Bioquímica Ambiental

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1 Código de asignatura: Plan 660 (Licenciado en Química) Departamento de Bioquímica y Biología Molecular 4,5 teóricos 5º Curso 1º Cuatrimestre Optativa 6 créditos 1,5 prácticos Optativa de orientación: Química Ambiental Bioquímica Ambiental Objetivos docentes En esta materia se analizan las interrelaciones entre los compuestos xenobióticos y los organismos vivos, con ella se pretende: a) Revisar los grupos de sustancias químicas (xenobióticos) dispersas en el medio ambiente. b) Conocer los procesos de absorción, distribución, bioacumulación y eliminación de los xenobióticos (XBs) en los organismos vivos. c) Comprender las transformaciones bioquímicas que pueden actuar sobre los compuestos XBs y entender los procesos de bioactivación y/o detoxicación que ellas conllevan. Reacciones enzimáticas de biotransformación más características: oxidación, reducción, hidrólisis, conjugaciones, etc. Factores que influyen sobre esas transformaciones enzimáticas de XBs: edad, sexo, alimentación, variaciones genéticas, agentes ambientales, etc. d) Estudiar las perturbaciones que los XBs provocan en las características bioquímicas de los organismos, incidiendo en aquellas que generan alteraciones patológicas. Inhibición e inducción enzimáticas Desacoplamiento de funciones celulares y/o rutas metabólicas. Estrés oxidativo y envejecimiento celular. Procesos carcinogenéticos. e) Examinar las respuestas de los organismos vivos ante la presencia de XBs, en dependencia de la concentración y tiempo de permanencia de los mismos. Resistencia, adaptación, etc. f) Analizar los procesos de remediación y de biorremediación como herramientas para la disminución o eliminación de la contaminación química. g) Adquirir habilidades experimentales en el ensayo de parámetros bioquímicos indicadores de la contaminación química. Aprender procedimientos de tratamiento e interpretación de estos datos experimentales. Introducción a la bioquímica ambiental Tema 1 Introducción Contenidos del curso teórico Introducción a la Bioquímica Ambiental y conexión con otras áreas de conocimiento. Composición química y ciclos biogeoquímicos de la Biosfera. Flujo de materia y energía en la biosfera: organismos autótrofos y heterótrofos. 1

2 Tema 2 Compuestos químicos xenobióticos Concepto de xenobiótico. Clasificaciones de xenobióticos. Contaminantes orgánicos: plaguicidas y compuestos industriales. Contaminantes inorgánicos: metales pesados y óxidos. Dinámica de los xenobióticos en los organismos Tema 3 Absorción Rutas de exposición a xenobióticos y vías de penetración en los organismos. Absorción a través de membranas biológicas. Características químicas de los xenobióticos que influyen en su absorción. Velocidad y extensión de la absorción: biodisponibilidad. Tema 4 Distribución Distribución de los xenobióticos en los organismos. Factores que afectan a la distribución y cinética. Interacciones ligando-proteína. Receptores celulares. Otros factores. Tema 5 Eliminación Excreción y eliminación de xenobióticos y sus metabolitos. Excreción renal y hepática. Efecto del peso molecular, solubilidad y polaridad sobre la excreción. Otras rutas de eliminación: por pulmón, ligada al sexo, asociada a la alimentación, etc.. Rutas oscuras. Biotransformaciones de los xenobióticos Tema 6 Bioactivación y detoxicación Biotransformaciones: activaciones e inactivaciones. Compuestos biodegradables y persistentes: bioacumulación y biomagnificación. Rutas para la biotransformación de xenobióticos. Reacciones de fase I: oxidaciones, reducciones e hidrólisis. Tema 7 Oxidacciones del citocromo P-450 Monooxigenasas microsomales. Enzimas constituyentes del sistema Cit. P450. Mecanismo de la reacción. Variaciones isoenzimáticas. Inducción enzimática por xenobióticos. Polimorfismo genético y biotransformación de drogas. Tema 8 Otras oxidaciones, reducciones e hidrólisis Monooxigenasas que contienen nucleotidos de flavina. Oxidaciones no microsomales. Reacciones de reducción: ejemplos. Deshalogenaciones: DDT-deshidroclorinasa. Reacciones de hidrólisis: Esterasas. Tema 9 Reacciones de conjugación Biotransformaciones de fase II: conjugaciones. Ejemplos. Glutation-S-transferasa y formación de mercaptúricos. Degradación de fenoles, funguicidas y herbicidas en plantas. Tema 10 Factores que afectan a las biotransformaciones Factores endógenos: desarrollo, edad, género, estado hormonal, embarazo, enfermedad, ciclos biológicos. Factores exógenos: químicos y ambientales. 2

3 Alteraciones bioquímicas por xenobióticos Tema 11 Mecanismos de toxicidad Mecanismos moleculares de toxicidad. Relación entre estructura química y actividad biológica: ejemplos. Interacciones de varios compuestos: potenciación y antagonismo. Efectos tóxicos de los metales pesados. Metalotioneinas. Tema 12 Mecanismo de toxicidad de organofosforados y carbamatos Mecanismos moleculares de actuación de plaguicidas organofosforados y carbamatos. Inhibición de la transmisión nerviosa. Agentes preventivos y terapéuticos. Tema 13 Alteraciones biológicas por compuestos organoclorados Disponibilidad de ATP en los organismos. Acción de los plaguicidas organoclorados. Inhibidores y desacoplantes de la fosforilación oxidativa. Acción de los herbicidas sobre la fotofosforilación. Disrruptores endocrinos. Tema 14 Organoclorados y receptor de hidrocarburos aromáticos Mecanismos bioquímicos de la toxicidad por PCDDs y PCBs. Mecanismo de acción a través del receptor de hidrocarburos aromáticos. Tema 15 Daño celular Mecanismos del daño celular inducido por xenobióticos. Ciclo celular, apoptosis y necrosis. Biomarcadores Tema 16 Acciones de los radicales libres Estrés oxidativo. Daño celular por O 2 y sus derivados. Peroxidación de lípidos. Mecanismos de protección celular contra los oxidantes: el glutation como agente protector. Tema 17 Hepatotoxicidad Indices de hepatotoxicidad. Enzimas marcadoras para la detección y monitorización. Compuestos que causan daño hepático: drogas, metales, toxinas, etc.. Fármacos hepatoprotectores. Tema 18 Acción de xenobióticos sobre proteínas y ADN Formación de aductos covalentes con las proteínas y el ADN: aminas aromáticas, epoxis, nitrosaminas, etc. La oxidación como causante de daño al ADN. Métodos de estudio de la genotoxicidad: test de Ames. Tema 19 Carcinogénesis Bases bioquímicas de la carcinogénesis. Genes implicados en la aparición del cáncer. Oncogenes y transformación celular. Genes supresores de tumores. Carcinógenos físicos y químicos. Agentes genotóxicos y epigenéticos. Mecanismos de reparación del ADN. Tema 20 Respuesta celular y Adaptación Respuesta y Adaptación a los xenobióticos: mecanismos bioquímicos responsables. Aspectos evolutivos. Otros mecanismos de respuesta. Biorremediación de la contaminación Tema 20 Restauración ambiental Tecnologías de remediación. Métodos químicos de remediación. Métodos biológicos: biorreactores y biofiltros. Biomarcadores. 3

4 Tema 21 Biorrestauración Biodegradación microbiana de hidrocarburos. Biorremediación de la contaminación por plaguicidas y metales. Fitorestauración. Manipulación genética de plantas y de bacterias. Contenidos del curso práctico Citotoxicidad celular: se estudia la viabilidad de células, mantenidas en condiciones de cultivo e incubadas con concentraciones crecientes de metales pesados y/o antitumorales. Recuento celular con el ensayo de exclusión con azul de tripano y estimación de su capacidad metabólica mediante el ensayo de reducción de sales de tetrazolio. Respiración celular: determinación del consumo de oxígeno por mitocondrias, aisladas de tejidos animales, en presencia de diferentes sustratos y xenobióticos con acción inhibidora o desacoplante. Actividad enzimática: valoración de la actividad y cinética de una enzima biomarcadora (tipo Cyt P450) en presencia de xenobióticos. Bibliografía Relación de libros y revistas que traten sobre los contenidos del programa, indicando con claridad aquel o aquellos volúmenes que se ajusten mas adecuadamente a los temas desarrollados en las clases, con el nivel apropiado para la superación de la evaluación. [1] E. Hodgson and R. Smart., Introduction to BIOCHEMICAL TOXICOLOGY, Appleton & Lange, 3ª edición [2] G G Gibson, P. Sket.- Introduction to Drug METABOLISM. Blackie Academic & Professional. 3ª edición [3] C. D. Klaassen. Casarett & Doull's TOXICOLOGY. The Basis Science of Poisons. ED. McGraw-Hill. 6ª edición [4] R.J.M. Nieesink, J. Vries, M.A. Hollinger, TOXICOLOGY, Principles & Applications. CRC Press, [5] M. Alexander., BIODEGRADATION AND BIORREMEDIATION. Academic Press [6] Miren P. Cajaraville. CELL BIOLOGY IN ENVIRONMENTAL TOXICOLOGY. Servicio Editorial de la Universidad del País Vasco Material complementario Página web del departamento, contiene una sección para la asignatura, en la que se ofrece material docente complementario al suministrado en clase y enlaces a otras fuentes de información adecuadas al contenido de la asignatura. Sistema de evaluación Se evaluarán los conocimientos del alumno mediante examen escrito en el que se plantearán preguntas (tipo test, preguntas cortas, desarrollo de temas, resolución de problemas,.etc..) correspondientes a los diferentes conocimientos contenidos en el programa de la asignatura. En casos excepcionales, se podrán realizar pruebas orales. Siempre que sea posible, se aplicará una evaluación continuada con los trabajos que vayan realizando los alumnos. 4

5 Las realización de las prácticas es obligatoria. Su evaluación se realizará con evaluación continuada, con la corrección del cuaderno de laboratorio y con la realización de una prueba sobre los contenidos del temario de prácticas. Es imprescindible superar las prácticas para aprobar la asignatura y la nota de prácticas formará parte de la calificación final de la asignatura, hasta un máximo de un 20 %. Requisitos y recomendaciones Estudiantes de la Licenciatura en Química. Recomendaciones. Para matricularse de esta asignatura, es recomendable estar matriculado o haber superado la asignatura troncal Bioquímica. 5