1 PROGRAMA DE QUIMICA BIOLOGICA INTRODUCCION: La

PROGRAMA DE QUIMICA BIOLOGICA
INTRODUCCION:
La Química Biológica es el área del conocimiento que estudia las biomoléculas
componentes de los seres vivos y la forma en que éstas interactúan respetando
las leyes físicas y químicas de la materia inanimada para mantener y perpetuar la
vida. Está ubicada en la carrera en un punto de inflexión en el cual confluyen las
materias del ciclo básico que estudian las leyes físicas y químicas de la materia
inanimada. En este nivel el alumno recibe los elementos que le permitirán
interpretar los fenómenos biológicos para su posterior aplicación en las distintas
áreas del conocimiento: Microbiología, Biología Molecular, Fisiología, Bioquímica
Clínica, entre otras.
OBJETIVO GENERAL: Comprender en su verdadera dimensión la complejidad de
la composición química y de los procesos bioquímicos de los seres vivos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
a) De conocimiento: Adquirir los conceptos básicos acerca de la composición
química de los seres vivos y de los procesos que sufren las biomoléculas en el
curso del metabolismo celular.
b) De habilidades: Alcanzar una formación teórico-práctica adecuada para el
estudio de la composición química de los organismos vivos, la determinación de
las propiedades fundamentales de sus enzimas y el estudio de sus procesos
metabólicos.
c) De actitudes: Crear la conciencia de que los complejos procesos bioquímicos
que transcurren en los seres vivos constituyen un todo dinámico, cuyo
conocimiento se encuentra en pleno desarrollo experimental y despertar la
inquietud para contribuir al progreso de las Ciencias Bioquímicas y su
proyección a los problemas del medio.
METODOLOGIA DE TRABAJO:
La asignatura se dicta de manera anual, con una carga horaria de 8 horas
semanales (3 horas de clases teóricas y 5 horas destinadas a clases prácticas).
- Las clases teóricas se realizan utilizando técnicas expositivas e interrogativas,
lectura dirigida y/o medios audiovisuales.
- Los trabajos prácticos se desarrollan en 2 clases semanales, una de 2 h y la
otra de 3 h de duración. Los alumnos se organizan en grupos con planificación
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orientada, estudios de casos prácticos, trabajos experimentales de laboratorio,
debate conjunto de los resultados obtenidos, resolución de problemas y exposición
de búsquedas bibliográficas, acceso bioinformático en Internet y prácticas con
tutoriales en formato digital.
EVALUACION:
1) En el curso de los trabajos prácticos se efectuará un seguimiento individual del
alumno.
2) Se toman tres pruebas parciales escritas con un recuperatorio para cada una,
consistentes en cuestionarios y problemas. La condición de alumno regular se
determina con la aprobación de los laboratorios (80%), todos los parciales o
recuperatorios y la asistencia (80%).
3) La evaluación final se realiza por medio de un examen final integrador individual
para el caso de los alumnos regulares. En el caso de los alumnos libres, se toma
un examen escrito teórico práctico y trabajos prácticos de laboratorio previo al final
integrador.
BIBLIOGRAFIA GENERAL:
Se recomendará un libro de texto básico entre los publicados (disponibles)
al comienzo de cada curso y bibliografía complementaria.
Textos básicos:
- Lehninger, A.L., Nelson, D.L., Cox, M.M. Principios de Bioquímica. Última edición
disponible en la biblioteca de nuestra Facultad
o
- Jeremy M. Berg, John L. Tymocsko and Lubert Stryer. Bioquímica. Última edición
disponible en la biblioteca de nuestra Facultad
Bibliografía complementaria:
- Dixon, M., Webb, E.C. Enzymes. 3rd. ed. Academic Press, New York, 1979.
- Segel, I.H. Behavior and Analysis of Rapid Equilibrium and Steady-State Enzyme
Systems, Wiley Classics Library, 1993.
- Metzler, D.E. Biochemistry. Academic Press, New York, 1977.
- Devlin, T.M., ed. Textbook of Biochemistry. 2nd. ed. John Wiley & Sons,
Singapore, 1986.
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CONTENIDOS
Tema 1. Concepto de Bioquímica. Papel de la investigación científica en el
desarrollo de la Bioquímica. Concepto de Bioenergética. Flujo de materia
y energía en la biosfera y en la célula.
Introducción al estudio del metabolismo intermedio. Los seres vivos
como sistemas metabólicos abiertos: aproximaciones experimentales
para su estudio. Niveles de organización, alteraciones metabólicas.
Organización intracelular y función. Anabolismo, catabolismo, vías
anapleróticas y anfibólicas. Control metabólico. Métodos de estudio del
metabolismo celular. Metabolismo secundario.
Tema 2. Aminoácidos: estructura, clasificación y propiedades.
Péptidos: estructura y purificación. Péptidos naturales, clasificación.
Secuenciación. Síntesis peptídica.
Proteínas: clasificación, estructuras primaria, secundaria,
supersecundaria, terciaria y cuaternaria. Propiedades de las proteínas,
métodos de separación, métodos analíticos de cuantificación, criterios de
pureza, determinación de masa molecular y evolución de las proteínas.
Secuenciación. Ejemplos de proteínas globulares y fibrosas.
Tema 3. Enzimología. Clasificación. Apoenzimas y cofactores. Definiciones
termodinámicas. Interacciones sustrato-enzima. Especificidad de
reacción. Sitio activo. Curso de la reacción enzimática. Intermediarios.
Complejo enzima-sustrato. Mecanismos de catálisis. Efecto de
concentración, catálisis ácido-base, catálisis covalente. Grupos
específicos que contribuyen a la catálisis.
Cinética enzimática. Efecto de la concentración de sustrato sobre la
velocidad de reacción. Velocidad inicial. Linealidad en función del tiempo
y de la concentración de enzima. Aproximación de equilibrio rápido y de
estado estacionario. Ecuación de Michaelis-Menten. Km y Vmax.
Métodos de linealización de la ecuación de Michaelis-Menten.
Purificación de enzimas. Velocidad específica. Rendimiento y
purificación. Índice de recambio. Unidades enzimáticas. Desviaciones de
la ecuación de Michaelis-Menten. Cooperatividad. Ecuación de Hill.
Inhibidores. Inhibidores irreversibles y reversibles, completos y
parciales. Inhibidores reversibles completos: competitivo, no competitivo,
acompetitivo y mixto. Caracterización y determinación de constantes de
inhibición. Gráficos primarios, secundarios y de Dixon.
Efecto del pH. Efectos reversibles e irreversibles. Diferenciación. Efecto
sobre la enzima libre y/o sobre el complejo enzima sustrato. Efecto sobre
el sustrato. Modificación de Km y Vmax. Grupos de la enzima implicados.
Determinación de la Ka del o los grupos implicados.
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Efecto de la temperatura. Efectos reversibles e irreversibles.
Diferenciación. Determinación de la Energía de Activación. Ecuación de
Arrhenius.
Activadores. Activadores esenciales y no esenciales. Criterios para
determinación del mecanismo.
Sistemas BI-BI. Mecanismos secuenciales y ping-pong. Diferenciación
entre los distintos mecanismos. Determinación de los parámetros
cinéticos. Gráficos primarios y secundarios.
Regulación de la actividad enzimática. Regulación alostérica. Efecto
homotrópico y heterotrópico. Regulación por modificación covalente:
fosforilación, adenilación, uridilación, formación puentes disulfuro.
Regulación de la concentración de enzima. Aplicación a vías
metabólicas.
Cofactores. Coenzimas y grupos prostéticos. Vitaminas. Nucleótidos
como cofactores: Distintas rupturas del ATP. Coenzimas transferidoras
de hidrógeno: NAD y NADP, FMN y FAD. Función biológica. Mecanismos
de reacción. Potenciales de reducción. Ejemplos. Propiedades
espectrofotométricas. Coenzima A: estructura y función. Ejemplos. Otras
proteínas transportadoras de grupos acilo. Biotina: mecanismo de
reacción. Carboxilasas y transcarboxilasas. Tiamina pirofosfato.
Reacciones enzimáticas que involucran tiamina. Piridoxal fosfato y
piridoxamina fosfato: función general. Reacciones de transaminación,
racemización y decarboxilación. Tetrahidrofolato: transferencia de
unidades de un carbono.
Tema 4. Hidratos de Carbono. Definición, estructuras, clasificación, propiedades,
funciones y distribución biológica. Oligosacáridos, homo- y hetero
polisacáridos: estructuras, clasificación, propiedades y funciones.
Glicólisis y catabolismo de hexosas. Etapas de la glicólisis.
Rendimiento energético. Enzimas implicadas: ubicación subcelular,
propiedades, complejos multienzimáticos. Fosforilación a nivel de
sustrato. Importancia de los intermediarios. Formación de 2,3
bifosfoglicerato. Puntos de regulación de la vía. Regulación alostérica y
por modificación covalente: hexoquinasa, fosfofructoquinasa I y piruvato
quinasa.
Hidrólisis de disacáridos. Enzimas implicadas. Catabolismo de las
diferentes hexosas: fructosa, manosa. Metabolismo de la galactosa.
Nucleósido-difosfo-azúcares.
Destinos del piruvato. Fermentación y respiración. Rendimiento
energético. Efecto Pasteur. Fermentación láctica y alcohólica. Otros
ejemplos de fermentaciones.
Tema 5. Ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Estructura de la mitocondria.
Transportadores. Complejo de la piruvato deshidrogenasa. Ubicación
sub-celular. Enzimas que lo conforman. Cofactores que participan.
Enzimas implicadas en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos: ubicación
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subcelular, propiedades, estéreoespecificidad de las reacciones.
Isoenzimas. Fosforilación a nivel de sustrato. Destino de los cofactores
reducidos. Balance energético. Regulación alostérica y por modificación
covalente.
Vías anapleróticas y reacciones que consumen intermediarios del ciclo
de los ácidos tricarboxílicos.
Tema 6. Ciclo del glioxilato. Enzimas participantes. Localización. Función.
Regulación coordinada con el ciclo de los ácidos tricarboxílicos en
bacterias. Importancia del ciclo en plántulas en germinación.
Ruta de las pentosas fosfato. Etapas. Función. Enzimas implicadas:
ubicación subcelular, propiedades. Distintas estequiometrías
dependiendo de la necesidad celular. Regulación de la vía.
Gluconeogénesis. Importancia. Órganos implicados. Enzimas
participantes: ubicación subcelular. Precursores de la glucosa. Ciclo de
Cori. Puntos de regulación de la vía. Regulación alostérica y por
modificación covalente. Regulación coordinada de la glicólisis y la
gluconeogénesis. Acción del glucagón, adrenalina e insulina.
Metabolismo del glucógeno. Glucógeno: estructura y localización.
Degradación: glucógeno fosforilasa y enzimas desramificantes.
Regulación alostérica y por modificación covalente. Regulación
diferencial en hígado y músculo. Síntesis: participación de los nucleósidodifosfo-azúcares. Glucógeno sintasa y enzimas ramificantes.
Glucogenina. Regulación coordinada con la glucogenolisis.
Integración del metabolismo de hidratos de carbono. Metabolismo
específico de tejido: hígado, músculo, cerebro. Bases bioquímicas de la
diferenciación. Regulación hormonal coordinada y enzimas claves.
Tema 7. Lípidos. Definición. Nomenclatura. Clasificación, estructura, función y
distribución de los distintos tipos de lípidos.
Degradación metabólica de los lípidos: hidrólisis de los triacilgliceroles
por lipasas dependiente de AMP. Degradación de los ácidos grasos por
la remoción secuencial de fragmentos de 2 carbonos (ß oxidación). Otras
formas de degradación: α- y ω-oxidación. Degradación de ácidos grasos
saturados e insaturados y de número par e impar de carbonos.
Degradación mitocondrial y microsomal de los ácidos grasos, similitudes
y diferencias. Rendimiento energético de la oxidación de los ácidos
grasos. Cuerpos cetónicos: su formación, función y características.
Síntesis de ácidos grasos: formación de malonil-CoA, rol del ACP, ciclo
de elongación y estequiometría de la síntesis de ácidos grasos.
Complejos multienzimáticos. Descripción de las enzimas accesorias
requeridas para la elongación e insaturación de ácidos grasos. Control de
la síntesis de ácidos grasos.
Biosíntesis de fosfolípidos y triacilgliceroles, rol del fosfatidato. Rol del
CDP-diacilglicerol en la formación de fosfoglicéridos. Vías de síntesis de
los fosfolípidos.
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Tema 8. Oxidaciones biológicas. Proteínas que catalizan reacciones de oxidoreducción. La cadena respiratoria. Localización en mitocondrias.
Fraccionamiento en complejos. Descripción y mecanismo de las enzimas
y coenzimas que intervienen. Inhibidores de la cadena respiratoria.
Fosforilación oxidativa. Concepto. Estequiometría. Índice P/O: su
determinación. Control respiratorio. Desacoplantes e inhibidores de la
fosforilación. Estados metabólicos mitocondriales. Mecanismo de síntesis
de ATP.
Fotosíntesis. Definición y ecuación general. Localización del proceso
fotosintético. Fases del proceso fotosintético. Estructura y función de las
clorofilas y pigmentos accesorios. Eventos primarios de la fotosíntesis.
Fotosistemas. Centros de reacción. Transporte fotosintético de
electrones. Fotólisis del agua y generación de NADPH. Fotofosforilación,
mecanismo. Desacoplantes e inhibidores. Asimilación fotosintética del
carbono. Ciclo reductivo de las pentosas fosforiladas, descripción de la
vía, análisis de los distintos componentes y su regulación. Vías auxiliares
para la asimilación del carbono atmosférico, plantas C4, y CAM.
Fotorespiración.
Tema 9. Metabolismo de aminoácidos y otros compuestos nitrogenados:
Ciclo del nitrógeno: fijación biológica de nitrógeno, reacción y mecanismo
de la nitrogenasa. Conversión de nitrato y nitrito en amonio y su
incorporación a compuestos orgánicos.
Metabolismo central de aminoácidos. Glutamato deshidrogenasa y,
Glutamina sintetasa, regulación. Transaminasas, mecanismo de
reacción. Otras reacciones de desaminación y reacciones de
decarboxilación. Degradación de los aminoácidos. Formas de excreción
del nitrógeno (organismos amoniotélicos, ureotélicos y uricotélicos). Ciclo
de la urea y su interconexión con el ciclo de los ácidos tricarboxílicos.
Regulación. Ciclo de la glucosa-alanina. Biosíntesis de aminoácidos no
esenciales. Ciclo del metilo activo. Compuestos nitrogenados
relacionados.
Tema 10. Nucleótidos. Las unidades monoméricas: bases, nucleósidos,
nucleótidos. Estructura y clasificación. Biosíntesis y degradación de
bases púricas y pirimidínicas y su regulación. Formación de ácido úrico.
Recuperación de bases provenientes de la ingesta o de la degradación
de ácidos nucleicos endógenos. Síntesis de dNTP. Regulación. Síntesis
de dTTP e importancia de su inhibición.
Tema 11. Ácidos nucleicos. Estructura y propiedades del ADN. Reglas de
Chargaff. Modelo de Watson y Crick. Experiencias y determinaciones que
apoyan el modelo de Watson y Crick. Tipos de ARN: ARN mensajero,
ribosomal y de transferencia. Otros tipos de ARN. Estructura y funciones
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del ARN. Desnaturalización del ADN, efecto hipercrómico. Hidrólisis
química y enzimática del ADN y del ARN. Secuenciación.
Biosíntesis de ácidos nucleicos. Replicación en procariotas: ADN
polimerasas, ADN ligasa, ADN topoisomerasas, ADN helicasas. Otras
proteínas que intervienen. Diferencias con la duplicación en eucariotas.
Etapas de la replicación. Características. Transcripción en bacterias:
ARN polimerasa. Características y etapas. Diferencias con la
transcripción en eucariotas. Transcripción y modificaciones
postranscripcionales de ARN ribosomales y de transferencia.
Tema 12. Código genético: Características generales. Pruebas experimentales.
Biosíntesis proteica. Generalidades. Papel del ARN de transferencia,
ARN mensajero y ARN ribosomal. Etapas de la biosíntesis: activación de
los aminoácidos, iniciación, elongación y terminación. Modificaciones
postraduccionales. Inhibidores de la biosíntesis proteica. Destino de las
proteínas. Degradación de proteínas.
TEMAS A DESARROLLAR EN LOS TRABAJOS PRACTICOS
1.- Búsqueda bibliográfica. Introducción. Laboratorio: Manejo de bases de datos.
Acceso bioinformático en Internet.
2.- Péptidos y proteínas. Laboratorio: Cuantificación, separación, purificación,
criterios de pureza. Resolución de problemas prácticos.
3.- Enzimología. Laboratorio: Determinación de actividad enzimática, parámetros
cinéticos, inhibidores, efecto de pH y temperatura. Tabla de purificación.
Resolución de problemas prácticos.
4.- Hidratos de carbono. Laboratorio: Cuantificación e identificación. Resolución
de problemas prácticos.
5.- Metabolismo de hidratos de carbono. Laboratorio: Efecto de diferentes
compuestos sobre el consumo de glucosa por la vía glucolítica. Resolución de
problemas prácticos.
6.- Lípidos. Laboratorio: Cuantificación, identificación y cromatografía. Resolución
de problemas prácticos.
7.- Respiración mitocondrial. Laboratorio: Transporte de electrones mitocondrial.
Efecto de inhibidores y desacoplantes. Resolución de problemas prácticos.
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8.- Fotosíntesis. Laboratorio: Transporte de electrones y medida de la actividad
de enzimas fotosintéticas. Resolución de problemas prácticos.
9.- Metabolismo de compuestos nitrogenados. Laboratorio: Enzimas del
metabolismo de aminoácidos en distintos tejidos. Resolución de problemas
prácticos.
10.- Ácidos nucleicos. Laboratorio: Extracción y cuantificación de ADN.
Electroforesis y determinación de la temperatura de fusión. Resolución de
problemas prácticos.
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