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, etc.

OBJETIVO GENERAL: Captar 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: Adquirir 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 por contribuir al progreso de las Ciencias Bioquímicas y su proyección a los problemas del medio.

METODOLOGIA DE TRABAJO:

a) 58 clases teóricas de 2 hs cada una con técnicas expositivas e interrogativas, lectura dirigida y/o medios audiovisuales.

b) 56 trabajos prácticos, la mitad de 2 hs y la otra mitad de 3 hs de duración a realizar en pequeños grupos con planificación orientada, trabajo experimental, 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.

c) Estudios autogestionados: preparación de Seminarios y Búsqueda Bibliográfica sobre temas específicos (Total: 14 hs).

EVALUACION:

1) En el curso de los trabajos prácticos se efectuará un seguimiento individual del alumno como evaluación de reajuste para el alumno.

2) Se tomarán tres pruebas parciales escritas con un recuperatorio para cada una, consistentes en cuestionarios y problemas conjuntamente con la presentación de la búsqueda bibliográfica. La condición de alumno regular se determina con la aprobación de los parciales y la asistencia (80%).

3) La evaluación final se hará por medio de un examen oral, individual o con un exámen escrito teórico práctico previo al oral en el caso de alumnos libres.

BIBLIOGRAFIA GENERAL:

Se recomendará un libro de texto básico entre los publicados (disponibles) al comienzo de cada curso y bibliografía alternativa y complementaria.

Para el curso lectivo 2000 será:

Texto básico:

- Lehninger, A.L., Nelson, D.L., Cox, M.M. Principios de Bioquímica. 2da. ed. Omega, Barcelona, 1995.

Texto alternativo:

- Stryer, L. Bioquímica. 4ta. ed. Reverté, Barcelona, 1995 (Tomos I y II).

Bibliografía complementaria:

- Dixon, M., Webb, E.C. Enzymes. 3rd. ed. Academic Press, New York, 1979.

- Rawn, J.D. Bioquímica. Interamericana, Madrid, 1989 (Tomos I y II).

- Metzler, D.E. Biochemistry. Academic Press, New York, 1977.

- Devlin, T.M., ed. Textbook of Biochemistry. 2nd. ed. John Wiley & Sons, Singapore, 1986.

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.

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 PM y evolución de las proteínas.

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 Michaeles-Menten. Km y Vmax. Métodos de linealización de la ecuación de Michaeles-Menten. Purificación de enzimas. Velocidad específica. Rendimiento y purificación. Indice de recambio. Unidades enzimáticas. Desviaciones de la ecuación de Michaeles-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 enzima libre o sobre 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.

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. Efecto inespecífico de iones.

Sistemas BI-BI. Mecanismos secuenciales y ping-pong. Diferenciación entre 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, formación puentes disulfuro. Represión e inducción de genes. 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. Vitamina B12. Reacciones en las que participa.

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, mecanismos de catálisis, complejos multienzimáticos. Fosforilación a nivel de sustrato. Importancia de los intermediarios. Formación de 2,3 bisfosfoglicerato. 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 subcelular, propiedades, mecanismos de catálisis, estereoespecificidad 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 Krebs.

Tema 6. Ciclo del glioxilato. Enzimas participantes. Localización. Función. Regulación coordinada con el ciclo de los ácidos tricarboxílicos en bacterias. Importancia en plántulas en germinación.

Ruta de las pentosas fosfato. Etapas. Función. Enzimas implicadas: ubicación subcelular, propiedades, mecanismos de catálisis. Distintas estequiometrías dependiendo de la necesidad celular. Regulación de la vía.

Gluconeogénesis. Importancia. Organos implicados. Enzimas participantes: ubicación subcelular, propiedades, mecanismos de catálisis, complejos multienzimáticos. Precursores de la glucosa. Ciclo de Cori. Puntos de regulación de la vía. Regulación alostérica y por modificación covalente. Regulación coordinada de la glicolisis y la gluconeogénesis. Acción del glucagon, 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 nucleósido-difosfo-azúcares. Glucógeno sintasa y enzimas ramificantes. Glucogenina. Regulación coordinada con la glucogenolisis.

Otros polímeros de glucosa: almidón.

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. Membranas biológicas: estructura, composición y propiedades. Membranas artificiales: obtención, propiedades y aplicaciones.

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: a - y w -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 estequeometría de la síntesis de ácidos grasos. Estudio de las enzimas que participan en la biosíntesis de ácidos grasos, complejo multienzimático. 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. Análisis de las distintas vías de síntesis de los fosfolípidos. Síntesis de ceramida, la unidad básica para la formación de esfingolípidos. Síntesis de esfingolípidos y gangliósidos.

Síntesis de colesterol, descripción de los principales intermediarios y reacciones. Formación de ácidos biliares. Formación de hormonas esteroideas a partir del colesterol.

Tema 8. Oxidaciones biológicas. Dehidrogenación. Potencial redox y energía libre. Sistemas redox biológicos. Oxidasas, oxigenasas y oxidoreductasas. Dehidrogenasas dependientes de nucleótidos de nicotinamida, flavoproteínas y cuproproteínas. Ferrosulfoproteínas. Quinonas. Citocromos. La cadena respiratoria. Localización en mitocondrias. Fraccionamiento en complejos. Descripción y mecanismo de las enzimas y coenzimas que intervienen. Inhibidores de la cadena respiratoria. Respiración en bacterias.

Fosforilación oxidativa. Concepto. Estequiometría. Indice P/O: su determinación. Control respiratorio. Desacoplantes e inhibidores de la fosforilación. Estados metabólicos mitocondriales. Mecanismo de la fosforilación oxidativa: teoría quimiosmótica. La protón ATPasa. Utilización de los componentes de alta energía. Transporte iónico mitocondrial y antibióticos ionoforéticos. Fosforilación oxidativa en bacterias.

Fotosíntesis. Definición y ecuación general. Localización del proceso fotosintético, cloroplastos y cromoplastos. 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 Características del complejo CF0-CF1. 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, plantas CAM e intermediarias, análisis de las distintas vías de fijación de CO2. Fotorespiración.

Tema 9. Metabolismo de aminoácidos y otros compuestos nitrogenados: Ciclo del nitrógeno: fijación biológica de nitrógeno (fijadores libres, asociativos y simbióticos), reacción y mecanismo de la nitrogenasa, nitrificación y desnitrificación del suelo. Conversión de nitrato y nitrito en amonio y su incorporación a compuestos orgánicos. Degradación de proteínas.

Metabolismo central de aminoácidos (rol de glutamato deshidrogenasa y transaminasas). Otras reacciones de desaminación y reacciones de decarboxilación. Degradación del esqueleto carbonado de los aminoácidos. Formas de excreción del nitrógeno (amoniotélicos, ureotélicos y uricotélicos). Ciclo de la urea y su interconexión con el ciclo de Krebs. Ciclo de la glucosa-alanina. Degradación de los aminoácidos aromáticos y la formación de compuestos relacionados. Biosíntesis de aminoácidos no esenciales. Ciclo del metilo activo. Biosíntesis de otros compuestos nitrogenados relacionados.

Tema 10. 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 d-NTP. Síntesis de d-TTP y su inhibición por fármacos (quimioterapia).

Tema 11. Acidos nucleicos. Las unidades monoméricas: bases, nucleósidos, nucleótidos. Estructura y propiedades del DNA. Estructura y propiedades del RNA. DNA e información genética. Principio transformante. Reglas de Chargaff. Modelo de Watson y Crick. Experiencias y determinaciones que apoyan el modelo de Watson y Crick. Acidos nucleicos de doble cadena y de cadena simple. Desnaturalización del DNA. Hidrólisis química y enzimática del DNA y del RNA.

Biosíntesis de ácidos nucleicos. Replicación: DNA polimerasas, DNA ligasa, RNA replicasa, transcriptasa inversa. Transcripción: RNA polimerasa. Polinucleótido fosforilasa.

Tema 12. Código genético: Características generales, universalidad, degeneración y ambigüedad. Pruebas experimentales. Evolución del código.

Biosíntesis proteica. Generalidades. Papel del RNA de transferencia, RNA mensajero y RNA ribosomal. Etapas de la biosíntesis: activación de los aminoácidos, iniciación, elongación y terminación. Modificaciones postransduccionales. Inhibidores de la biosíntesis proteica. Destino de las proteínas, destrucción programada.

TEMAS A DESARROLLAR EN LOS TRABAJOS PRACTICOS

1.- Búsqueda bibliográfica. Introducción. Laboratorio: Manejo de bases de datos. Acceso bioinformático en Internet. Preparación y presentación de una monografía sobre temas sugeridos.

(2 sesiones)

2.- Péptidos y proteínas. Laboratorio: Cuantificación, separación, purificación, criterios de pureza. Resolución de problemas prácticos.

(7 sesiones)

3.- Enzimología. Laboratorio: Determinación de actividad enzimática, parámetros cinéticos, inhibidores, efecto de pH y temperatura. Resolución de problemas prácticos.

(12 sesiones)

4.- Hidratos de carbono. Laboratorio: Cuantificación e identificación. Resolución de problemas prácticos.

(3 sesiones)

5.- Metabolismo de hidratos de carbono. Laboratorio: Efecto de diferentes compuestos sobre el consumo de glucosa por la vía glucolítica. Resolución de problemas prácticos.

(7 sesiones)

6.- Lípidos. Laboratorio: Cuantificación, identificación y cromatografía. Resolución de problemas prácticos.

(4 sesiones)

7.- Respiración mitocondrial. Laboratorio: Transporte de electrones mitocondrial. Efecto de inhibidores y desacoplantes. Resolución de problemas prácticos.

(6 sesiones)

8.- Fotosíntesis. Laboratorio: Transporte de electrones y medida de la actividad de enzimas fotosintéticas en plantas C3 y C4. Resolución de problemas prácticos.

(6 sesiones)

9.- Metabolismo de compuestos nitrogenados. Laboratorio: Determinación de aminoácidos en distintos tejidos. Resolución de problemas prácticos.

(4 sesiones)

10.- Acidos nucleicos. Laboratorio: Extracción y cuantificación de ADN. Electroforesis y determinación de la temperatura de fusión. Resolución de problemas prácticos.

(5 sesiones)