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. Revisió de conceptes de química orgànica

Actualització de conceptes bàsics d'estructura i reactivitat de compostos orgànics: enllaç, polaritat, hidrofobicitat i hidrofilicitat, acidesa i basicitat, nucleofília i electrofília. Estereoquímica. Grups funcionals rellevants en química farmacèutica. Principals tipus de mecanismes de reacció.
Tipus de lliçó: teòrica.
Professor: David Andreu.
Durada: 7 hores.
Objectiu: posar al dia conceptes fonamentals d'estructura i reactivitat orgàniques necessaries per a una bona comprensió de la resta de l'assignatura.

Tema 2. Anàlisi de fàrmacs (1): determinació estructural de compostos orgànics

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

Tècniques modernes de separació i anàlisi. Cromatografia de gasos i HPLC. Electroforesi en gel. Electroforesi capil·lar. Espectroscòpies UV-VIS i de fluorescència. Aplicacions analítiques. Espectrometria de massa de molècules orgàniques: fragmentacions d’interès analític. Acoblament de sistemes cromatogràfics a espectròmetres de massa.
Tipus de lliçó: teòrica.
Professors: Jordi Segura, Josep Antoni Pascual i Ricardo Gutiérrez.
Durada: 6 hores.
Objectiu: introduir les tècniques de separació i d'identificació de compostos orgànics més habituals en química farmacèutica.

Tema 4. Introducció a la Química Farmacèutica. Interaccions fàrmac-receptor.

Química Farmacèutica: definició,objectius, terminologia. Relació amb altres disciplines. Principals tipus de dianes terapèutiques. Tipus d'enllaç i teories sobre la interacció fàrmac-receptor. Aspectes estereoquímics (conformacionals i configuracionals) de la interacció. Identificació de noves dianes terapèutiques per tècniques de genòmica i proteòmica.
Tipus de lliçó: teòrica.
Professors: David Andreu i Ricardo Gutierrez.
Durada: 4 hores.
Objectiu: situar la química farmacèutica en el seu àmbit temàtic; integrar i incorporarr conceptes físico-químics i estereoquímics a l'estudi de les interaccions entre els fàrmacs i els seus repectors.

Tema 5. Recerca i descobriment de prototipus

Etapes i estratègies en el desenvolupament de fàrmacs. Busca a l'atzar de caps de sèrie: garbellat sistemàtic de productes naturals i sintètics. Medicina tradicional. Química combinatòria. Disseny a partir de lligands naturals i altres caps de sèrie (fàrmacs "metoo"). Disseny assistit per ordinador: modelat molecular i mapeig in silico de receptors.
Tipus de lliçó: teòrica.
Professor: David Andreu.
Durada: 4 hores.
Objectiu: anàlisi de les principals estratègies per identificar i desenvolupar caps de sèrie.

Tema 6. Relacions estructura-activitat (1): mètodes qualitatius

Concepte de farmacòfor. Manipulació estructural de caps de sèrie: simplificació, unió de fragments actius, replicació moduladora. Estratègies clàssiques de modulació: homologia, vinilogia, bioisosterisme, manipulació d'anells. Modificació de prototipus peptídics: peptidomimètics.
Tipus de lliçó: teòrica.
Professor: David Andreu.
Durada: 4 hores.
Objectiu: anàlisi de les principals estratègies de manipulació estructural de caps de sèrie (conjuntives, disjuntives, modulatives), incloent la conversió en peptidomimètics de prototipus peptídics.

Tema 7. Relacions estructura-activitat (2): mètodes quantitatius

Efectes específics dels substituents. Descriptors físico-químics d'estructura: paràmetres hidrofòbics, electrònics i estèrics. QSAR-2D: mètodes Hansch-Fujita i altres. QSAR-3D: construcció i visualització d'estructures per mètodes mecanoquàntics o de mecànica molecular. Propietats moleculars: càrrega parcial, potencial electrostàtic. Superposició d'estructures. Identificació del farmacòfor. Mètodes d'ancoratge i mapeig de receptors. Disseny de novo a partir de dades estructurals.
Tipus de lliçó: teòrica.
Durada: 3 hores.
Professor: David Andreu.
Objectiu: introducció a les tècniques quantitatives d'anàlisi estructura-activitat, amb èmfasi en els mètodes QSAR-3D.

Tema 8. Aspectes farmacocinètics del disseny de fàrmacs

Quimio i estereoselectivitat de les reaccions metabòliques. Manipulació estructural amb finalitat farmacocinètica: modulació de solubilitat, permeabilitat, toxicitat i estabilitat metabòlica. Fàrmacs durs i tous. Concepte de profàrmac i estratègies per al seu disseny. Altres aspectes: direccionament, sinergisme, administració i formulació.
Tipus de llicó: teòrica.
Durada: 2 hores.
Professor: David Andreu.
Objectiu: anàlisi de les principals estratègies de modulació farmacocinètica de fàrmacs.

Seminaris

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

Seminari 2. Derivatització en l’Anàlisi de Fàrmacs i Metabòlits per Tècniques Instrumentals
Professor: Josep Antoni Pascual
Tipus de lliçó: teòrica
Durada: 2 hores

Seminari 3. Aspectes Instrumentals de les Tècniques Analítiques Cromatrogràfiques.
Professor: Josep Antoni Pascual
Tipus de lliçó: teòrica
Durada: 2 hores

Seminari 4. Eines Informàtiques per a la Representació Molecular i Estructural
Professor: David Andreu i Ricardo Gutiérrez
Tipus de lliçó: teòrico-pràctica
Durada: 2 hores

Seminari 5. Química Combinatòria
Professor: David Andreu
Tipus de lliçó: teòrica
Durada: 2 hores

Seminari 6. Proteòmica: Aspectes Fonamentals i Anàlisi de Modificacions Post-traduccionals
Professor: David Andreu i Ricardo Gutiérrez
Tipus de lliçó: teòrica
Durada: 2 hores

Seminari 7. Anàlisi i Comentari d'Articles Rellevants en Química Farmacèutica
Professor: David Andreu
Tipus de lliçó: teòrico-pràctica
Durada: 2 hores

Treball dirigit

Els estudiants, organitzats en grups de quatre, treballaran durant la primera part del trimestre (0,6 crèdits no presencials; 6 hores per estudiant) un tema assignat a principi de curs pel professor que il·lustri o complementi aspectes concrets de la química farmacèutica no desenvolupats a les sessions de teoria. Exercint la seva pròpia iniciativa i supervisats pel professor, 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 quinze exposicions (1 hora), els estudiants respondran una breu enquesta sobre els aspectes didàctics i formals de la presentació, que el professor tindrà en compte a l'hora de fer la seva pròpia avaluació.

Pràctiques de laboratori

Tindran lloc en sis sessions, cadascuna de 4 hores de duració. Els alumnes, en grups de dos, realitzaran quatre pràctiques diferents, posant èmfasi en aspectes analítics. Hauran de dur un diari de laboratori, confeccionat in situ, on registrin els resultats i les incidències. Aquest diari, juntament amb la valoració individualitzada de l’actitud i l'actuació de l’alumne, 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 paracetamol en plasma per HPLC.

Pràctica 2. Determinació de paracetamol, àcid acetilsalicílic i cafeïna en un medicament per cromatografia líquida.

Pràctica 3. Identificació de fàrmacs i metabòlits en orina per cromatografia de gasos acoblada a espectrometria de massa.

Pràctica 4. Determinació espectrofotomètrica de tiocianat en saliva com a indicador de consum de tabac.

 

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. 2a. ed. Oxford: Oxford University Press, 2001. ISBN 0198505337.

RUBINSON, K. A.; RUBINSON, J. F. Análisis instrumental. Madrid: Prentice Hall, 2001. ISBN 8420529885.