por medio de los cuáles, el ciclo del ácido cítrico está
ligado a la cadena respiratoria.
Discutirán el significado de las reacciones anapleróticas.
Describirán las reacciones conducentes a la formación de glucosa y de polisacáridos
a partir de diversos precursores, enzimas que intervienen y la forma de ser reguladas.
Explicarán las reacciones enzimáticas que conocen a la síntesis de glucosa en
organismos fotótrofos a partir de CD2, ATP y NADPH.
Describirán las reacciones por medio de las cuáles ocurre la transformación del
glucógeno y del almidón, y cuáles son sus productos finales.
CONTENIDO.
Catabolismo de los monosacáridos. Glucólisis y su trhulsvión. La ruta de los fosfatos de
pentosa y su relación con otras vías metabólicas. Vía del gluconato. Otros cambios de
oxidación de la glucosa. Destino metabólico del piruvato y su regulación. Balance
energético. Catabolismo de otros monosacáridos y disacáridos y su relación con la
glucólisis. Formación de ácido láctico. Reacción del complejo piruvano deshidrogenasa.
Reacciones individuales del ciclo del ácido cítrico. Acoplamiento del ciclo cítrico con la
cadena respiratoria. Naturaleza anfibólica del ciclo. Las reacciones anapleróticas.
Gluconeogénesis. Función de la glucosa a partir de diferentes precursores. Biosíntesis de
polisacáridos y su aplicación. Asimilación fotosintética de CD2 atmosférica por organismos
fotótropos.
UNIDAD 3.-
B I O E N E R G É T I C A.
8 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Señalarán la importancia del proceso de la respiración y su distribución en
microorganismos y en eucariontes.
Distinguirán las características de la cadena transportadora de electrones en
eucariontes y procariontes.
Deducirán una secuencia lógica del transporte de electrones de acuerdo con los
potenciales redox de sus componentes.
Describirán los lugares de la cadena respiratoria donde la libera suficiente energía
libre para la fosforilación de una molécula de AGP.
Explicarán el mecanismo de los desacopladores de la formación de ATP, y de los
inhibidores de transporte de electrones.
Discutirán la existencia de otras moléculas aceptoras de electrones.
Explicarán la importancia de la fotosíntesis
Explicarán la función de las moléculas que intervienen en la captación de la energía
luminosa y los acarreadores en función de sus propiedades químicas.
Explicarán la función de cada fotosistema en el proceso global de la fotosíntesis,
esquematizando la producción de compuestos reductores (NADPH) y de composición de
alto contenido energético (ATP).
Explicarán las diferencias entre el flujo cíclico y el flujo acíclico de electrones y
mencionarán en qué organismos se presentan, señalando los sustratos reducidos que utiliza
cada organismo.
Explicarán el mecanismo de acción de inhibidores del transporte de electrones y su
utilización en el estudio del orden en que se encuentran los transportadores de electrones en
los fotosistemas I y II.
Describirán el modo de acción de las sustancias desacoplantes y el interés de su
estudio.
CONTENIDO.
Respiración. Distribución biológica de la respiración. La cadena respiratoria o cadena
transportadora de electrones. Potenciales de óxido-reducción (redox) de los transportadores
de electrones. Inhibidores del transporte electrónico. Fosforilación oxidativa Acoplamiento
de la fosforilación oxidativa al transporte electrónico. Balance energético y cociente P/O.
desacoplantes o inhibidores de la fosforilación oxidativa. Respiración anaerobia.
Fotosíntesis. Distribución biológica de la fotosíntesis. Moléculas que intervienen la
captación de la energía luminosa y los acarreadores de electrones. Los fotosistemas I y II.
Inhibidores del transporte de electrones fotosintético. Fotofosforilación. Desacoplantes de
la fotofosforilación. Eficiencia fotosintética a nivel cuántico y molecular.
UNIDAD 4.-
M E T A B O L I S M O D E L ÍP I D O S.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Describirán las reacciones metabólicas para utilización y almacenamiento de
lípidos. su regulación e integración con otros metabolismos.
Describirán el catabolismo de ácidos grasos y glicerol, su regulación e integración a
las diferentes rutas metabólicas.
Discutirán el balance energético proveniente de la degradación de los ácidos grasos.
Explicarán la formación del acetoacetato y su beta-hidroxibutirato.
Explicarán la existencia de un complejo multienzimático para la síntesis de los
ácidos grasos saturados e insaturados.
Explicarán la ruta metabólica a través de la cuál se sintetizan los triacilgliceroles,
discutirán las reacciones en las que puede ser regulada la síntesis.
Describirán las reacciones enzimáticas que conducen a la síntesis de los fosfolípidos
y de glucolípidos. Discutirán los sitios probables de su regulación.
Describirán la biosíntesis del colesterol y discutirán su importancia como
intermediario en la síntesis de numerosos compuestos de interés biológico. (carotenos,
vitamian A vitamina D, limoneno, otros terpenos, prostaglandinas, etc.
CONTENIDO.
Catabolismo de los triacilgliceroles. Catabolismo de los ácidos grasos y su transporte al
interior de la mitocondria. B-oxidación de los ácidos grasos saturados e insaturados.
Oxidación de los ácidos grasos con un número impar de átomos de carbono. Interrelación
con el ciclo del ácido cítrico. Balance energético. Formación de cuerpos cetónicos.
Anabolismo de los ácidos grasos y su regulación. Formación de los ácidos grasos
insaturados. Anabolismo de los triacilgliceroles. Biosíntesis de esteriores, terpenos, etc.
UNIDAD 5.- M E T A B O L I S M O D E L O S A M I N O Á C I D O S.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Discutirán en forma general el metabolismo de los aminoácidos: su utilización para
la síntesis de proteínas y otras biomoléculas y su incorporación al ciclo del ácido cítrico.
Describirán las reacciones enzimáticas involucradas en la transferencia del grupo
alfa amino, en el proceso de desaminación; la transformación oxidativas de los
aminoácidos, indicado las enzimas y coenzimas involucradas en esas reacciones.
Describirán las rutas metabólicas de los diferentes aminoácidos identificando
intermediarios, enzimas que intervienen y sitios probables de regulación, estableciendo una
integración de las diferentes vías.
Explicarán la participación de la glutamina en el transporte de amoniaco y su
importancia.
Describirán la formación, a partir de los aminoácidos, de algunas substancias con
actividad biológica.
Discutirán el concepto de poza metabólica.
Esquematizarán la biosíntesis de los aminoácidos indicando, en cada caso, la vía
metabólica de la que proceda el precursor.
Identificarán las fuentes de nitrógeno según el tipo de organismo.
CONTENIDO
Reacciones comunes del metabolismo de los aminioácidos. Transaminación.
Desaminación. Catabolismo de los aminoácidos. Aminoácidos que producen: acetilco A;
acetoacetil Co A; alfacetoglutarato; sucinato: fumarato: oxaloacetato ciclo de la urea.
Expresión del amoniaco. Otras substancias de interés biológico formadas a partir de lo
aminoácidos. Poza metabólica de lo aminoácidos. Anabolismo de los aminoácidos y su
regulación. Síntesis a partir del alfa cetoglutarato. Síntesis de la serina, la glicina y la
cisterna. Síntesis de los aminoácidos aromáticos.
UNIDAD 6.- M E T A B O L I S M O D E L O S N U C L E O T I P O S.
2 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán la hidrólisis de los nucleótidos hasta producir las bases púricas y
pirimídicas libres.
Describirán las reacciones enzimáticas involucradas en el catabolismo de las purinas
y los diferentes productos finales que se obtienen.
Describirán las rutas metabólicas por las que catabolizan las pirimidinas y los
diferentes productores finales obtenidos.
Explicarán la existencia de pozas de bases nucleofílicas y la importancia de su
reutilización. La reutilización de los productos finales de catabolismo de bases
nucleofílicas.
Describirán las reacciones enzimáticas implicadas en la biosíntesis de
ribonucleótidos de purina y piridimina.
Describirán la formación de desoxiribonucleótidos, considerando catalizadores y
coenzimas necesarios.
Discutirán los mecanismos de regulación de la biosíntesis y utilización de los
nucleótidos.
Describirán la importancia de desórdenes genéticos en relación a errores en el
metabolismo de nucleótidos.
CONTENIDO.
Catabolismo de los nucleótidos. Productos de excreción. Vías de recuperación de las bases
nucleotídicas. Anabolismo de los ribonucleótidos. Formación di y triosforribonucleótidos.
Anabolismo de los desoxicrilonucleótidos.
UNIDAD 7.-
FUNCIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán cómo es el que el DNA es una molécula capaz de almacenar y
transportar información genética, considerando las cantidades que lo identifican.
Describirán el mecanismo de la reacción catalizada por la DNA polimerasa para
sintetizar el DNA. Explicarán el proceso "semiconservativo" para la replicación del DNA.
Citarán otros posibles mecanismos de replicación y establecerán la importancia de las
enzimas y proteínas del DNA en este proceso.
Mencionarán la participación de las enzimas que intervienen en la reparación y
discutirán la importancia en este proceso.
Señalarán algunas moléculas capaces de inhibir la síntesis del DNA y su mecanismo
de acción.
Explicarán la existencia de sitios de iniciación para la replicación sobre los cuáles
debe existir control.
Describirán la existencia de virus y microorganismos que contienen DNA como
material genético y conocerán las enzimas que intervienen en su replicación (trascriptasa
reversa, DNA replicasa).
Describirán la construcción de plásmidos y utilidad de las enzimas de restricción.
Explicarán los procesos de intercambio genético de los microorganismos.
CONTENIDO.
El DNA como material genético. Evidencia que lo demuestran. La replicación del DNA., su
localización intracelular. Regulación de la síntesis del DNA. RNA como material genético.
Plasmidos naturales. Procesos de intercambio genético en microorganismos: transducción y
recombinación. Mecanismos para la obtención de mutantes.
UNIDAD 8.-
T R A N S C R I P C I Ó N.
4 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Discutirán la función del DNA mensajero intermediario, como portador de la
información entre el DNA y la proteína.
Describirán otros tipos de RNA: RNA ribosomal, de transferencia y RNAS
pequeños nucleares. Identificarán las estructuras de cada uno de ellos, sus características
especiales, así como las funciones que desempeñan dentro de la célula.
Explicarán el proceso de transcripción del DNA para sintetizar los diversos tipos de
RNA y describirán el sitio celular en donde se realiza (procariotes y eucariotes).
Explicarán las características de la enzima RNA-polimerasa.
Señalarán las diferencias entre el RNA-polimerasa de procariotes y los tres tipos de
RNA-polimerasa (RNA pol I, RNA pol II, RNA pol III). Identificarán la dirección de
crecimiento de la cadena de RNA y su complementariedad con el DNA.
Explicarán como los precursores de los diversos tipos de RNA son procesados a
moléculas maduras (RNA mensajero, RNA de transferencia, RNA ribosomal y RNA
pequeños nucleares).
Describirán el posible mecanismo de transcripción de regiones no contínuas de
DNA a una sola molécula de RNA precursor.
Describirán cómo los RNA procesados, de tipo mensajero, se asocian a proteínas
formando partículas ribonucleoproteínas para ser transportados y explicarán como los
RNA ribosomales se asocian con proteínas ribosomales y forman el ribosoma.
Describirán la estructura del ribosoma de los eucariotes y procariotes y cómo en
estas estructuras los RNA ribosomales son transportados.
Describirán los principales inhibidores de la transcripción y su forma de acción
sobre las diferentes RNA-polimerasas. Mencionarán cómo el propio procesamiento de
RNA y su transporte puede constituir un mecanismo de regulación.
Discutirán como la modificación inducida de diferentes transcritos afectaría la
manifestación de proteínas celulares.
CONTENIDO.
El RNA como intermediario en el flujo de la información. Proceso de transcripción. Papel
de la RNA-polimerasa en la síntesis de RNA: Estructura de la RNA-polimerasa. Tipos de
RNA-polimerasa inhibidores de la transcripción. Productos de la Transcripción y su
procesamiento. Mecanismo de escisión de secuencias intercaladas. Transporte de los RNA
maduros en eucariontes.
UNIDAD 9.-
EL CÓDIGO GENÉTICO Y LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS. 4 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán el significado del código genético y definirán el concepto de codón y
anticodón.
Describirán las principales características del código genético.
Describirán la polimerización de los aminoácidos para formar proteínas y la
correlación entre la secuencia de los aminoácidos y la secuencia de nucleótidos del mRNA
y del DNA. Discutirán el concepto de colinearidad actual.
Describirán la traducción de un mRNA por varios ribosomas.
Describirán la reacción de la aminoacilación.
Mencionarán la existencia de las aminoacil t-RNA sintetasas como complejo
multienzimático y explicarán las posibilidades de regulación alostérica
Describirán las fases del proceso de traducción del mRNA en procariotes y en
eucariotes.
Analizarán el mecanismo de formación del complejo de iniciación en precariotes y
eucariotes. Analizarán las diferencias entre procariotes y eucariotes, en el ensamble de este
complejo.
Explicarán los tres pasos del alargamiento en eucariotes y procariotes.
Explicarán el movimiento concomitante entre el mRNA y el ribosoma y analizarán
el carácter cíclico de esta fase.
Describirán el papel de los tres factores de terminación.
Describirán la regulación de cada una de las fases del proceso de traducción.
Explicarán las diversas modificaciones post-traduccionales que presentan algunas
proteínas.
Explicarán el sistema enzimático del citoplasma para la síntesis de péptidos
pequeños.
CONTENIDO.
Significado del código genético. El tRNA como molécula adaptadora. Evidencias
experimentales del código genético y sus características. Generalidades de Síntesis de
Proteínas. Reacción de aminoaciliación. Aminoacil-tRNA-sintetasas. Función del aminoacil
tRNA. Proceso de traducción en eucariontes y procariontes. Mecanismo de iniciación de la
síntesis de polipétidos. Mecanismo de terminación de la síntesis de polipéptidos.
Mecanismo de terminación de la síntesis de polipéptidos. Inhibición y regulación de la
síntesis de polipéptidos. Modificaciones postraduccionales. Síntesis de péptidos no
ribosómicos.
UNIDAD 10.-
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA.
4 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Discutirán la función de los genes y las reacciones capaces de regular la expresión
genética.
Definirán el concepto de operón como unidad regulable.
Explicarán los conceptos de inducción y represión, así como los conceptos de
regulación negativa y los relacionarán con la regulación de la síntesis de proteínas.
Discutirán la regulación positiva como mecanismo colateral en este mismo operón.
Explicarán el concepto de regulación adecuada.
Discutirán la función de los receptores citoplásmicos y de los receptores en las
proteínas ácidas de la cromatina.
Explicarán la existencia de diferentes mecanismos reguladores de la transcripción:
discutirán la regulación de la transcripción en procariotes (represión, inducción) y
describirán el papel de penta y hexa nucleótidos de fosfato como reguladores de la
transcripción.
Discutirán la regulación de la transcripción en eucariotes y explicarán el papel de
las proteínas básicas cromosomales (histórica) y las no históricas. Describirán el papel de
las hormonas animales y vegetales en la transcripción.
CONTENIDO.
Regulación de la transcripción en eucariotes y procariotes. Concepto de operón y regiones
de regulación. Modelos en procariotes. Operón de lactosa. Operón del triptofano. Modelos
en eucariotes. Genes de la ovoalbúmina.
BIBLIOGRAFÍA
STRYER. L., "Biochemistery", 2nd. Ed. W.H. Freeman and Co., San Francisco 1981.
LEHNINGER, A.L., "Biochemistery", 2d. Ed. Worth Publisher, Inc. New York 1978.
METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA.
Se emplean principalmente las técnicas de exposición con preguntas, discusión en grupos
pequeños e investigación documental y, en algunas ocasiones.
LABORATORIO. SEMINARIO.
EVALUACIÓN
La evaluación del curso estará dado por:
Calificación de los exámenes parciales.
Calificación del examen final.
Participación en clase y seminarios.
Ejecución de monografías.
Calificación del curso de laboratorio representará el 50% de la calificación final y
dependerá de:
a) La calificación de los exámenes de cada ejercicio.
b) El interés demostrado y las habilidades logradas en el desarrollo de las prácticas
(mediante quía de observación)
c) Participación en la discusión de resultados.
d) Informe de los resultados.
REQUISITOS PARA LLEVAR EL CURSO.
Bioquímica Celular.