Llicenciatura en Biologia (3361)

Química Analítica i Farmacèutica(12309) 

Identificació de l'assignatura

Química Analítica i Farmacèutica és una assignatura troncal del currículum de Biologia que s’imparteix en un trimestre del quart curs. Consta de 3,6 crèdits teòrics i 5,9 pràctics. Aquests últims es desglossen en seminaris (1,4 crèdits), treball dirigit (2,1 crèdits) i pràctiques de laboratori (2,4 crèdits).

Coordinació i professorat

El coordinador de l'assignatura i responsable de la docència teòrica i pràctica és el Dr. David Andreu Martínez. En la docència teòrica col·laboraran els doctors Ricardo Gutiérrez, José Antonio Pascual i Jordi Segura. La docència pràctica comptarà amb la col·laboració dels doctors Rosa Bergés, Ricardo Gutiérrez i Rosa Ventura.  

Objectius generals

L’assignatura té com a objectiu fonamental transmetre els continguts químics necessaris per a una bona comprensió dels conceptes i mètodes de treball de la química farmacèutica actual. Aquest objectiu es tractarà des de dos nivells. En primer lloc, es presentaran els moderns mètodes analítics de separació i elucidació estructural, que aportaran una visió realista, eminentment pràctica, del treball científic en l’entorn químico-farmacèutic. En segon lloc, es farà una anàlisi des d’una perspectiva químico-biològica dels principis fonamentals que guien la cerca, definició i modulació estructural dels fàrmacs. Des d’aquesta última perspectiva es farà una aproximació als principals grups de fàrmacs i, en casos seleccionats, un estudi aprofundit de fàrmacs concrets, amb èmfasi en qüestions com ara el mecanisme d’acció, el disseny i desenvolupament, l'anàlisi metabòlica, etc.  

Objectius específics

Es detallen a cadascun dels temes del programa.

Desenvolupament del procés docent

Les classes teòriques es dedicaran primordialment a introduir conceptes i mètodes de la química farmacèutica, començant pels aspectes analítico-estructurals i després per les qüestions relatives a l’origen, desenvolupament i mecanisme d’acció de fàrmacs. Aquests continguts es revisaran i es complementaran de dues maneres. D’una banda, amb seminaris impartits pel professorat, que tractaran temes monogràfics des d’una perspectiva més pràctica i detallada. D'una altra banda, els alumnes, organitzats en grups de tres, faran al llarg del trimestre una recerca sobre un tema concret de química farmacèutica, assignat a principi de curs pel professor, qui suggerirà fonts d’informació idònies (monografies, articles científics, pàgines web) i assessorarà els estudiants en l’elaboració del material, en forma d’una presentació a classe (1 hora), amb la participació de la resta d’alumnes. Les pràctiques, finalment, emfasitzaran principalment els mètodes instrumentals moderns de determinació de fàrmacs.

Criteris d'avaluació

L'avaluació de l'assignatura es realitzarà d'acord amb els criteris següents:

1. Examen escrit. Puntuarà un 65% de la nota final. Constarà de preguntes d’elecció múltiple (ponderació: 2.5/6.5) i d'una prova escrita amb qüestions i problemes (ponderació 4/6.5).

2. Qualitat del treball dirigit: 15% de la nota final. El treball es durà a terme en grups de 4 alumnes que prepararan, supervisats pel professor, un tema científic relacionat amb l'assignatura i el presentaran públicament a classe. El professor valorarà la presentació principalment pel seu contingut, i també per la claretat i qualitat de la presentació. També podrà tenir en compte, mitjançant una breu enquesta, l’opinió global de la classe sobre cada exposició pública, pel que fa a atractiu i a qualitat didàctica.

3. Avaluacions, informes de les pràctiques i diari de laboratori: 20% de la nota final.

Qualsevol desviació (còpia, plagi, simulació, etc.) del que es considera comportament acadèmic acceptable pot comportar la no-superació de l’assignatura.  

Temari teòric

Tema 1. Anàlisi de fàrmacs (1): determinació estructural de compostos orgànics

Nivells de caracterització estructural en molècules orgàniques: constitució, configuració, conformació. Aproximacions clàssiques i modernes a l’elucidació estructural. L’espectre electromagnètic. Tipus d’informació espectroscòpica. Espectroscòpia infraroja. Espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear. Espectrometria de massa. Tècniques de ionització de molècules orgàniques. Espectrometria de massa de biomolècules. Nocions de proteòmica.
Tipus de lliçó: teòrica.
Durada: 6 hores.
Objectius: Revisar conceptes fonamentals sobre estructura molecular. Introduir les principals tècniques que permeten establir l’estructura d’un compost orgànic (per exemple, un fàrmac) desconegut de forma “absoluta”, és a dir, sense referència a patrons externs.

Tema 2. Anàlisi de fàrmacs (2): mètodes analítics i instrumentals

Nivells de caracterització estructural: constitució, configuració, conformació. Aproximacions clàssiques i actuals a l’elucidació estructural. L’espectre electromagnètic. Tipus d’informació espectroscòpica. Espectroscòpia infraroja. Espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear. Espectrometria de massa. Tècniques de ionització de molècules orgàniques. Espectrometria de massa de biomolècules.
Tipus de lliçó: teòrica.
Professor: David Andreu.
Durada: 6 hores.
Objectiu: introduir les principals tècniques que permeten establir l’estructura d’un compost orgànic (per exemple, un fàrmac) desconegut de forma “absoluta”, és a dir, sense referència a patrons externs.

Tema 3. Aspectes físico-químics de l’acció dels fàrmacs

Tipus d’interacció fàrmac-biofase. Enllaç iònic i covalent. Forces de Van der Waals, interaccions hidrofòbiques, dipolars, enllaç d’hidrogen. El paper de l’aigua. Solubilitat i coeficient de repartiment. Conceptes d’acidesa i basicitat. Estereoquímica i activitat farmacològica. Enantiòmers i diastereòmers: diferències d’activitat. Conformació i activitat: anàlegs de mobilitat restringida.
Tipus de lliçó: teòrica.
Durada: 3 hores.
Objectius: Integrar i incorporar conceptes físico-químics i estereoquímics tractats anteriorment al context de les interaccions fàrmac-biofase.

Tema 4. Aspectes químico-biològics de l’acció dels fàrmacs

Tipus principals de dianes terapèutiques: enzims, receptors, àcids nucleics. Fàrmacs amb acció sobre enzims: inhibidors competitius, no competitius i al·lostèrics. Fàrmacs amb acció sobre receptors. Agonistes i antagonistes: concepte i disseny. Els àcids nucleics com a diana terapèutica. Fàrmacs que interaccionen amb el DNA: agents intercalants i alquilants. Fàrmacs amb acció sobre enzims de processament del DNA (ligases, girases) i del RNA.
Tipus de lliçó: teòrica.
Durada: 4 hores.
Objectius: Estudi de l’acció dels fàrmacs des de la perspectiva dels principals tipus d’estructures i molècules biològiques amb què interaccionen.

Tema 5. Recerca i desenvolupament de fàrmacs (1): aproximacions clàssiques

Aïllament i determinació estructural de productes naturals. Síntesi orgànica. Cribatge ( screening) sistemàtic d’estructures naturals i sintètiques. Modulació estructural en la cerca de nous fàrmacs. Concepte de cap de sèrie. Estratègies de modificació molecular: obertura i tancament de cicles, homologació, simplificació i rigidificació estructural. Exemples. Relacions quantitatives estructura-activitat (QSAR). Isosterisme. Etapes i costos en el desenvolupament d’un fàrmac.
Tipus de lliçó: teòrica.
Durada: 3 hores.
Objectius:Analitzar els aspectes i criteris aplicats més habitualment en el desenvolupament de fàrmacs a partir de caps de sèrie. 

Tema 6. Recerca i desenvolupament de fàrmacs (2): aproximacions racionals i combinatòries

Disseny racional a partir d’informació estructural. Programes de representació molecular, modelat i ancoratge ( docking). Química combinatòria com a eina de cribatge massiu de lligands bioactius. Síntesi en fase sòlida: modalitats paral·lela i one bead one compound. Estratègies de desconvolució de biblioteques de compostos orgànics.
Tipus de lliçó: teòrica.
Durada: 3 hores.
Objectius: Introduir el disseny racional i la química combinatòria com a estratègies complementàries en la cerca de noves estructures actives.

Seminaris

Els seminaris desenvoluparan aspectes del programa no coberts amb prou detall a les sessions de teoria. En algun cas (seminari núm. 2) tindran com a objecte principal ensinistrar en la resolució de casos pràctics. Seran impartits pel professorat a grups reduïts (20 alumnes), per tal de fomentar la participació activa dels estudiants

Seminari 1. Preparació de Mostres Biològiques i Fàrmacs per a Anàlisi Instrumental
Professor: Dr. J. Segura
Tipus de lliçó: teòrica
Durada: 2 hores

Seminari 2. Exemples d’Elucidació Estructural de Fàrmacs
Professor: Dr. D. Andreu
Tipus de lliçó: pràctica
Durada: 2 hores

Seminari 3. Derivatització en l’Anàlisi de Fàrmacs i Metabòlits per Tècniques Instrumentals
Professor: Dr. J. A. Pascual
Tipus de lliçó: teòrica
Durada: 2 hores

Seminari 4. Desenvolupament i Validació de Mètodes Analítics en Química Farmacèutica
Professor: Dr. J. A. Pascual
Tipus de lliçó: teòrica
Durada: 2 hores

Seminari 5. Impacte de la Química en Fase Sòlida en la Recerca Farmacèutica
Professor: Dr. D. Andreu
Tipus de lliçó: teòrica
Durada: 2 hores

Seminari 6. Pèptids i Peptidomimètics Sintètics: Aplicacions Diagnòstiques i Terapèutiques
Professor: Dr. D. Andreu
Tipus de lliçó: teòrica
Durada: 2 hores

Seminari 7. Proteòmica: Aspectes Fonamentals
Professor: Dr. D. Andreu
Tipus de lliçó: teòrico-pràctica
Durada: 2 hores

Seminari 8. Proteòmica: Anàlisi de Modificacions Posttraduccionals
Professor: Dr. R. Gutiérrez
Tipus de lliçó: teòrico-pràctica
Durada: 2 hores

Treball dirigit

Els estudiants, organitzats en grups de tres, treballaran durant la primera part del trimestre (1 crèdit no presencial: 10 hores per estudiant) un tema assignat pel professor que il·lustri o que complementi aspectes concrets de la química farmacèutica no desenvolupats a les sessions de teoria. Supervisats pel professor (4 hores de consultes per grup), però amb raonable iniciativa pel que fa a l'orientació i al contingut, accediran a la informació disponible sobre el tema assignat i en prepararan una exposició pública, que tindrà lloc en una sessió de classe a l’etapa final del trimestre. Després de cadascuna de les vint exposicions (1 hora),  els estudiants respondran una breu enquesta sobre els aspectes didàctics i formals de la presentació, per complementar així l'avaluació del professor.

Pràctiques de laboratori

Es faran en sis sessions, cadascuna de 4 hores de duració. Els estudiants, en grups de dos, faran tres pràctiques diferents, posant èmfasi en aspectes analítics. Hauran de dur un diari de laboratori, confeccionat in situ, en el qual registrin els resultats i les incidències. Aquest diari, juntament amb la valoració individualitzada de l’actitud i l'actuació de l’estudiant, constituirà la base per a l’avaluació de les pràctiques. Això no descarta la possible inclusió de qüestions relatives a les pràctiques en l’examen final.

Pràctica 1. Determinació de fàrmacs en fluids biològics i en especialitats farmacèutiques per HPLC. Identificació estructural de fàrmacs a partir d’informació espectroscòpica.
Sessions 1 i 2. Preparació de mostres de calibratge. Extracció dels fàrmacs del fluid biològic. Anàlisi instrumental.
Sessió 3. Identificació i quantificació dels compostos. Assignació d’espectres (IR, RMN, EM) al problema compost.

Pràctica 2. Identificació de fàrmacs i metabòlits en orina per cromatografia de gasos acoblada a espectrometria de massa.
Sessió 4. Extracció dels analits de l’orina. Aplicació de tècniques de derivatització. Anàlisi instrumental.
Sessió 5. Identificació dels compostos detectats en cada mostra, a partir de la informació cromatogràfica (temps de retenció) i dels espectres de massa. Interpretació dels espectres de massa.

Pràctica 3. Determinació espectrofotomètrica
Sessió 6. Determinació de tiocianat en la saliva com a indicador de consum de tabac. Anàlisi instrumental. Avaluació de resultats.

Bibliografia

AVENDAÑO, M. C. Introducción a la química farmacéutica. Madrid: McGraw-Hill-Interamericana, 1993. ISBN 8448102193.
HARWOOD, L. M.; CLARIDGE, T. D. W. Introduction to Organic Spectroscopy. Oxford: Oxford University Press, 1997. ISBN 0198557558.
PATRICK, G. L. An Introduction to Medicinal Chemistry. Oxford: Oxford University Press, 2a. ed., 2001. ISBN 0198505337.
RUBINSON, K. A.; RUBINSON, J. F. Análisis instrumental. Madrid: Prentice Hall, 2001. ISBN 8420529885.