Llicenciatura en Biologia (3361)

Bioquímica General i Aplicada(12321) 

Identificació de l’assignatura

L’assignatura Bioquímica General i Aplicada és una matèria obligatòria del currículum de la llicenciatura en Biologia (perfil Biologia Humana). Serà impartida al segon trimestre del curs i constarà de 8 crèdits (4 de teòrics i 4 de pràctics).

Coordinació i professorat

El coordinador de l’assignatura serà el Dr. Antonio García de Herreros. En la docència d’aquesta assignatura també participaran els professors Mercè Monfar i Josep Baulida. La responsable de la supervisió de les classes pràctiques serà la professora Mercè Monfar. Els tutors de les classes de problemes de cada grup seran, respectivament, els professors Josep Baulida (grups 1 i 3) i Mercè Monfar (grups 2 i 4).

Objectius generals

El projecte docent d’aquesta assignatura pretén:

1. Iniciar l’estudiant en nous mètodes d’estudi, d’aplicació en tota la llicenciatura, amb una incidència especial en els que utilitza una ciència experimental, basats en la formulació i la verificació d’hipòtesis de treball.

2. Informar l’estudiant d’una sèrie de conceptes, idees, mètodes de treball i conclusions que constitueixen el coneixement actual d’una part de la bioquímica (la bioquímica estructural).

3. Formar l’estudiant per tal que sigui capaç de contribuir per ell mateix al desenvolupament de nous conceptes en aquesta àrea de coneixement, dissenyant nous experiments per validar les seves hipòtesis, millorant les seves habilitats manuals de treball al laboratori i interpretant els resultats dels experiments.  

Avaluació de l’estudiant

En l’avaluació final de l’assignatura tindrà tant de pes la part teòrica com la part pràctica. Per a l’avaluació es tindrà en compte la resposta de l’estudiant a les proves que s’exposen a continuació.

1. Teoria (sobre 10 punts ):

Les qüestions sondejaran sobretot la capacitat de formació de l’estudiant i la seva capacitat de donar respostes adequades a problemes concrets.

2. Pràctiques (sobre 10 punts ):

La nota final de l’assignatura es calcularà sumant la nota de teoria i la de pràctiques i dividint per dos.

Comunicació amb l’estudiant

L’estudiant es comunicarà amb els professors de l’assignatura de tres maneres diferents:

a) cada setmana, a la classe complementària, comentarà amb el seu professor tutor els problemes o els dubtes que hagin sorgit;

b) quan apareguin problemes d’una rellevància especial, els podrà comentar amb el coordinador de l’assignatura a través del Campus Global o amb una entrevista en hores de tutoria;

c) les informacions rellevants per a l’assignatura també apareixeran al tauler electrònic.

Programa de l’assignatura

CLASSES TEÒRIQUES

1. Presentació de l’assignatura

La bioquímica com a ciència experimental (classe 1).

2. Energètica de la vida

Potencial químic. Canvi d’energia lliure. Reaccions acoblades. Els compostos fosfat com a reserves d’energia química. Paper central de l’ATP. (classe 2).

3. Aminoàcids i pèptids

Nomenclatura. Aminoàcids com a ions dipolars: formes en solució. Quiralitat. Propietats específiques. Modificacions d’aminoàcids. Enllaç peptídic. Determinació de la composició d’aminoàcids d’un pèptid. Mètodes de treball: cromatografia d’intercanvi iònic. Síntesi de pèptids (classes 3 i 4).

4. Nivells estructurals de les proteïnes

Mètodes per a l’anàlisi de proteïnes: absorció, fluorescència. Determinació del pes molecular: electroforesi, espectrometria de masses. Determinació d’estructura primària: degradació d’Edman, espectrometria de masses. Proteases. Comparació de seqüències de proteïnes. Estructura secundària. Conformacions possibles d’un pèptid: diagrama de Ramachandran. Alfa-hèlix, làmina beta. Altres estructures: bucles, conformacions enrotllades i desordenades. Estructura del col·lagen i d’altres proteïnes fibroses. Mètodes per a l’estudi d’estructura secundària: dicroisme circular, difracció de RX. Estructures supersecundàries. Combinacions d’estructures secundàries. Estructura terciària de proteïnes globulars: dominis estructurals i funcionals. Estructura quaternària de proteïnes oligomèriques. Complexos multiproteics. Tècniques d’anàlisi: immunoprecipitació, Western blot. Aspectes termodinàmics del plegament de proteïnes: interaccions que les dirigeixen. Interconversió entre conformacions. Desnaturalització. Solubilitat (classes 5 a 11).

5. Proteïnes transportadores d’oxigen

Hemoglobina i mioglobina. Estructura. Grup hemo. Mecanisme d’unió d’oxigen. Mioglobina: corba de saturació. Càlcul de la funció de saturació per a l’hemoglobina: coeficient de Hill. Efecte Bohr. Paper del 2,3-difosfoglicerat. Regulació al·lostèrica de la unió d’oxigen a l’hemoglobina. Models de cooperativitat (classes 12, 14 i 15).

6. Enzims

Els enzims com a catalitzadors. Energia d’activació. Centre actiu. Especificitat. Interacció enzim-substrat. Cofactors: coenzims, grups prostètics, ions metàl·lics. Vitamines. Tècniques d’anàlisi: flux aturat, salt de temperatura. Mecanismes de catàlisi: àcid-base, covalent, catálisi per ions metàl·lics (classes 16 i 17).

7. Cinètica enzimàtica

Velocitat de reacció. Equacions de Michaelis-Menten. Significat de Km i de Vm. Constant de recanvi. Mètodes de representació. Cinètica de les reaccions de més d’un substrat. Inhibició enzimàtica. Inhibició competitiva i no competitiva: representació gràfica. Inhibició irreversible (classes 18 a 20).

8. Regulació de l’activitat enzimàtica

Mètodes d’estudi: utilització d’isòtops per a la determinació d’activitats enzimàtiques. Regulació al·lostèrica de l’activitat enzimàtica. Regulació per modificació covalent: fosforilació, proteòlisi (proenzims). Formació i dissociació de complexos. Compartimentalització cel·lular. Mètodes d’estudi: sedimentació (classes 21 a 23).

9. Composició i estructura de les membranes biològiques

Propietats generals dels compostos lipídics. Fosfolípids. Àcids grassos saturats i insaturats. Triglicèrids. Compostos esteroideus. Glicolípids. Propietats de la bicapa lipídica. Estructura de la membrana: propietats. Proteïnes de membrana: proteïnes integrals. Determinació de topologia: marcatge de membranes. Glicoproteïnes. O-glicosilació i N-glicosilació. Glúcids incorporats a proteïnes: enzims implicats. Tècniques de treball amb proteïnes de membrana (classes 24 a 27).

10. Transport a través de membranes

Permeabilitat. Sistema de transport per difusió facilitada. Transportadors: analogia amb enzims. Canals. Ionòfors. Sistemes de transport actiu. Transport acoblat (classes 29 i 30).

11. Nucleòtids

Bases púriques i pirimidíniques. Nucleòsids i nucleòtids. Els nucleòtids trifosfat. Oligonucleòtids. Propietats químiques. Síntesi d’oligonucleòtids (classe 31).

12. Estructura del DNA

Model de Watson i Crick: DNAb. Altres hèlixs: DNAa i DNAz. Interaccions que estabilitzen la doble hèlix: apilament de bases. Desnaturalització i renaturalització. Superenrotllaments. Topoisomerases. DNA polimerases. Retrotranscriptases. Requeriments. Amplificació del DNA. El DNA al cromosoma: DNA obert i tancat. Paper de les histones (classes 32 a 35).

Tema 13. Mètodes de purificació i d’anàlisi del DNA

Electroforesi: camp polsant. Cromatografia. Seqüenciació del DNA. Endonucleases de restricció. Ligases. Anàlisi per Southern blot. (classes 36 i 37).

Tema 14. El RNA

Tipus de RNA. Estructura secundària i terciària del RNA missatger. RNA polimerases. RNA antisentit. RNases. Mètodes d’anàlisi: Northern blot, protecció a la RNasa, hibridació in situ. Maduració del RNA missatger. RNA de transferència. Estructura secundària. Processament. Modificació de bases. RNA ribosòmic: processament. El RNA com a coactivador catalític (classes 39 i 40).

 

Entre parèntesis s’indica la numeració de les classes que corresponen a cada tema.

CLASSES ESPECIALS

Un petit nombre de les classes teòriques, concretament tres, s’impartiran amb altres formats. Se n’impartiran dues a l’aula d’informàtica, que tindran com a objectiu familiaritzar l’estudiant amb el programari informàtic d’aplicació a la bioquímica, en el camp de la recerca sobre proteïnes (classe 13) i sobre el DNA (classe 38). Una tercera classe (classe 28) serà un seminari impartit per un investigador aliè a la Universitat, que oferirà un punt de vista diferent dels problemes estudiats en aquesta assignatura i en destacarà l’interès comercial.

CLASSES PRÀCTIQUES

Classes de problemes

Dins dels crèdits pràctics s’impartiran 8 classes de problemes. Per fomentar la participació dels estudiants, aquestes classes tindran un nombre d’estudiants reduït (17-18) i s’hi discutiran qüestions d’ordre teòric o sobre els problemes que prèviament s’hauran plantejat als estudiants. Aquestes classes es realitzaran amb una periodicitat setmanal i començaran durant la tercera setmana del curs. Cadascuna d’aquestes comprendrà els temes següents: classe 1: temes 1, 2 i 3; classe 2: tema 4; classe 3: temes 4 i 5; classe 4: tema 5; classe 5: temes 6 i 7; classe 6: temes 7 i 8; classe 7: temes 9 i 10, i classe 8: temes 11, 12, 13 i 14.

Pràctiques de laboratori

1. Preparació de dissolucions tampó i mesura electromètrica del pH (4 hores)

Preparació de solucions diluïdes a partir de solucions mare. Preparació de tampons de diferents pH. Mesura del pH. Titulació d’una solució. Comprovació de la capacitat de tamponament.

 

2. Quantificació espectrofotomètrica de proteïnes (4 hores)

Comprensió del concepte d’espectre d’absorció com a base dels mètodes colorimètrics de quantificació. Comparació i avaluació de diferents mètodes de quantificació de proteïnes.

 

3. Encapsulació de proteïnes en liposomes (I) (3 hores)

Preparació i purificació d’un liposoma que conté citrocrom C.

 

4. Encapsulació de proteïnes en liposomes (II) (3 hores)

Quantificació i estudi de les propietats del liposoma Purificació utilitzant cromatografia de penetrabilitat.

 

5. Cinètica enzimàtica (4 hores)

Quantificació de l’activitat enzimàtica de la fosfatasa: determinació de la Km per al P-nitrofenil-fosfat i de la Ki per a la inhibició per fosfat.

 

6. Purificació de proteïnes: cromatografia d’intercanvi iònic (4 hores)

Demostració del funcionament de la cromatografia d’intercanvi iònic per a la purificació d’una proteïna.

 

7. Electroforesi de proteïnes en condicions desnaturalitzants (4 hores)

Elaboració de gels desnaturalitzants de poliacrilamida i resolució de mostres als mateixos gels. Detecció de proteïnes al gel mitjançant tinció amb Coomassie.

 

8. Identificació de proteïnes mitjançant Western blot (3 hores)

Transferència de les proteïnes a membranes i detecció amb anticossos específics.

 

9. Resolució d’un problema plantejat pel professor (3 hores)

 

Entre parèntesis s’indica la durada de cada pràctica en hores.

Bibliografia recomanada

Llibre de text

VOET, D.; VOET, J.G. Bioquímica. 1a. edició. Barcelona: Omega, 1992.

 

Llibres de consulta

STRYER, L. Bioquímica. 4a. edició. Barcelona: Reverté, 1995.

 

MATHEWS, C.K.; VAN HOLDE, K.E. Bioquímica. 1a. edició. McGraw-Hill/Interamericana, 1998.

 

FREIFELDER, D. Physical Biochemistry. 2a. edició. San Francisco: Freeman, 1982.

 

ALBERTS i d’altres. Molecular Biology of the Cell. 3a. edició. New York: Garland, 1994.