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

Abans de presentar-se a l’avaluació, l'estudiant haurà d'haver lliurat les respostes als problemes plantejats a classe. Amb caràcter eliminatori, l'estudiant haurà d'aprovar les pràctiques de l'assignatura

La qualificació final dependrà de dos exàmens:

a) una prova composta d’entre 25 i 30 preguntes d’elecció múltiple ( sobre 10 punts).

b) un examen escrit consistent en la resolució de quatre o cinc problemes, en els quals s’utilitzaran dades proporcionades pel professor ( sobre 10 punts).

La nota final de l’assignatura es calcularà sumant les notes dels dos exàmens i dividint el resultat entre dos. Es requerirà una nota mínima de 3 en cadascú per aprovar.

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.

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.

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.

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.

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.

6. Enzims

Els enzims com a catalitzadors. Energia d’activació. Centre actiu. Especificitat. Interacció enzim-substrat. Cofactors: coenzims, grups prostètics, ions metàl·lics. Mecanismes de catàlisi: aplicació a les proteases.

7. Cinètica enzimàtica

Velocitat de reacció. Equacions de Michaelis-Menten. Significat de Km i de Vmax. Constant de recanvi. Mètodes de representació. Cinètica de les reaccions de més d’un substrat. Inhibició enzimàtica. Inhibició competitiva i no competitiva: representació gràfica..

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.

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.

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.

11. Nucleòtids

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

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. Anàlisi per transferència Southern.

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 PRÀCTIQUES

Classes de problemes

Dins dels crèdits pràctics s’impartiran cinc 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.

Pràctiques de laboratori

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. Cinètica enzimàtica

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

4. Purificació de proteïnes: cromatografia de bescanvi iònic, d'afinitat o exclusió molecular

Purificació d’un enzim a partir d’un extracte proteic mitjançant aquesta tècnica i anàlisi de l’activitat específica.

5. 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.

Bibliografia recomanada

Llibre de text

MATHEWS, C. K.; VAN HOLDE, K. E.; AHERN, K. G. Bioquímica. 3a. ed. McGraw-Hill/Interamericana, 2002.

Llibres de consulta

STRYER, L.  Bioquímica. 5a. Ed. Reverté, 2003.

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

McKEE, T.; McKEE, J.R. Bioquímica. 1a. Ed. McGraw-Hill/Interamericana, 2003.

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.