PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Enzimología"

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1 PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Enzimología" Grupo: Grupo de CLASES TEORICAS de ENZIMOLOGIA.(867221) Titulacion: LICENCIADO EN BIOQUÍMICA (Plan 99) Curso: DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA/GRUPO Titulación: Año del plan de estudio: Centro: Asignatura: Código: Tipo: Curso: Período de impartición: Ciclo: Grupo: Área: Créditos totales (ECTS): LICENCIADO EN BIOQUÍMICA (Plan 99) 1999 Facultad de Biología Enzimología Troncal/Formación básica 1º Segundo Cuatrimestre 2º Grupo de CLASES TEORICAS de ENZIMOLOGIA. (1) Bioquímica y Biología Molecular 6.0 Horas totales (ECTS): Horas presenciales (ECTS): 65.0 Horas no presenciales (ECTS): 85.0 Créditos totales (LRU): 6.0 Créditos LRU teóricos: 4.0 Créditos LRU prácticos: 2.0 Departamento: Dirección postal: Dirección electrónica: Bioquímica y Biología Molecular Facultad de Faracia. C/ Profesor Garcia Gonzalez Curso académico: 2009/2010 Última modificación: de 7

2 OBJETIVOS Y COMPETENCIAS Objetivos docentes específicos Los objetivos que se pretenden es proporcionar al alumno un conocimiento amplio sobre las enzimas y sus características generales con especial énfasis en conseguir son es rasgos generales. - Conocer el concepto de enzima y conocer sus características generales. - Conocer en profundidad los aspectos cinéticos y los mecanismos que subyacen a su actividad. - Aprender las técnicas utilizadas en el aislamiento, purificación y caracterización de las enzimas. - Entender cómo las enzimas aumentan la velocidad de las reacciones. - Comprender los mecanismos de acción de algunas enzimas y saber cómo se puede determinar experimentalmente el mecanismo de acción de una enzima. - Comprender los mecanismos de regulación enzimática, sobre todo mediante unión reversible de ligandos y los conceptos de cooperatividad y alosterismo - Conocer las posibilidades técnicas de las enzimas y sus aplicaciones de interés biomédico e industrial. Competencias Competencias transversales/genéricas Comunicación oral en la lengua nativa (Se entrena de forma moderada) Capacidad para aplicar la teoría a la práctica (Se entrena de forma moderada) Competencias específicas Saber diseñar, ejecutar e interpretar correctamente un experimento de cinética enzimática, determinar los parámetros cinéticos y conocer los distintos tipos de representaciones sabiendo qué información que se puede obtener de cada una de ellas. Conocer cómo se puede determinar experimentalmente el mecanismo de acción de una enzima. Aprender a evaluar críticamente trabajo de investigación relacionado con el uso y/o caracterización de enzimas. Aprender a buscar en bases de datos información acerca de las enzimas (composición, secuencia, punto isoeléctrico, ligandos, reacciones que catalizan ). Conocer la existencia de programas informáticos y de sus usos, y las limitaciones en el tratamiento matemático de los experimentos con enzimas. Aprender a diseñar un experimento de purificación de enzimas a partir de distintos organismos o, en su caso, a interpretar críticamente uno publicado en la bibliografía. Familiarizarse con el trabajo en el laboratorio, la instrumentación y los métodos experimentales más utilizados en la investigación con enzimas, incluyendo la seguridad, la eliminación de residuos químicos y biológicos y el uso del cuaderno de laboratorio. Estimular la capacidad de realizar presentaciones orales ante un auditorio. CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA Relación sucinta de los contenidos (bloques temáticos en su caso) El programa consta de 5 bloques temáticos: 1 INTRODUCCIÓN 2 ESTRUCTURA DE LAS ENZIMAS 3 CATÁLISIS ENZIMÁTICA 4 CINÉTICA ENZIMÁTICA 5 REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA 6 APLICACIONES DE LA ENZIMOLOGÍA Relación detallada y ordenación temporal de los contenidos 1. INTRODUCCIÓN 1. Introducción a la enzimología. Aspectos históricos. Naturaleza química de las enzimas. Tipos de enzimas, Ribozimas, abismas y sinzimas, Isoenzimas. 2. Propiedades y clasificación de las enzimas. Descripción general de las enzimas. Enzimas monoméricas y enzimas oligoméricas. Enzimas solubles y enzimas ligadas a membranas Conceptos de cofactor, grupo prostético, coenzima. Nomenclatura y Clasificación de enzimas 2. TECNOLOGÍA DE ENZIMAS Y APLICACION 3. Análisis estructural. Determinación de la composición aminoacídica y estructura primaria. Determinación de la estructura secundaria y terciaria. Determinación de la estructura cuaternaria. Plegamiento/desplegamiento de estructuras 4. Purificación de enzimas Introducción. Por que se purifican las enzimas?. Objetivos y estrategias. Reglas básicas para la selección de un proceso de purificación. Métodos de homogenización. Métodos de separación. Tabla de purificación. Actividad total y actividad específica. Criterios de pureza. Técnicas análisis pureza. Espectrometría de masas. 5. Tecnología industrial de las enzimas. Producción de enzimas a gran escala. Enzimas inmovilizadas. Reactores enzimáticos: tipos. Aspectos económicos de la utilización de enzimas. Biosensores: tipos y aplicaciones. Ingeniería enzimática. 6. Aplicaciones biotecnológicas. Aplicaciones del uso de enzimas en medicina. Determinación de actividades enzimáticas en el diagnostico clínico. Terapia enzimática. Inhibidores enzimáticos Análisis enzimático. Aplicaciones industriales de las enzimas. Industria alimentaria y química. Biosensores III. CINÉTICA ENZIMÁTICA Curso académico: 2009/2010 Última modificación: de 7

3 7. Conceptos básicos de cinética. Velocidad de reacción: unidireccional, total e inicial. Molecularidad y Orden de reacción. Ecuaciones cinéticas. Determinación de la constante de velocidad de primer orden. Efecto de la temperatura sobre las velocidades de reacción. Teoría de las velocidades absolutas de reacción. Equivalencia entre la aproximación experimental de Arrhenius y la teoría de las velocidades absolutas de reacción de Eyring. 8. Introducción a la cinética enzimática. Inicios de la cinética enzimática. Introducción del concepto de complejo enzima-sustrato. Cinética enzimática de reacciones monosustrato Aproximación del equilibrio rápido: Ecuación de Henri-Michaelis-Menten. Aproximación del estado estacionario: Tratamiento de Briggs- Haldane. Ecuación de Michaelis-Menten 9. Significado de los parámetros cinéticos. Análisis de la ecuación de Michaelis-Menten. Significado de los parámetros cinéticos: Km, Vmax y Kcat. Poder Catalítico. Reversibilidad en el mecanismo de Michaelis-Menten Ecuación de velocidad reversible. Relación de Haldane 10. Cálculo de parámetros cinéticos. Ecuación integrada de Michaelis Menten. Transformaciones lineales de la ecuación de Michaelis Menten : Ecuaciónes de Lineweawer-Burk, Eadie-Hofstee, Hanes, y representación directa. Regresión no lineal. 11. Condiciones de la acción enzimática. Dependencia de la temperatura de la velocidad de las reacciones enzimáticas. Efecto del ph sobre la actividad enzimática. Deducción de los pka de los aminoácidos del centro activo Efecto del ph sobre la ionización del substrato. 12. Las enzimas en el interior celular: estudio de la velocidad total. Velocidad total para el modelo S P. Resolución de la ecuación de velocidad en el estado estacionario. Resolución gráfica de ecuaciones cinéticas: Método de King y Altman. Relaciones de Haldane 13. Reacciones multisustrato. Introducción. Nomenclatura. Reacción enzimáticas con 2 sustratos y 2 productos. Calculo de la ecuación de velocidad de reacción en el caso de una reacción bisustrato. Mecanismo Secuencial Bi Bi al azar. Mecanismo Bi-Bi ordenado Mecanismo Ping-Pong IV. CATÁLISIS ENZIMÁTICA 14. Catálisis enzimática. Introducción. Perfil energético de una reacción enzimática Centro activos de las enzimas, Mecanismo de acción enzimática: Efectos energéticos Efectos entrópicos Efectos de orientación y proximidad Efecto del anclaje de los substratos sobre la enzima 15. Mecanismos de catálisis enzimática. Catálisis ácido-base. Catálisis covalente. Catálisis por iones metálicos. Efecto túnel y catálisis enzimática. 16. Aproximaciones experimentales para la determinación del mecanismo de acción. Estudios cinéticos. Detección de intermediarios, modificación química de aminoácidos, mutagénesis dirigida. 17. Mecanismos de acción de enzimas seleccionadas. Quimiotripsina, Triosafosfato isomerasa, etc. V. REGULACIÓN ENZIMÁTICA 18. Regulación de la cantidad de enzimas. Enzimas constitutivas y enzimas inducibles. Estudio cinético del recambio enzimatico. Regulación de la actividad: Modificaciones covalentes. Modificaciones covalentes irreversibles. Modificaciones covalentes reversibles Regulación cambios conformacionales 19. Regulación por cambios conformacionales inducidos por ligandos. Interacción proteína ligando. Tratamiento de Scatchard. Tratamiento de Hill. Ecuación de Hill. Razón de saturación Rs. Proteínas alostéricas Modelos moleculares de Monod-Wyman-Changeux y Modelo de Koshland-Némethy-Filmer. 20.Inhibición enzimática. Introducción. Inhibición reversible. Inhibición competitiva. Inhibición no-competitiva. Inhibición incompetitiva o acompetitiva. Representación de Dixon. Inhibición por sustrato. Inhibición pseudoirreversibles. Inhibición irreversible. Inhibidores irreversibles o venenos catalíticos. Análisis de la velocidad de inactivación enzimática. Tipos de mecanismos de inhibición irreversible PRACTICAS 1.Utilización de herramientas informáticas. Programa Proteins. Estudios de procesos de purificación de proteínas. Programa Enzpack Determinación de parámetros cinéticos Km y Vmax Estudios de inhibición: determinación de la Ki y tipo de inhibición 2. Estudio cinético de la Succinato deshidrogenasa. Aislamiento y purificación de mitocondrias de hígado de rata. Medida y cálculo de parámetros cinéticos: Km y Vmax Estudios de inhibición. 3. Purificación de Lisozima. Utilización cromatografía de intercambio iónico Evaluación de tabla de purificación Control de la cálidad de la purificación mediante técnicas electrofóreticas y Curso académico: 2009/2010 Última modificación: de 7

4 espectrometría de masas. Estudios de la estabilidad de la estructura terciaria mediante abordaje químico y físico. ACTIVIDADES FORMATIVAS Relación de actividades formativas del segundo semestre Prácticas de Laboratorio Metodología de enseñanza-aprendizaje: Clases Prácticas de laboratorio. De asistencia obligatoria, se realizarán en 5 sesiones. El trabajo experimental realizado debe quedar reflejado en un diario de laboratorio, donde además quedarán reflejados los datos experimentales obtenidos, su tratamiento e interpretación; así como las cuestiones planteadas en el guión y las respuestas emitidas a las mismas. Este cuaderno de laboratorio se entregará para su corrección y evaluación al final del periodo de la realización de las clases prácticas. Competencias que desarrolla: - Saber diseñar, ejecutar e interpretar correctamente un experimento de cinética enzimática, determinar los parámetros cinéticos y conocer los distintos tipos de representaciones sabiendo qué información que se puede obtener de cada una de ellas. Aprender las técnicas utilizadas en el aislamiento, purificación y caracterización de las enzimas. Familiarizarse con el trabajo en el laboratorio, la instrumentación y los métodos experimentales más utilizados en la investigación con enzimas, incluyendo la seguridad, la eliminación de residuos químicos y biológicos y el uso del cuaderno de laboratorio. Exámenes Exposiciones y seminarios Metodología de enseñanza-aprendizaje: Trabajo dirigido por el profesor Competencias que desarrolla: -Capacidad de análsis y elaboración de la información Aprender a buscar en bases de datos información acerca de las enzimas (composición, secuencia, punto isoeléctrico, ligandos, reacciones que catalizan ). Estimular la capacidad de realizar presentaciones orales ante un auditorio. Clases teóricas Metodología de enseñanza-aprendizaje: Clases magistrales Competencias que desarrolla: - Conocer el concepto de enzima y conocer sus características generales. - Conocer en profundidad los aspectos cinéticos y los mecanismos que subyacen a su actividad. - Aprender las técnicas utilizadas en el aislamiento, purificación y caracterización de las enzimas. - Entender cómo las enzimas aumentan la velocidad de las reacciones. - Comprender los mecanismos de acción de algunas enzimas y saber cómo se puede determinar experimentalmente el Curso académico: 2009/2010 Última modificación: de 7

5 mecanismo de acción de una enzima. - Comprender los mecanismos de regulación enzimática, sobre todo mediante unión reversible de ligandos y los conceptos de cooperatividad y alosterismo - Conocer las posibilidades técnicas de las enzimas y sus aplicaciones de interés biomédico e industrial. Clases teóricas BIBLIOGRAFÍA Y OTROS RECURSOS DOCENTES Bibliografía general Fundamentals of enzymology :the cell and molecular biology of catalytic proteins /Nicholas C. Price and Lewis Stevens. Price, Nicholas C. 3rd ed., 2nd reimp. Publicación: X Basic Mathematics for Biochemists /Athel Cornish-Bowden. Cornish-Bowden, Athel. 2nd ed. Publicación: Enzimología /Ignacio Núñez de Castro. Nuñez de Castro, Ignacio. NULL Publicación: Structure and mechanism in protein science: a guide to enzyme catalysis and protein folding /Alan Fersht. Fersht, Alan. 4th. printing. Publicación: SISTEMAS Y CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN Sistema de evaluación Examen de la parte teórica Constará de un examen tipo test razonado de unas 40 preguntas (la respuesta correcta debe ser razónada brevemente) seguidos de 2-3 cuestiones/problemas a desarrollar con apartados. Examen parte práctica Parte práctica será evaluada mediante la realización de cuestionarios que se responden al final de cada práctica, la asistencia y la elaboración de un informe final. CALENDARIO DE EXÁMENES CENTRO: Facultad de Biología 1 ª Convocatoria Fecha: Aula: 1/7/2010 Hora: 10:0 B03 Curso académico: 2009/2010 Última modificación: de 7

6 CENTRO: Facultad de Biología 2 ª Convocatoria Fecha: Aula: 7/9/2010 Hora: 10:0 B.03 TRIBUNALES ESPECÍFICOS DE EVALUACIÓN Y APELACIÓN Presidente: Vocal: Secretario: Primer suplente: Segundo suplente: Tercer suplente: FRANCISCO JAVIER VITORICA FERRANDEZ JOSE LUIS VENERO RECIO MARTINIANO SANTIAGO PAVON JUAN DIONISIO BAUTISTA PALOMAS ANGELICA CASTAÑO NAVARRO ANTONIO JOSE HERRERA CARMONA Curso académico: 2009/2010 Última modificación: de 7

7 Curso académico: 2009/2010 Última modificación: de 7