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 Gabriel Gil i Natàlia Dave. El responsable de la supervisió de les classes pràctiques, de laboratori i problemes serà la professora Natàlia Dave.
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):
a) una prova composta d’entre 25 i 30 preguntes
d’elecció múltiple (sobre 6 punts);
b) de dues a quatre preguntes a les quals cal donar
resposta amb un assaig d’extensió breu (sobre 4 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):
a) un examen escrit consistent en la resolució de quatre o
cinc problemes, en els quals s’utilitzaran dades
proporcionades pel professor (sobre 5 punts);
b) un examen en què es proposarà a l’estudiant la
resolució d’un problema pràctic, que exigirà la utilització
d’una tècnica de manera correcta i el processament adequat de
les dades obtingudes (sobre 3 punts);
c) les respostes a les preguntes plantejades al guió de
pràctiques (sobre 1 punt);
d) les respostes als problemes plantejats a classe (sobre
1 punt).
La nota final de l’assignatura es calcularà sumant la
nota de teoria i la de pràctiques i dividint el resultat entre dos.
L’assignatura s’aprovarà amb una nota final entre 4,5 i
5 sempre que s’hagi superat el 3 en la nota de preguntes
teòriques i de problemes.
Qualsevol tipus de còpia en qualsevol dels apartats
d'avaluació implica la no-superació de l'assignatura.
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 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. Cabdell estadístic. Estructura del col·lagen i d’altres proteïnes fibroses. Mètodes per a l’estudi d’estructura secundària: dicroisme circular, difracció de RX. 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. Aspectes cinètics del plegament de proteïnes: paper de les xaperones. (classes de la 5 a la 13).
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 de la 14 a la 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, catàlisi per ions metàl·lics. Aplicació a les proteases (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 de la 19 a la 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. Mètodes d’estudi d’unió de lligands: diàlisi. Determinació de constants d’afinitat entre una proteïna i el seu lligand. Regulació de l'activitat enzimàtica per modificació covalent: fosforilació, proteòlisi (proenzims). Formació i dissociació de complexos. Compartimentalització cel·lular. Mètodes d’estudi: sedimentació (classes de la 22 a la 25).
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 26 a la 29).
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 30 i 31).
11. Nucleòtids
Bases púriques i pirimidíniques. Nucleòsids i nucleòtids. Els nucleòtids trifosfat. Oligonucleòtids. Propietats químiques. Síntesi d’oligonucleòtids (classe 32).
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 33 a la 36).
13. L’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 a catalitzador (classes 37 i 38).
Entre parèntesis s’indica la numeració de les classes que corresponen a cada tema.
CLASSES PRÀCTIQUES
1. Mesurament electromètric del pH. Preparació de tampons.
Titulació.
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.
2. Quantificació espectrofotomètrica de proteïnes
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. Lípids: encapsulació de molècules polars en liposomes:
preparació i purificació de liposomes contenint blau de
bromofenol
Obtenció de liposomes. Purificació utilitzant cromatografia
de penetrabilitat i càlcul de l'eficiència d'encapsulament.
4. Purificació de proteïnes: cromatografia
d'afinitat
Demostració del funcionament de la cromatografia
d’afinitat per a la purificació d’una proteïna a partir
d’una barreja complexa.
5. Purificació de proteïnes: cromatografia de bescanvi
iònic
Purificació d’un enzim a partir d’un extracte
proteic mitjançant aquesta tècnica i anàlisi de l’activitat
específica.
6. Cinètica enzimàtica
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.
7. Electroforesi de proteïnes en condicions
desnaturalitzants. Tinció amb colorants específics
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 transferència
Western.
Transferència de les proteïnes a membranes i detecció amb un
anticòs específic.
Una vegada finalitzada la classe 8, els alumnes hauran de lliurar el guió de pràctiques amb les respostes a les preguntes plantejades.
Bibliografia recomanada
Llibre de text
MATHEWS, C. K.; VAN HOLDE, K. E.
Bioquímica. 1a. ed. McGraw-Hill/Interamericana, 1998.
N’hi ha una nova edició en anglès:
MATHEWS, C. K.; VAN HOLDE, K. E.; AHERN, K. G.
Biochemistry. 3a. ed. Benjamin/Cummings, 2000.
Llibres de consulta
STRYER, L.
Bioquímica. 4a. ed. Reverté, 1995.
VOET. D.; VOET, J. G.
Bioquímica. 1a. ed. Omega, 1992.
FREIFELDER, D.
Physical Biochemistry. 2a. ed. Freeman, 1982.
GARRETT, R. H.; GRISHAM, C. M.
Biochemistry. 2a. ed. Harcourt Brace, 1999.
ALBERTS i d’altres.
Molecular Biology of the Cell. 3a. ed. Garland, 1994.
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.