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.

Programa de l’assignatura

CLASSES TEÒRIQUES

1. Presentació de l’assignatura

La bioquímica com a ciència experimental. Interaccions dèbils en un medi aquós. Característiques de l'aigua. Característiques de l'aigua (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 masas. Determinació d’estructura primària: degradació d’Edman, espectrometria de masas. Proteases. Comparació de seqüències de proteïnes. Estructura secundària. Conformacions possibles d’un pèptid: diagrama de Ramachandran. Alfa-hèlix, làmina beta. Cabdell estadístic. Estructura del col·lagen i d’altres proteïnes fibroses. Mètodes per a l’estudi d’estructura secundària: dicroisme circular, difracció de raigs X. Estructures supersecundàries. Estructura terciària de proteïnes globulars: dominis estructurals i funcionals. Estructura quaternària de proteïnes oligomèriques. Complexos multiproteics. Tècniques d’anàlisi: immunoprecipitació, transferència Western. Aspectes termodinàmics del plegament de proteïnes: interaccions que les dirigeixen. Desnaturalització. Solubilitat de proteïnes (classes 5 a 12).

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 13, 15 i 16).

6. Enzims

Els enzims com a catalitzadors. Energia d’activació. Centre actiu. Especificitat. Interacció enzim-substrat. Cofactors: coenzims, grups prostètics, ions metàl·lics. Tècniques d’anàlisi: flux aturat, salt de temperatura. Mecanismes de catàlisi: àcid-base, covalent, catálisi per ions metàl·lics (classes 17 i 18).

7. Cinètica enzimàtica

Velocitat de reacció. Equacions de Michaelis-Menten. Significat de K _m i de V _max. 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 19 a 21).

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 22 a 24).

9. Composició i estructura de les membranes biològiques

Propietats generals dels compostos lipídics. Fosfolípids. Àcids grassos saturats i insaturats. Triglicèrids. Esfingolípids. 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. Tècniques de treball amb proteïnes de membrana (classes de la  25 a la 28).

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. DNA polimerases. Requeriments. Amplificació del DNA. Mètodes de purificació del DNA: electroforesi. Cromatografia. Seqüenciació del DNA. Manipulació del DNA: endonucleases de restricció. Ligases. Anàlisi per transferència Southern (classes de la 32 a la 36).

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

Electroforesi. Cromatografia. Seqüenciació del DNA. Endonucleases de restricció. Ligases. Anàlisi per transferència Southern (classes 35 i 36).

Tema 14. El RNA

Tipus de RNA. Estructura primària  i secundària de l'RNA missatger. RNA polimerases. RNases. Mètodes d’anàlisi: transferència Northern. Maduració de l'RNA missatger. RNA de transferència. Estructura secundària. Processament. Modificació de bases. RNA ribosòmic: processament. L'RNA com coactivador catalític. (classes 37 i 38).

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

CLASSES ESPECIALS

Un petit nombre de les classes teòriques, concretament dues, s’impartiran a l’aula d’informàtica i 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 39).

CLASSES PRÀCTIQUES

Classes de problemes

Dins dels crèdits pràctics s’impartiran sis classes de problemes de 120 minuts de durada. Per fomentar la participació dels estudiants, aquestes classes tindran un nombre d’estudiants reduït (15-16) 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.

Pràctiques de laboratori

Entre parèntesi: durada de cada pràctica en hores.

Pràctica 1. Mesurament electromètric del pH. Preparació de tampons. Titulació (4 hores)

Concepte i expressió de la dilució. 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.

Pràctica 2.Quantificació espectrofotomètrica de proteïnes (3 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.

Pràctica 3. Lípids (I): Estructura molecular i solubilitat. Saponificació. Propietats dels detergents (3 hores)

Anàlisi de les propietats de lípids comuns. Relació entre aquestes propietats i estructura molecular del lípid.

Pràctica 4. Lípids (II): Encapsulació de molècules polars en liposomes: preparació i purificació de liposomes que contenen blau de bromofenol (3 hores)

Obtenció de liposomes. Purificació utilitzant cromatografia de penetrabilitat i càlcul de l'eficiència d'encapsulament.

Pràctica 5. Cinètica enzimàtica (3 hores)

Quantificació de l’activitat enzimàtica de la fosfatasa: determinació de la K _m per al p-nitrofenil-fosfat i de la K _i per a la inhibició per fosfat

Pràctica 6. Purificació de proteïnes: cromatografia d'afinitat (4 hores)

Demostració del funcionament de la cromatografia d'afinitat per a la purificació d’una proteïna a partir d'una barreja complexa.

Pràctica 7. Electroforesi de proteïnes en condicions desnaturalitzants. Tinció amb colorants específics (4 hores)

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

Pràctica 8. Identificació de proteïnes mitjançant transferència Western (4 hores)

Transferència de les proteïnes a membranes i detecció amb un anticòs específic.

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

Bibliografia recomanada

Llibre de text

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

Llibres de consulta

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

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

COOPER, G.M. The Cell: a molecular approach. 2ª. Edició ASM Press-Sinauer, 2000.

FREIFELDER, D. Physical Biochemistry. 2a. edició. Freeman, 1982.

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.