Plan anual de actividades académicas (2016)

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1 Plan anual de actividades académicas (2016) CINÉTICA QUÍMICA: ORIENTACIÓN ENZIMAS 1. Datos generales de la actividad curricular Departamento: Ingeniería química Área: Tecnología alimentaria Asignatura: Cinética química: orientación enzimas Plan de estudios: 1995 Carácter: Electiva Régimen de dictado: Anual Equipo docente: Titular: BALLERINI; Griselda (DE) Asociado: Adjunto: JTP: Auxiliares: 2. Fundamentación de la materia dentro del plan de estudios. La materia Cinética Química: orientación enzimas, es una asignatura electiva que se dicta en el quinto nivel de la carrera de Ingeniería Química, ya que por su contenido es necesario un amplia comprensión de la química orgánica, en lo que se refiere al conocimiento de la estructura de las proteínas, sus funciones y sus posibilidades de desnaturalización; las reacciones involucradas en reactores y los tipos de reactores estudiados en Ingeniería de las Reacciones, así como los fundamentos de la Fisicoquímica. Esta materia electiva está estrechamente vinculada a la especialización del futuro ingeniero en el área relacionada con la producción de los alimentos. Actualmente existe una gran necesidad de alimentos especiales, parcialmente digeridos lo que se logra eficazmente con una hidrólisis, la que puede ser ácida, básica o enzimática. La ventaja de ésta última radica en que como las enzimas son los catalizadores naturales, presentes en la célula, actúan en condiciones de ph (neutro a ligeramente ácido o básico), temperatura (generalmente inferior a los 80 Cª) y presión atmosférica lo que significa un importante ahorro energético para la industria. Por otra parte la posibilidad de la inmovilización de las enzimas en medios que resultan, en la mayoría de los casos, de bajo costo, permite la reutilización de las las enzimas disminuyendo la relación costo/beneficio. La aplicación de las técnicas desarrolladas en esta asignatura así como la aplicación de técnicas de reconocimiento de gráficos obtenidos a través de un espectrofotómetro permiten al experto conocer el tipo de inhibición, activación o efecto aloestérico que pueda estar ocurriendo en el desarrollo del proceso y de esta manera sugerir la corrección de los problemas a partir del análisis de los resultados ofrecidos por el software adosado a los espectrofotómetros. Esta materia electiva se vincula a la especialización del futuro ingeniero en el área relacionada con la producción de los alimentos de características especiales, alimentos parenterales, alimentos para celíacos, alimentos para enfermos de sida, así como la fabricación de aditivos que permitan mejorar las características organolépticas de alimentos así como sus propiedades funcionales Página 1 de 7

2 superficiales de emulsificación y espumado. 3. Objetivos Señalar los objetivos expresados en términos de competencias a lograr por los alumnos y/o de actividades para las que capacita la formación impartida. Lograr que el alumno adquiera conocimientos sobre las enzimas, su estructura, su acción catalítica, los mecanismos cinéticos de las reacciones enzimáticas y los efectos que sobre la actividad de las enzimas tienen la concentración de sustrato, la presencia de inhibidores, la variación del ph y temperatura, con el propósito de poder aplicarlos en sus investigaciones, en el diseño de reactores, en la formulación de nuevos productos, en hidrólisis enzimáticas, en la buena elección de enzimas para aplicarlas con fines específicos, 4. Descripción de la actividad curricular Describir brevemente la actividad curricular, las tareas a realizar por docentes y alumnos y los materiales didácticos, guías, esquemas, lecturas previas, otros que se requieran para desarrollarla. El curso se desarrollará mediante el dictado de clases teóricas. Se incentivará la participación del alumnado en la discusión de los distintos temas del programa. Se impulsará.la continuidad de la interacción docente-alumno durante el transcurso del año lectivo, para ello se consensuara con los alumnos el estudio de temas derivados del principal de cada unidad, utilizando la posibilidad de acceso a las bibliotecas científicas universales a través de internet. Los mismos se discutirán en clases. Desarrollo de clases teórico prácticas contando con el uso de herramienta computacional para la resolución de problemas. 5. Modalidad de enseñanza y carga horaria Completar el siguiente cuadro con las actividades con carga horaria significativa exceptuando las actividades ocasionales que no resulten sustanciales para el desarrollo de la actividad curricular (conferencias, prácticas no sistemáticas o no obligatorias, fichado de material bibliográfico u otras). Carga horaria semanal Carga horaria total Teórica 3 96 Formación experimental Laboratorio Trabajo de campo Resolución de problemas Proyectos y diseño Práctica supervisada En el sector productivo de bienes y/o servicios En la institución Sumatoria 3 96 Página 2 de 7

3 6. Distribución del personal docente de la cátedra según las actividades curriculares a desarrollar. Cantidad de docentes que participarán en: Cargo Cantidad total Teóricas Formación experimen tal Resolució n de problemas Proyectos y diseños Práctica supervisad a Otra Prof. Tit Prof. Asoc. Prof. Adj. JTP Aux. graduado Aux. no graduado Otros 7. Contenidos Indicar los contenidos incluidos en el programa de la actividad curricular. 1-Proteínas. Aminoácidos. Péptidos y enlace peptídico. Estructura de las proteínas: Estructura primaria. Estructura secundaria. Estructura terciaria. Estructura cuaternaria. Estabilidad: Influencia de ph y Temperatura. Clasificación. Funciones. Las enzimas en el contexto de las proteínas. Co factor. Coenzima. Sitios catalíticos 2- Dinámica química. Naturaleza de los reactivos. Concentración de las sustancias reaccionantes. Reactivo limitante. Mecanismo de reacción. Reacciones de orden cero, reacciones de orden uno y dos. Planteo del modelo matemático que las representa. Resolución gráfica y analítica. Teoría del estado de transición. Reacciones muy rápidas. Velocidad de reacción. Constantes de velocidad de reacción. Cinética enzimática. Cinética de Michaellis-Menten. Ecuación de velocidad de Michaellis- Menten. Significado de los parámetros. Cálculo de Km y Vmax. Actividad enzimática. 3- Derivación de una ecuación de velocidad. Rol de la diastasa en el pronto desarrollo de la teoría. Relación entre Ks y Km Supuestos básicos sobre los cuales se basa la derivación de la ecuación. Tratamiento en estado estacionario de Briggs-Haldane para el comportamiento cinético de la enzima. Estimación de los parámetros de estado estacionario. Significado de las constantes cinéticas: Kcat, Km, Kcat/Km. Examen del time-course de una reacción enzimática. Definición precisa de velocidad de estado estacionario. 4- Efecto del ph sobre las enzimas. Métodos de obtención de constantes de ionización. Gráfico de constantes cinéticas contra ph. Comparación de métodos gráficos. Efecto del ph sobre la inhibición de enzimas. Efecto del ph sobre la modificación química de una enzima. 5- Inhibición y activación de enzimas. Inhibición reversible e irreversible. Venenos catalíticos. Un modelo general para la inhibición de enzimas. Estimación cuantitativa de los parámetros de estado estacionario para la inhibición de enzimas. Inhibición competitiva. Inhibición acompetitiva. Inhibición no-competitiva. Análisis de la velocidad de inactivación. Gráficos de los resultados de inhibición. Inhibición por competencia con sustrato. Especificidad de la enzima. Activación de enzima. Activación específica. Efectos inhibitorios del sustrato. Inhibición por sustrato. Inhibidores irreversibles. Página 3 de 7

4 6- Modelos de reacciones enzimáticas, la derivación de su ecuación cinética: Modelos simplificados. Más de una forma de unión de enzima con sustrato. Más de una forma de producción de complejo enzima sustrato. Reacciones de más de un sustrato. Distintos modelos. Análisis. Obtención gráfica y analítica de las constantes de equilibrio 7- En la medida de lo posible se plantearán diversos trabajos prácticos sobre cinética enzimática. Los datos obtenidos espectroscópicamente serán analizados mediante aplicación de software específico (SIGMA-PLOT) o general (EXEL) 8. Metodologías de enseñanza Listar las estrategias didácticas empleadas para garantizar la adquisición de conocimientos, competencias y actitudes en relación con los objetivos. Especificar cuáles son las estrategias implementadas para generar hábitos de autoaprendizaje. Exposición oral y escrita de los temas básicos correspondientes a la asignatura. Participación activa del alumnado mediante la presentación y discusión de temas vinculados a cada una de las unidades temáticas en el dictado de las mismas. Uso de medios audiovisuales y tecnologías informáticas (Tics) para la exposición de temas que necesiten apoyo multimedia. Generación de trabajos especiales que presentan los alumnos, en donde se los incentiva a la comunicación de sus conocimientos, la preparación para la oratoria profesional y la creatividad en la presentación de los trabajos. 9. Evaluación Describir las formas de evaluación, requisitos de promoción y condiciones de aprobación de los alumnos (regulares y libres) fundamentando brevemente su elección. Indicar si se anticipa a los alumnos el método de evaluación y cómo acceden estos a los resultados de sus evaluaciones como complemento de la enseñanza. A los efectos de establecer la situación final de los alumnos que cursen la materia se fijara un cronograma de evaluaciones parciales Las mismas incluirán todos los temas teórico-prácticos desarrollados hasta las fechas respectivas. Los alumnos que aprueben el 80 % de las evaluaciones parciales tendrán la condición de regular- Podrán acceder a una evaluación parcial recuperatoria los alumnos que acrediten haber aprobado el 50 % de las mismas. Los alumnos que aprueben menos del 50 % de las evaluaciones parciales no podrán acceder al recuperatorio quedando con la posibilidad de realizar un examen globalizador en el mes de febrero del año siguiente. La evaluación final se efectúa por exposición oral de los temas solicitados por el tribunal examinador. Examen final teórico práctico con aplicación computacional (análisis de datos) Criterios de: A) Regularidad: a través de dos parciales prácticos aprobados en las instancias normales o con un recuperatorio o con una evaluación globalizadora. B) Promoción: no hay Página 4 de 7

5 10. Articulación horizontal y vertical con otras materias Para cursar deberá tener: aprobada: Química Orgánica regularizadas: Fisicoquímica- Ingeniería de las reacciones Para rendir deberá tener: aprobadas. Fisicoquímica- Ingeniería de las reacciones 11. Bibliografía Detallar la bibliografía. En el caso de libros especificar el título, los autores, la editorial y el año de edición e indicar en el cuadro la cantidad de ejemplares disponibles para los alumnos en la biblioteca y los años de sus ediciones. Bibliografía En el caso de libros: Cantidad* Año de edición Enzyme Kinetics. A..R.Schulz. Cambride University Press 2005 Enzyme Kinetics. I.H.Segel Wiley-Interscience 2000 Enzyme Kinetics. D.V.Roberts Cambride University Press 1999 Kinetic of Enzyme Mechanisms J.T-F. Wong. Academic Press 2005 Structure and Mechanism in protein Science A. Fersht. Freeman 2008 Fundamental of Enzme Kinetics A.Cornish-Bowden, Butterworths 1999 Enzyme Kinetics and Mechanism- Part A.(Ed. D.L.Purich) Vol 63 de Methods in Enzymology (Eds S.P.Colowick and N.O.Kaplan). Academic Press Enzyme Kinetics and Mechanism- Part D.(Ed. D.L.Purich) Vol 249 de Methods in Enzymology * Disponible en la biblioteca para uso de los alumnos Cronograma estimado de clases Fecha Actividad Primer cuatrimestre 14/3/16 21/3/16 Presentación de la materia, armado de grupos de trabajo, discusión sobre la forma de evaluación y desarrollo de la asignatura Proteínas, aminoácidos, péptidos. Estructura de las proteínas: estructura primaria, secundaria, erciaria y cuaternaria 28/3/16 Estabilidad, Influencia del ph y la temperatura. Clasificación. Funciones. 04/3/16 Metabolismo. Metabolismo basal. Las enzimas en el contexto de las proteínas. Co factor. Coenzima. Sitios catalíticos 11/4/16 Dinámica química. Naturaleza de los reactivos. Concentración de las sustancias Página 5 de 7

6 reaccionantes. Reactivo limitante. Mecanismo de reacción. Segundo cuatrimestre 18/4/16 25/4/16 02/5/16 09/5/16 16/5/16 23/5/16 Reacciones de orden cero, reacciones de orden uno y dos. Planteo del modelo matemático que las representa. Resolución gráfica y analítica. Teoría de la colisión. Teoría del estado de transición. Reacciones muy rápidas. Velocidad de reacción. Constantes de velocidad de reacción. Cinética enzimática. Cinética de Michaellis-Menten. Ecuación de velocidad de Michaellis-Menten. Significado de los parámetros. Cálculo de Km y Vmax. Actividad enzimática.derivación de una ecuación de velocidad. Rol de la diastasa en el pronto desarrollo de la teoría. Relación entre Ks y Km Supuestos básicos sobre los cuales se basa la derivación de la ecuación. Tratamiento en estado estacionario de Briggs-Haldane para el comportamiento cinético de la enzima. Estimación de los parámetros de estado estacionario. Significado de las constantes cinéticas: Kcat, Km, Kcat/Km. Examen del time-course de una reacción enzimática. Análisis de modelos matemáticos de reacciones enzimáticas con uno y dos complejos. En estado estacionario y/o en equilibrio rápido. 30/5/16 Repaso de las unidades 1-2 y 3 con vistas al primer parcial 06/6/16 Primer parcial 13/6/16 Efecto del ph sobre las enzimas. Métodos de obtención de constantes de ionización. 27/6/16 Gráfico de constantes cinéticas contra ph. Comparación de métodos gráficos 25/7/16 01/8/16 08/8/16 Efecto del ph sobre la inhibición de enzimas. Efecto del ph sobre la modificación química de una enzima. Inhibición y activación de enzimas. Inhibición reversible e irreversible. Venenos catalíticos. Un modelo general para la inhibición de enzimas. Estimación cuantitativa de los parámetros de estado estacionario para la inhibición de enzimas Inhibición competitiva. Inhibición acompetitiva. Inhibición no-competitiva. Análisis de la velocidad de inactivación. 22/8/16 Tipos de inhibición reversible. Gráficos de los resultados de inhibición.. 29/8/16. Inhibición por competencia con sustrato. 05/9/16 Especificidad de la enzima. Activación de enzima. 12/9/16 Activación específica. Efectos inhibitorios del sustrato 19/9/16 Inhibición por sustrato. Inhibidores irreversibles. 26/9/16 3/10/16 Modelos de reacciones enzimáticas, la derivación de su ecuación cinética: Modelos simplificados Más de una forma de unión de enzima con sustrato. Más de una forma de producción de complejo enzima sustrato 17/10/16 Reacciones de más de un sustrato. Distintos modelos. Análisis 24/10/16 Obtención gráfica y analítica de las constantes de equilibrio 31/10/16 Repaso de las unidades 4-5 y 6 con vistas al segundo parcial 7/11/16 Segundo parcial 14/11/16 Recuperatorio 15/02/17 Globalizador Página 6 de 7

7 Dra. Griselda Ballerini... Firma y aclaración del titular de cátedra o responsable del equipo docente Página 7 de 7