CURSO DE BIOQUÍMICA I 2017 Semestre: Impar Créditos asignados: 12 Área del conocimiento o área temática dentro del plan de estudios: Área Biología Molecular y Celular (para la Licenciatura en Ciencias Biológicas) Área Bioquímica Básica (para la Licenciatura en Bioquímica) Nombre del docente responsable del curso y contacto: Susana Castro, scs@fcien.edu.uy Contenidos previos sugeridos: Conocimientos generales de química inorgánica y orgánica; conceptos generales de electroquímica y termodinámica; preparación de soluciones; tratamiento general de datos. Objetivo del curso: Se dará al alumno una visión de los mecanismos moleculares que gobiernan las reacciones que utilizan las células para el mantenimiento de la vida. Se hará especial énfasis en el estudio de la estructura y función de las macromoléculas, y en el estudio de los principios de la acción enzimática. Además, se proporcionará una visión general de la bioenergética y el metabolismo, y se tratarán las principales rutas metabólicas así como se introducirá al alumno en la regulación metabólica a sus distintos niveles. Finalmente, se estudiarán los principales procesos involucrados en la expresión del mensaje genético: replicación, transcripción y traducción. En el curso se pretende desarrollar la capacidad de análisis, síntesis y razonamiento, resolución de problemas, trabajo individual y grupal y la comprensión de las destrezas necesarias para el trabajo en el laboratorio de bioquímica.
Temario sintético: I: ESTRUCTURA DE LAS MACROMOLECULAS Y CINÉTICA ENZIMÁTICA Aminoácidos y Péptidos. Proteínas. Carbohidratos. Lípidos. Nucleótidos y Ácidos nucleicos. Enzimas. Cinética Enzimática. II: BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO Bioenergética. Reacciones redox y oxidaciones biológicas: Generalidades del metabolismo. Catabolismo. Degradación aeróbica del piruvato y ciclo de Krebs. Transporte electrónico y fosforilación oxidativa. Anabolismo. Regulación del metabolismo. Integración del metabolismo. III: VÍAS DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA Biosíntesis de los ácidos nucleicos. Transcripción del mensaje genético. Código genético. Biosíntesis de las proteínas. Mecanismos de regulación de la expresión génica.
Temario desarrollado: I: ESTRUCTURA DE LAS MACROMOLECULAS Y CINÉTICA ENZIMÁTICA Aminoácidos y Péptidos. Aminoácidos: Definición, composición elemental, estructura, isomería. Importancia Biológica. Aminoácidos que forman parte de las proteínas: clasificación. Propiedades ácido-base: los aminoácidos como anfolitos, curvas de titulación. Clasificación. Propiedades químicas: grupo amino, grupo carboxilo, cadenas laterales. Propiedades físicas: solubilidad, propiedades ópticas. Péptidos: definición, estructura e importancia biológica. Enlace peptídico: estructura y propiedades. Proteínas. Introducción: importancia biológica, funciones. Composición. Propiedades físico-químicas: solubilidad, tamaño molecular, carga eléctrica; métodos de estudio. Proteínas fibrosas y globulares. Estructura de las proteínas: estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria; definición y características principales, enlaces e interacciones involucradas. Dinámica de las proteínas: relación estructura-función; ensamblado. Degradación. Desnaturalización. Carbohidratos. Definición e importancia biológica. Clasificación. Monosacáridos: definición, estructura, estereoisomería. Actividad óptica, estructura cíclica, mutarrotación. Propiedades. Derivados importantes de los monosacáridos. Oligosacáridos: definición, clasificación, estructura y propiedades. Disacáridos de importancia biológica. Polisacáridos: definición, clasificación, estructura y propiedades. Polisacáridos de reserva: estructura del almidón y del glucógeno. Polisacáridos estructurales: celulosa, glucosaminoglicanos, quitina, polisacáridos de las paredes bacterianas. Glucoproteínas y glucolípidos. Lípidos. Definición e importancia biológica. Lípidos de almacenamiento: ácidos grasos; triacilglicéridos; ceras. Ácidos grasos saturados e insaturados. Propiedades: punto de fusión. Lípidos estructurales de las membranas: glicerofosfolípidos; esfingolípidos. Lípidos con actividades específicas: esteroles, prostaglandinas, eicosanoides; leucotrienos; vitaminas liposolubles, quinonas. Nucleósidos, Nucleótidos y Ácidos nucleicos. Definición. Importancia biológica. Composición de bases, purinas y pirimidinas; nomenclatura y propiedades. Nucleótidos libres como sillares de los ácidos nucleicos. Ácido desoxiribonucleico: estructura, propiedades, localización y funciones. Conformaciones (A, B y Z). Propiedades físicoquímicas. Ácidos ribonucleicos: composición, estructura y propiedades; tipos principales; localización y funciones. Enzimas. Introducción. Definición: velocidad, catálisis, especificidad y regulación. Terminología y nomenclatura: sustratos, cofactores, coenzimas y grupos prostéticos; nomenclatura. Mecanismos de la Catálisis Enzimática: mecanismos generales de las reacciones enzimáticas, formación del complejo enzima-sustrato. Concepto de sitio activo. Especificidad de acción y de sustrato. Factores que contribuyen a la eficacia de la catálisis. Efectos sobre la energía de activación en las reacciones catalizadas. Cinética Enzimática. Catálisis química: velocidades iniciales, efectos de la concentración de sustratos, orden de reacción; reacciones reversibles y equilibrios. Efecto de la temperatura y del ph en la catálisis. Catálisis enzimática. Actividad (unidades, actividad específica y molecular). Efecto de la concentración de enzima. Efecto de la concentración de sustrato. Modelos: modelo de Michaelis y Menten; modelo de Briggs y Haldane.
Parámetros cinéticos: V max, K M, y K S. Obtención de parámetros cinéticos por métodos gráficos. Efectos del ph y la temperatura. Inhibición: inhibidores reversibles (competitivos y no competitivos) e irreversibles. Regulación de la actividad enzimática: modificaciones reversibles e irreversibles; regulación alostérica. Conceptos sobre alosterismo. II: BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO Bioenergética. Reacciones redox y oxidaciones biológicas: Nociones sobre termodinámica química. Primer principio. Unidades. Segundo principio. Entalpía, Entropía y Energía libre. Reacciones endergónicas y exergónicas. Relación entre G o y constante de equilibrio. Cálculo de G o. Reacciones acopladas. Concepto de intermediario común. Compuestos de alta energía y potencial de transferencia de grupos fosfato. Biosíntesis de ATP y de otros compuestos ricos en energía. Reacciones de óxido-reducción: Celdas voltaicas. Potencial redox estándar. Efecto de la concentración sobre el potencial redox estándar. Ecuación de Nernst. Relación entre G o y potencial redox estándar. Oxidaciones biológicas: El oxígeno como aceptor de electrones. Derivados reducidos del oxígeno: radicales libres, peróxido de hidrógeno, agua. Coenzimas de transporte de electrones. Generalidades del metabolismo. Concepto de metabolismo intermediario, catabolismo y anabolismo. Convergencia del metabolismo. Producción y utilización de energía. Sistemas multienzimáticos. Niveles de regulación. Compartimentación celular. Catabolismo. Generalidades. Glucólisis. Sistemas aeróbicos y anaeróbicos. Fermentaciones. Enzimas clave en la regulación de la glucólisis. Entrada de otros azúcares a la vía glucolítica. Fosforilación a nivel de sustrato. Glucogenolisis. Ruta de las pentosas. Fase oxidativa y fase no-oxidativa. Degradación de los triacilglicéridos. Lipasas. Destino del glicerol. Beta-oxidación. Balance energético. Regulación. Catabolismo de los aminoácidos: destino del esqueleto carbonado y del grupo amino. Formas de eliminación del nitrógeno: Ciclo de la urea. Transaminación y desaminación. Degradación aeróbica del piruvato y ciclo de Krebs. Complejo de la Piruvato Deshidrogenasa. Control del complejo enzimático. Ciclo del ácido cítrico. Localización. Balance global. Regulación del Ciclo. Conceptos de Ruta anfibólica. Reacciones anapleróticas. Ciclo del glioxilato. Transporte electrónico y fosforilación oxidativa. Cadena respiratoria: localización y componentes. Entrada de los diferentes sustratos de la cadena de transporte de electrones. Fosforilación oxidativa. Teorías sobre la fosforilación oxidativa. Relación P/O. Balance energético. Lanzaderas del glicerol fosfato y malato-aspartato. ATP sintasa. Inhibidores y agentes desacoplantes. Anabolismo. Gluconeogénesis. Reacciones irreversibles o rodeos de la vía. Regulación recíproca con la glucólisis. Biosíntesis del glucógeno. Biosíntesis de ácidos grasos. Biosíntesis de triacilglicéridos. Biosíntesis de cuerpos cetónicos. Anabolismo de los compuestos nitrogenados. Ciclo del Nitrógeno. Mecanismo general de incorporación del Nitrógeno en la síntesis de aminoácidos. Interconexiones del metabolismo de los aminoácidos con las otras rutas metabólicas. Aminoácidos glucogénicos, glucocetogénicos y cetogénicos. Generalidades de la síntesis de aminoácidos no esenciales.
Regulación del metabolismo. Niveles de regulación. Regulación enzimática. Regulación alostérica. Regulación por modificación covalente. Regulación de la síntesis de enzimas: inducción y represión. Papel de los compartimentos. Papel de las membranas. Regulación hormonal del metabolismo. Integración del metabolismo. Fases principales en la producción de energía. Interrelaciones entre vías degradativas y biosintéticas. Metabolitos comunes como encrucijadas metabólicas. Destinos del Acetil-CoA. Utilización de coenzimas de óxidoreducción en las vías degradativas y biosintéticas. Papel del NADPH. Interrelaciones entre el metabolismo de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Perfil metabólico de los principales órganos. Respuestas al estrés metabólico: ayuno y diabetes. III: VÍAS DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA Concepto de gen y genoma. Expresión génica, Dogma central Replicación del material genético. Características. Mecanismos de la replicación en bacterias. Iniciación. Elongación. Fragmentos de Okazaki. Terminación. Mecanismos de replicación en eucariotas. ADN polimerasas. Iniciación. Principales diferencias con la replicación en procariotas. Transcripción del mensaje genético. Mecanismos bioquímicos en procariotas y eucariotas. Etapas de la transcripción. Procesamiento y modificaciones postranscripcionales del ARN. Intrones y exones. Proceso de corte y empalme. Código genético. Elucidación del código. Características. Biosíntesis de las proteínas. Mecanismos bioquímicos generales en procariotas y eucariotas. Modificaciones postraduccionales. Regulación de la expresión génica. Mecanismos bioquímicos generales en procariotas y eucariotas. Niveles de regulación. Operones. Regulación postranscripcional. ARNs reguladores. Regulación hormonal. Bases moleculares del desarrollo. Bases moleculares de la epigenética. Bibliografía recomendada: Principios de Bioquímica. 6a edición. D. L. Nelson & M. M. Cox. Ed. Omega, 2015. Principios de Bioquímica. 5a edición. D. L. Nelson & M. M. Cox. Ed. Omega, 2009. Bioquímica, 3a edición. D. Voet & J. G.Voet. Editorial Médica Panamericana, 2006. Bioquímica, 7a edición. J. M. Berg, J. L. Tymoczko, & L. Stryer. Ed. Reverté, 2013.
TEMARIO DEL CURSO PRÁCTICO 1. Video introductorio 2. Cromatografía de intercambio iónico. 3. Dosificación de proteínas. 4. Determinación de actividad enzimática. 5. Electroforesis de proteínas. 6. Cromatografía de filtración molecular. 7. Extracción y purificación de ácidos nucleicos. 8. Análisis de ácidos nucleicos. 9. Ejercicios globalizadores Carga horaria total: 120 hs. Carga horaria detallada: I: ESTRUCTURA DE LAS MACROMOLECULAS Y CINÉTICA ENZIMÁTICA a) Horas aula de clases teórico: 12 clases de 2 hs en grupos reducidos (25-30 alumnos). En dos turnos. b) Horas de trabajo virtual: 4 actividades de 1 hora II: BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO a) Horas aula de clases teórico-taller autocontenido: 18 clases de 2 horas, en grupos reducidos (25-30 alumnos). En dos turnos III: VÍAS DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA a) Horas aula de clases teórico: 12 clases de 1.30 hs. En dos turnos. b) Horas aula taller autocontenido: 4 talleres de 2 hs cada uno. IV: Curso práctico a) Horas aula de clases prácticas de laboratorio: 9 clases de 3hs.
Sistema de evaluación: La ganancia del curso se obtiene mediante la realización de parciales múltiple opción por EVA (uno por cada parte teórica; I, II y III), completado de cuestionarios en cada clase práctica y realización de informes en cada práctico, los cuales serán evaluados por un docente. El puntaje mínimo a alcanzar en cada parcial para su aprobación es del 30%, requiriéndose además un 50% del puntaje total del curso (un 50% del total de la suma de parciales de I+II+III). Se requiere además una asistencia mínima del 75% a las clases prácticas La aprobación de la unidad curricular se obtiene mediante la realización de un examen escrito globalizador. El mismo consta de 4 preguntas de desarrollo, una por cada unidad teórica (I, II y III) y una pregunta de práctico, con igual puntaje cada una. El puntaje mínimo para aprobar el examen es del 50% del total obtenido; el 0 en una pregunta equivale a la reprobación del examen. Modo de devolución o corrección de las pruebas Las pruebas en línea tienen devolución inmediata en línea, mientras que para el examen se cita a los estudiantes.