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.