TEMA 1: LOS AMINOÁCIDOS Y LAS PROTEÍNAS. I. AMINOÁCIDOS:

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1 Universidad Central de Venezuela Facultad de Ciencias Escuela de Biología Asignatura: BIOQUÍMICA GENERAL (Obligatoria) Tipo de asignatura: Teórica Código: 1031 Unidades crédito: 5 Horas semanales: 5 horas teóricas por semana Departamento: Biología Celular Objetivo de la asignatura 1. Adiestrar al estudiante en el manejo del lenguaje bioquímico. 2. Familiarizar al estudiante con los principales tipos de biomoléculas, su estructura y propiedades. 3. Reconocer los diferentes tipos de funciones que realizan estas biomoléculas en los seres vivos. 4. Destacar la relación entre la estructura y la función de las biomoléculas. 5. Familiarizar al estudiante con las principales rutas de transformación de las biomoléculas (metabolismo) y la regulación de las mismas. 6. Reconocer la importancia y el alcance de la metodología experimental en el desarrollo de los estudios bioquímicos. Contenido Programático TEMA 1: LOS AMINOÁCIDOS Y LAS PROTEÍNAS. I. AMINOÁCIDOS: 1. Estructura general de los aminoácidos. Grupos R no polares, polares sin carga, polares cargados. Ejemplos. Reacciones del grupo amino y del grupo carboxilo de los α-aminoácidos. Propiedades ácido-básicas. Curva de titulación de un aminoácido monoamino y monocarboxilo. Ión híbrido y punto isoeléctrico. 2. Propiedades ópticas debidas al carbono asimétrico. Absorbancia de luz UV de los aminoácidos aromáticos. 3. Separación de aminoácidos. II. LAS PROTEÍNAS Y SUS PROPIEDADES. 1. Métodos de purificación de proteínas y criterios de pureza. 2. Composición de aminoácidos de las proteínas. 3. Identificación del N-terminal y del C-terminal. 4. Determinación de secuencias. Fragmentación por hidrólisis parcial. Separación y análisis de péptidos. Etapas en la determinación de secuencias. III. NIVELES DE ORGANIZACIÓN. 1. Estructura Primaria. El enlace peptídico: características. Relación entre estructura primaria y conformación nativa. Significado biológico de la secuencia de aminoácidos. 2. Estructura Secundaria. α-hélice, hoja β-plegada, giros β y arrollamiento al azar. Estabilidad de la estructura secundaria. Estructura supersecundaria. 3. Estructura terciaria. Dominios. Plegamiento proteico. Fuerzas que estabilizan la estructura terciaria. 4. Estructura cuaternaria. Monómeros y oligómeros. Significado biológico. Hemoglobina. TEMA 2: ENZIMAS. I. ENZIMAS: DEFINICIÓN Y PROPIEDADES QUE LA CARACTERIZAN. 1. Definición de catalizador biológico. Características generales. 2. Definición de un sistema simple enzima sustrato. E + S ES P + E. 3. Cofactores, coenzimas, grupos prostéticos, apoenzima y holoenzima

2 4. Especificidad enzimática. Modelos que explican la unión del sustrato: llave-cerradura y ajuste inducido. Relación entre conformación y actividad catalítica. 5. Clasificación sistemática de las enzimas según el tipo general de la reacción en la cual participa. 6. Medición de la actividad enzimática. II. CATÁLISIS. 1. Órdenes de reacción. 2. Energía de activación. 3. Estado de transición. 4. Cinética enzimática. Teoría de Michaelis-Menten. Concepto de estado estacionario. Significado de la constante de Michaelis-Menten (Km) y de Vmáx. Medición de v versus [S] y 1/v versus 1/[S]. Efecto de la concentración de la enzima y del sustrato sobre la velocidad de la reacción. Efecto del tiempo, ph y temperatura sobre la velocidad de la reacción. 5. Formas de expresión de la actividad enzimática. III. INHIBICIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA. 1. Inhibición competitiva. 2. Inhibición no competitiva. 3. Representaciones gráficas. IV. MODULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA. Mecanismos a corto plazo y a largo plazo: a. Alosterismo y modificación covalente. b. Síntesis y degradación de enzimas. V. COENZIMAS. NAD, FAD, CoA, fosfato de piridoxal, ATP y UTP. TEMA 3: CARBOHIDRATOS Y CATABOLISMO DE AMINOÁCIDOS. a) ESTRUCTURA DE CARBOHIDRATOS. I. DEFINICIÓN, DIVERSIDAD QUÍMICA Y FUNCIONES. II. MONOSACÁRIDOS, ESTRUCTURA Y PROPIEDADES. 1. Aldosas y cetosas. 2. Anómeros, epímeros. Mutarrotación. 3. Fórmulas de proyección. 4. Reacciones: esterificación, oxidación, reducción. Formación de glucósidos y derivados. III. OLIGOSACÁRIDOS. 1. Disacáridos: sacarosa, maltosa, isomaltosa, lactosa y celobiosa. Tipos de enlaces. Productos de hidrólisis. 2. Glucanos. IV. POLISACÁRIDOS. 1. Homopolisacáridos. 2. Heteropolisacáridos. 3. Polisacáridos conjugados. b) METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS. I. INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO. 1. Anabolismo y catabolismo. Etapas. 2. Tipos de rutas metabólicas: lineales, ramificadas y cíclicas. 3. El control de flujo en las rutas metabólicas. Mecanismos de regulación a corto y a largo plazo. 4. El ATP: moneda de transacciones energéticas. II. GLUCÓLISIS. 1. Reacciones que requieren energía: conversión de la glucosa hasta fructosa-1,6-bisfosfato. 2. Reacciones que conducen a la producción de energía: formación de triosas y su transformación en piruvato. En cada etapa se indicarán las reacciones reversibles e irreversibles y aquellas sujetas a regulación. 3. Balance energético de la glucólisis (de glucosa a piruvato). 4. Interconexión de la glucólisis con otras rutas metabólicas: a) A nivel de la glucosa-6-fosfato: ciclo de las pentosas monofosfato, metabolismo del glucógeno e interconversión de azúcares. Azúcares que alimentan a la glucólisis. b) A nivel del piruvato: fermentación láctica, fermentación alcohólica y respiración. 5. Importancia fisiológica de la glucólisis

3 III. GLUCONEOGÉNESIS. 1. Localización subcelular del proceso. 2. Estrategias para lograr revertir las reacciones irreversibles de la glucólisis: reacciones de la piruvato carboxilasa, fosfoenolpiruvato carboxiquinasa, fructosa-1,6-bisfosfato fosfatasa y la glucosa-6-fosfato fosfatasa. 3. Estrategias para sacar los carbonos de la mitocondria: sistema de lanzadera del malato y del aspartato. 4. Papel del glucagón en la regulación de la gluconeogénesis. 5. Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos. IV. METABOLISMO DEL GLUCÓGENO. 1. Localización subcelular del proceso. 2. Enzimas reguladoras: glucógeno fosforilasa (glucogenolisis) y la glucógeno sintasa (glucogenogénesis). 3. Interacciones alostéricas y modificación covalente. 4. La ruta indirecta de la síntesis del glucógeno (a partir de lactato y piruvato, a través de gluconeogénesis). 5. Significación fisiológica del glucógeno. V. LA RUTA DE LAS PENTOSAS-MONOFOSFATO. 1. Localización subcelular del proceso. 2. Reacciones oxidativas y no oxidativas. 3. Funciones del ciclo: generación de poder reductor, producción de pentosas e interconversión de azúcares. c) CATABOLISMO DE AMINOÁCIDOS. I. CICLO DEL NITRÓGENO EN LA NATURALEZA. II. MECANISMOS GENERALES DE DEGRADACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS. 1. Transaminación. 2. Desaminación oxidativa. 3. Descarboxilación. III. AMINOÁCIDOS ESENCIALES. 1. Concepto de esencialidad. 2. Aminoácidos esenciales: valina, leucina, isoleucina, treonina, fenilalanina, triptófano, metionina y lisina. IV. FONDO DE NITRÓGENO. 1. Conceptos de nitrógeno endógeno y nitrógeno exógeno. 2. Fondo de nitrógeno y balance nitrogenado. V. CICLO DE LA UREA. 1. Localización subcelular y tisular. 2. Procedencia de los nitrógenos de la molécula de la urea. VI. ORGANISMOS EXCRETORES DE AMONÍACO, DE UREA Y DE ÁCIDO ÚRICO. TEMA 4: LÍPIDOS E INTEGRACIÓN DEL METABOLISMO INTERMEDIARIO. a) LÍPIDOS. I. DEFINICIÓN, DIVERSIDAD QUÍMICA Y FUNCIONES. II. ÁCIDOS GRASOS. Características, propiedades y nomenclatura. Abundancia relativa. III. CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS. 1. Clasificación química: simples, compuestos y derivados. 2. Clasificación funcional: a. Lípidos con función energética. b. Lípidos con función estructural. Membranas biológicas. Modelo del mosaico fluido. Fosfolípidos, aminolípidos, glucolípidos y esteroles. c. Lípidos con funciones especiales: sustancias sulfoactivas (plasmalógeno), con actividad hormonal (hormonas esteroideas y prostaglandinas), con actividad vitamínica (A y K). IV. METABOLISMO DE LOS ÁCIDOS GRASOS. 1. Movilización de las grasas. β-oxidación de los ácidos grasos: localización subcelular del proceso, enzimas, la ruta del proceso, regulación y balance energético (de palmitato a acetil-coa). 2. Cetogenésis. Formación de los cuerpos cetónicos en el hígado y su utilización en los tejidos periféricos. 3. Biosíntesis de los ácidos grasos: Localización subcelular del proceso. Enzimas y regulación. El complejo de la sintasa de ácidos grasos. Balance energético (de acetil-coa a palmitato). Comparación con la β-oxidación. Sustratos para la biosíntesis de ácidos grasos. Aminoácidos cetogénicos

4 b) INTEGRACIÓN EL METABOLISMO INTERMEDIARIO. I. CICLO DE KREBS. 1. Conversión de piruvato a acetil-coa. 2. Localización subcelular del ciclo de Krebs. Características de irreversible y anfibólico. 3. Enzimas que participan y regulación del ciclo. 4. El ciclo como punto central del metabolismo. Catabolismo y anabolismo. Rutas anapleróticas. Relaciones con otras rutas metabólicas. II. CADENA RESPIRATORIA. 1. Localización subcelular. 2. Cadena de transporte electrónico, su organización e inhibidores del transporte de electrones. III. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA. 1. El complejo mitocondrial de la sintasa del ATP. Propiedades estructurales y catalíticas. 2. Mecanismo quimiosmótico del acoplamiento entre el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa. Inhibidores de la fosforilación oxidativa. 3. Balance energético de la oxidación de la glucosa y el palmitato. 4. Efecto Pasteur. TEMA 5: FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA. I. ÁCIDO NUCLEICOS. 1. Composición: Nucleótidos. Bases Nitrogenadas: purinas y pirimidinas. Desoxirribonucleótidos y ribonucleótidos. Propiedades fisicoquímicas de los nucleótidos y su origen. 2. Estructura del ADN: a. Primaria: Polinucleótidos. Propiedades fisicoquímicas. Composición y secuencia de bases. Nomenclatura. b. Secundaria: Reglas de Chargaff. Estudios de difracción de rayos X. La estructura de doble hélice del ADN. Flexibilidad del ADN-B y cambios de conformación (ADN-A, ADN-Z y ADN-B). Otras estructuras secundarias (estructuras palindrómicas) que puede adoptar el ADN-B y su significado biológico. Propiedades fisicoquímicas del ADN. Desnaturalización y renaturalización. Significado biológico. c. Terciaria y otros órdenes de organización superior. 3. Formas y tamaños de los ácidos nucleicos. Aspectos generales del empaquetamiento del ADN. Formación de hélices. Topoisomerasas. Importancia de las superhélices. 4. Biosíntesis del ADN. a. Síntesis de ADN a partir de ADN. i) Aspectos generales. Replicación semiconservativa. ii) Replicación en células procariotas. Origen de replicación. Horquilla de replicación. Bidireccionalidad del proceso. Iniciación de la replicación. Mecanismo de síntesis: cadena líder y cadena rezagada, dirección de síntesis. Enzimas involucradas en el proceso, propiedades moleculares, mecanismo de acción y función(es) biológica(s). Terminación de la replicación. iii) Replicación en células eucariotas, similitudes y diferencias con respecto a la replicación en procariotas. Fidelidad del mecanismo de replicación. b. Síntesis de ADN a partir de ARN. i) La transcriptasa inversa. ii) Virus de ARN. II. TRANSCRIPCIÓN 1. Síntesis de ARN a partir de ADN. a. Aspectos generales. b. Replicación en células procariotas. ARN polimerasa: propiedades moleculares y mecanismo de acción. Definición de gen y tipos de genes transcritos. Iniciación del proceso de transcripción. Definición de promotor, mecanismo de reconocimiento del promotor y regulación del proceso. La burbuja de transcripción. Papel biológico de las topoisomerasas. Terminación de la transcripción. c. Transcripción en células eucariotas: similitudes y diferencias con respecto al de procariotas. Fidelidad del proceso de transcripción. Inhibición del proceso de transcripción. 2. Síntesis de ARN a partir de ARN. a. ARN virales. b. ARN replicasas. 3. Maduración de los ARN. a. Aspectos generales del procesamiento de ARN en procariotas y eucariotas. Eliminación de intrones y unión de exones

5 b. ARN autocatalíticos y papel biológico de varias enzimas proteicas en el procesamiento del ARN. Importancia en el mecanismo de eliminación de intrones. 4. Actualización del dogma central de la biología molecular. TEMA 6: SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Y CÓDIGO GENÉTICO. I. TRADUCCIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA. 1. Síntesis de proteínas. a. Aspectos generales. b. Estructura primaria, secundaria y terciaria de los ácidos ribonucleicos: ARN ribosomales y ARN de transferencia. Ribosomas de células procariotas y eucariotas. Ribosomas citoplasmáticos, mitocondriales y/o de cloroplastos. 2. Mecanismos de síntesis de proteínas. a. Procariotas. i) Iniciación de la síntesis de proteínas: aminoacilación de ARN de transferencia y las aminoacil ARN de transferencia sintetasas. El aminoacil ARNt de iniciación y la formación de formil metionil ARN de transferencia (ARNtfmet). Especificidad del proceso. Ensamblaje del complejo de iniciación. ii) Elongación, formación del enlace peptídico y translocación. iii) Terminación de la síntesis de proteínas. b. Eucariotas: Similitudes y diferencias con respecto al proceso en procariotas. 3. Eficiencia del proceso de síntesis. Costo energético y fidelidad. Inhibición de la síntesis de proteínas y aplicaciones en biomedicina. II. CÓDIGO GENÉTICO. 1. Aspectos generales. 2. Características del código genético: Universalidad y degeneración. 3. Reglas del balanceo. Caracas, octubre de 2006 UD/al

6 Bibliografía Libro de texto recomendado para toda la asignatura: Mathews, C.K., van Holde, K.E. y Ahern, K.G. Bioquímica, 3 a ed. Madrid: Pearson Educación, Libros de consulta: Herrera, E. Bioquímica: Aspectos estructurales y vías metabólicas, 2 a ed. Madrid: McGraw-Hill Interamericana, Murray, R.K., Granner, D.K., Mayes, P.A. y Rodwell, V.W. Harper Bioquímica Ilustrada, 16 a ed. México: El Manual Moderno, Nelson, D.L. y Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry, 4 a ed. Nueva York: W. H. Freeman and Co, Nelson, D.L. y Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry, 3 a ed. Nueva York: Worth Publishers, Osgood, M. y Ocorr, K. The absolute, ultimate guide to Lehninger Principles of Biochemistry, Third Edition - Study Guide and Solution Manual. Nueva York: Worth Publishers, Stryer, L., Berg, J.M. y Tymoczko, J.L. Bioquímica, 5 a ed. Barcelona: Reverté, Libros para consulta (textos avanzados): Devlin, T.M. (Ed.) Bioquímica: Libro de texto con aplicaciones clínicas, 4 a ed. Barcelona: Reverté, Lehninger, A.L. Bioquímica: Las bases moleculares de la estructura y función celular, 2 a ed. Barcelona: Omega, Caracas, octubre de 2006 UD/al