Bioquímica

2017-2018
Código: 803976
Módulo: 1
Materia: Bioquímica
Tipo de asignatura: Básica
Curso: Primero
Semestre: consultar calendario
Departamento: Bioquímica y Biología Molecular III
Créditos: 6 ECTS

PROFESORADO

Ruiz Albusac, Juan Miguel

BREVE DESCRIPTOR
Esta asignatura pretende proporcionar al estudiante, en primer lugar, una información muy precisa de la composición, estructura, función y propiedades de las diversas moléculas inorgánicas y orgánicas componentes de los seres vivos y, especialmente, del ser humano.

Tras estudiar la estructura molecular del agua y sus funciones como disolvente y como soporte de las reacciones bioquímicas, se dedicará una sección al estudio de la enzimología; es decir, el papel de las proteínas como catalizadores de las reacciones bioquímicas y la función coenzimática de las vitaminas.

Se dedicará un bloque al estudio de los fundamentos energéticos del metabolismo, al papel del ATP/ADP en los procesos de transferencia de energía y a las reacciones de oxidorreducción, haciendo mención de los tipos de reacciones del metabolismo.

Una parte importante de esta asignatura estará dedicada a proporcionar al estudiante un conocimiento profundo y detallado del metabolismo de los diferentes sillares moleculares y sus derivados: monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos y nucleótidos. En relación con la degradación de estos componentes celulares, estudiaremos las diferentes reacciones productoras de energía química que culminan con la cadena de transporte electrónico y la fosforilación oxidativa. Así, estudiaremos la glicolisis, la ruta de las pentosas, los distintos mecanismos de oxidación de ácidos grasos, las reacciones generales de desaminación y descarboxilación de aminoácidos, además de la degradación de sus esqueletos carbonados hasta metabolitos intermediarios y la degradación de las bases púricas y pirimidínicas.

Estudiaremos el ciclo de la urea y el papel anfibólico del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, para introducirnos en los procesos de síntesis de estos sillares moleculares: gluconeogénesis y síntesis de derivados de monosacáridos; síntesis de ácidos grasos saturados e insaturados y metabolismos de los eicosanoides; síntesis de los aminoácidos no esenciales y de algunos de sus derivados con importantes funciones biológicas; la síntesis de nucleótidos y de desoxirribonucleótidos y, finalmente, el metabolismo del grupo hemo.

COMPETENCIAS
Son las correspondientes al Módulo y Materia al que pertenece esta asignatura
Competencias Generales

  • C.G.1.1.
  • C.G.1.2.
  • C.G.1.3.
  • C.G.1.4.
  • C.G.2.1
  • C.G.2.2
  • C.G.2.3
  • C.G.4.1.
  • C.G.8.1.

Competencias Específicas

  • CE.M1.1
  • CE.M1.2
  • CE.M1.5
  • CE.M1.7
  • CE.M4.03
  • CE.M4.06
  • CE.M4.08
  • CE.M4.11
  • CE.M4.22

OBJETIVOS
Generales
El estudiante ha de ser capaz de conocer los compuestos químicos de los que están constituidos los seres vivos, incluyendo una comprensión integrada de los mismos desde los niveles molecular y celular hasta los niveles tisular y orgánico.

Específicos
El estudiante ha de ser capaz de:

  • Reconocer los diversos tipos de enlace químico, ajustar reacciones químicas generales y reacciones redox.
  • Describir los modos de interacción entre diferentes sustancias y el agua.
  • Calcular las concentraciones de las sustancias en disolución y su efecto sobre el pH.
  • Describir la estructura, propiedades y función de los hidratos de carbono y de los lípidos.
  • Describir la estructura y propiedades de los aminoácidos proteicos y no proteicos, así como los distintos niveles estructurales de las proteínas.
  • Describir la estructura y propiedades de los nucleótidos.
  • Describir los distintos tipos de enzimas y su comportamiento cinético en ausencia y presencia de diferentes tipos de inhibidores.
  • Describir los diferentes tipos de regulación enzimática.
  • Describir la estructura de las vitaminas hidrosolubles y liposolubles, así como los mecanismos de acción de las reacciones en las que intervienen, todo ello relacionado con su importancia en la salud humana.
  • Describir el papel de ciertos minerales como cofactores necesarios para la actividad de determinadas enzimas y su participación en la funcionalidad de otras proteínas.
  • Describir los aspectos energéticos de las reacciones químicas.
  • Describir las reacciones implicadas en la degradación y en la síntesis de los sillares moleculares que componen los principios inmediatos.
  • Describir las reacciones del metabolismo de los principales derivados de monosacáridos, ácidos grasos y aminoácidos.
  • Describir los procesos de regulación de las diferentes rutas metabólicas

TEMARIO

Clases teóricas: los contenidos del programa se desarrollarán en las denominadas clases magistrales en las que el profesor irá desarrollando los temas propuestos. En cualquier caso, el profesor iniciará cada sesión haciendo las preguntas apropiadas para estimular a los alumnos al seguimiento diario de la asignatura y así obtener información de su progreso.

I. Introducción

Tema 1. Composición de la materia viva: tipos de compuestos orgánicos e inorgánicos. El enlace químico: Enlace covalente, enlace iónico. Grupos funcionales en biología.
Tema 2. Estructura molecular del agua y sus interacciones con otras moléculas: El agua como disolvente.
Tema 3. El agua como soporte de las reacciones bioquímicas. Concepto de pH. Tampones fisiológicos.

II. Estructura de Aminoácidos y de Proteínas

Tema 4. Proteínas: Clasificación y funciones. Niveles estructurales de las proteínas. Estructura primaria: Enlace peptídico. Punto isoeléctrico de las proteínas.
Tema 5. Estructura secundaria de las proteínas: Hélice alfa, lámina beta, giros, bucles. Estructuras supersecundarias: superhélices. Proteínas fibrosas (escleroproteínas).
Tema 6. Proteínas globulares. Estructura terciaria (motivos estructurales, dominios) y cuaternaria de las proteínas. Proteínas oligoméricas. Desnaturalización y renaturalización de proteínas. Plegamiento de las proteínas: Proteínas implicadas.

III. Enzimología

Tema 7. Enzimas: concepto. Centro activo: Sitio catalítico y sitio de unión al sustrato. Catálisis enzimática: Aspectos energéticos. Nomenclatura y clasificación de las enzimas
Tema 8. Estudio de la cinética enzimática monosustrato: Modelo de Michaelis-Menten. Cuantificación de la actividad enzimática. Linearización de Lineweaver- Burk: Cálculo de Km y Vmax. Efecto del pH y de la temperatura sobre la actividad enzimática.
Tema 9. Inhibición enzimática. Concepto y tipos: modificación de los parámetros cinéticos.
Tema 10. Regulación de la actividad enzimática: Importancia y significación biológica. Mecanismos de regulación: Alosterismo. Cinética.
Tema 11. Otros mecanismos de regulación de la actividad enzimática: Modificación covalente, activación por proteólisis. Concepto de isoenzimas.
Tema 12. Vitaminas hidrosolubles I. Riboflavina y niacina: Estructura y función como coenzimas.
Tema 13. Vitaminas hidrosolubles II. Tiamina, ácido lipoico, ácido pantoténico, piridoxina y biotina: Estructura y función como coenzimas.
Tema 14. Vitaminas hidrosolubles III. Ácido fólico, tetrahidrobiopterina, cobalamina, y ácido ascórbico: Estructura y función como coenzimas.

IV. Fundamentos Energéticos del Metabolismo

Tema 15. Análisis termodinámico de las transformaciones bioquímicas y sus modos de acoplamiento.
Tema 16. Papel del sistema ATP/ADP en los procesos de transferencia e interconversión de las distintas formas de energía.
Tema 17. Oxidaciones biológicas. Concepto. Potenciales normales de reducción. Aplicación al acoplamiento de transformaciones redox. Organización general del metabolismo y su localización celular. Tipos de reacciones del metabolismo.

V. Estructura y Metabolismo de Monosacáridos

Tema 18. Glucólisis: Vía metabólica, balance material y energético.
Tema 19. Destinos metabólicos del piruvato: Fermentaciones homoláctica y etanólica (metabolismo del etanol exógeno). Respiración. Piruvato deshidrogenasa: Regulación.
Tema 20. Ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Regulación. Reacciones anapleróticas del Ciclo de Krebs.
Tema 21. Cadena de transporte electrónico: Organización estructural y funcional.
Tema 22. Fosforilación oxidativa: Enzima responsable. Mecanismo quimiosmótico de su acoplamiento a la cadena respiratoria. Otros modos de acoplamiento. Agentes inhibidores y desacoplantes de la respiración. Control de la respiración por el cociente ATP/ADP. Transporte de iones y metabolitos a través de la membrana interna mitocondrial.
Tema 23. Lanzaderas del NADH citoplasmático. Balance energético de la respiración. Efecto Pasteur.
Tema 24. Gluconeogénesis: Ruta biosintética a partir de piruvato. Regulación de la glucólisis y la gluconeogénesis. Distribución de los transportadores de glucosa, isoformas de hexoquinasas.
Tema 25. Incorporación al metabolismo celular de otras hexosas diferentes de la glucosa: Fructosa, galactosa y manosa. Vía de las pentosas fosfato. Implicaciones funcionales.
Tema 26. Biosíntesis de ácidos urónicos, aminoazúcares y ácido siálico. Síntesis de los alditoles. Metabolismo del sorbitol en condiciones normales y de hiperglucemia. Síntesis del inositol.

VI. Estructura y Metabolismo de Ácidos Grasos

Tema 27. Beta-Oxidación de ácidos grasos saturados: Balance energético. Regulación.
Tema 28. Degradación de los ácidos grasos de cadena impar, de los insaturados y de los ramificados. Alfa- y omega oxidación de ácidos grasos. Síntesis de cuerpos cetónicos.
Tema 29. Fuentes de carbono e hidrógeno para la síntesis de ácidos grasos. Formación de malonil-CoA.
Tema 30. Síntesis de palmitoil-CoA.
Tema 31. Sistemas de elongación de ácidos grasos saturados. Formación de ácidos grasos monoenóicos y polienóicos. Regulación integrada del metabolismo de ácidos grasos: Regulación hormonal.
Tema 32. Metabolismo de los eicosanoides.
Tema 23. Vitaminas liposolubles I: Estructura y función de las vitaminas A y D.
Tema 34. Vitaminas liposolubles II: estructura y función de las vitaminas E y K.

VII. Metabolismo de los Compuestos Nitrogenados

Tema 35. Reacciones generales del metabolismo de aminoácidos: Transaminación, desaminación y descarboxilación.
Tema 36. Destoxificación y excreción de amonio. Ciclo de la urea. Regulación.
Tema 37. Destino del esqueleto carbonado de los aminoácidos: Importancia biológica. Aminoácidos que degradan a alfa-cetoglutarato.
Tema 38. Aminoácidos que degradan a oxalacetato. Aminoácidos que degradan a piruvato.
Tema 39. Aminoácidos que degradan a succinil-CoA.
Tema 40. Degradación de los aminoácidos ramificados.
Tema 41. Degradación de los aminoácidos aromáticos.
Tema 42. Degradación de la lisina.
Tema 43. Fijación de nitrógeno. Familias biosintéticas de aminoácidos. Biosíntesis de aminoácidos no esenciales I: Glutamato y glutamina.
Tema 44. Biosíntesis de aminoácidos no esenciales II: Prolina, arginina, aspartato, asparagina y alanina.
Tema 45. Biosíntesis de aminoácidos no esenciales III: Serina, glicina, cisteína y tirosina. Biosíntesis de la histidina. Regulación del metabolismo de aminoácidos.
Tema 46. Función precursora de los aminoácidos. Síntesis de aminas biológicamente activas. Síntesis de hormonas tiroideas.
Tema 47. Biosíntesis de nucleótidos y de desoxirribonucleótidos. Regulación.
Tema 48. Degradación de nucleótidos y de desoxirribonucleótidos.
Tema 49. Biosíntesis del grupo hemo.
Tema 50. Degradación del grupo hemo.


OTRAS ACTIVIDADES DOCENTES PRESENCIALES
Seminarios
Los contenidos del programa serán complementados con diversas sesiones de seminarios dirigidos en los que el profesor expondrá y resolverá diversos tipos de problemas y propondrá otros semejantes que deberán ser resueltos por los estudiantes y también se expondrán algunos temas necesarios para la mejor compresión del programa de clases teóricas. El seguimiento de la actividad de los alumnos en los seminarios se realizará de forma personal, de modo que se pueda realizar una evaluación continuada de los mismos.

Seminario 1. Resolución de problemas de pH.
Seminario 2. Estructura de los alfa-aminoácidos. Propiedades físicas y químicas de los aminoácidos: Estudio de su disociación iónica.
Seminario 3. Aminoácidos no proteicos. Aminoácidos modificados. D-aminoácidos. Derivados de aminoácidos.
Seminario 4. Cofactores enzimáticos: minerales. Nucleósidos y Nucleótidos como componentes de los cofactores enzimáticos.
Seminario 5. Resolución de problemas de bioenergética.
Seminario 6. Glúcidos: concepto y clasificación. Monosacáridos: estructura, clasificación y propiedades. Formas cíclicas, estabilidad.
Seminario 7. Derivados de monosacáridos: Estructura y función.
Seminario 8. Lípidos I: Concepto. Ácidos grasos: Tipos. Propiedades físicas y químicas. Derivados de ácidos grasos: Eicosanoides.
Seminario 9. Lípidos II: Clasificación y propiedades.
Seminario 10. Resolución de problemas relacionados con el metabolismo.


Prácticas de Laboratorio
Se realizarán 2 prácticas de laboratorio (a desarrollar en unas 6 horas aproximadamente), bajo la tutela de uno o más profesores y en presencia, en su caso, de un colaborador honorífico, relacionadas con diversos aspectos del programa, y que les permita manejar el material y equipamiento básicos del laboratorio, con el fin de que comprendan el carácter esencialmente experimental de las asignaturas del área de Bioquímica y Biología Molecular.

Práctica 1a. Introducción al manejo del material y aparatos de laboratorio. Espectro de absorción del colorante verde malaquita.
Práctica 1b. Análisis cuantitativo de las proteínas séricas por la reacción del Biuret y determinación de la fosfatasa alcalina.
Práctica 2. Determinación de las actividades fosfatasa alcalina y gamma glutamil transferasa en suero.



EVALUACIÓN

Los criterios e instrumentos de evaluación, así como la repercusión que tendrán en las calificaciones finales, se harán públicos durante el periodo docente.

Las diversas competencias se evaluarán, según la técnica docente empleada, aplicando los instrumentos más apropiados en cada caso, así:

Lecciones magistrales y seminarios, mediante la realización de:

  • Exámenes escritos tipo ensayo.
  • Exámenes escritos de preguntas cortas.
  • Exámenes escritos de problemas.
  • Exámenes escritos tipo test.
  • Exámenes de desarrollo de supuestos prácticos.

Prácticas de laboratorio, se hará preferentemente de forma inmediata, al final de cada práctica, valorando la actitud y aptitud del estudiante ante el desarrollo experimental en el Aula de Laboratorio. También se podrán evaluar mediante:

  • Exámenes prácticos. Los alumnos, individualmente, tendrán que realizar en el laboratorio las valoraciones que se propongan en un protocolo determinado, para lo cual dispondrán de todos los reactivos, pipetas y aparatos necesarios para llevarla correctamente a cabo. En ellos se valorará tanto los resultados experimentales obtenidos como su adecuada presentación.

Evaluación continua. La calificación final será un promedio ponderado de la calificación de todas las actividades formativas presenciales y no presenciales.

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

  • Baynes, J. W.; Dominiczak, M.H., Bioquímica Médica, 4ª ed., Elsevier-Saunders, 2014.
  • Biesalski, H.K.; Grimm, P., Nutrición. Texto y Atlas, Editorial Médica Panamericana, 2007.
  • Campbell, P.; Smith A.D.; Peters, T.J., Bioquímica Ilustrada (Bioquímica y Biología Molecular en la era posgenómica), Elsevier-Masson, 2006.
  • Champe, P.C.; Harvey, R.A.; Ferrier D.R., Bioquímica, McGraw-Hill, 2006.
  • Devlin, T.H., Bioquímica. Libro de texto con aplicaciones clínicas, Editorial Reverté, 2004.
  • Díaz Zagoya, J.C.; Juárez Oropeza, M.A., Bioquímica. Un enfoque básico aplicado a las ciencias de la vida, McGraw-Hill, 2007.
  • Feduchi, E.; Romero C.S.; Yáñez E.; Blasco I.; García-Hoz C. Bioquímica. Conceptos esenciales, Editorial Médica Panamericana, 2014.
  • Gil, A.; Sánchez de Molina, F., Tratado de Nutrición. Tomo I: Bases fisiológicas y bioquímicas de la nutrición, Editorial Médica Panamericana, 2010.
  • Herrera E.; Ramos M.P.; Viana M.; Rocca P. y otros: “Bioquímica Básica”, Elsevier España, 2014.
  • Karp, G., Biología Celular y Molecular, conceptos y experimentos, McGraw-Hill, 2006.
  • Koolman, J.; Röhm, K.H., Bioquímica. Texto y Atlas, Editorial Médica Panamericana, 2005.
  • Lodish, H.; Berk, A.; Matsudaira, P.; Kaiser, C.K.; Krieger, M.; Scott, M.P.; Zipursky, S.L.; Darnell, J., “Biología Celular y Molecular”, 5ª ed., Editorial Médica Panamericana, Buenos Aires, 2005.
  • Lozano, J.A.; Galindo J.D.; García-Borrón J.C.; Martínez-Liarte, J.H.; Peñafiel, R.; Solano, F., Bioquímica y Biolgía Molecular para Ciencias de la Salud, McGraw-Hill Interamericana, 2005.
  • Mathews, K.; Van Holde, K.E.; Ahern, K.G., Bioquímica. 4ª ed., Interamericana, McGraw-Hill, 2014.
  • McKee, T.; McKee, J.R, McKee A., Bioquímica. La base molecular de la vida, 5ª ed., McGraw-Hill, 2014.
  • Melo Ruiz, V.; Cuamatzi, Tapia, O., Bioquímica de los procesos metabólicos, Editorial Reverté, 2004.
  • Müller-Esterl, W., Bioquímica. Fundamentos para Medicina y Ciencias de la Vida, Editorial Reverté, 2008.
  • Murray, R.K.; Granner, D.K.; Mayes, P.A.; Rodwell, V.W., “Bioquímica ilustrada de Harper", McGraw-Hill, 29ª ed., 2013.
  • Nelson, D.L.; Cox, M.M., Lehninger: Principios de Bioquímica, 6ª ed., Ediciones Omega, 2014.
  • Smith, C.; Marks, A.D.; Lieberman, M., Bioquímica Básica de Marks: un enfoque clínico, McGraw-Hill Interamericana, 2006.
  • Stryer, L., Bioquímica, 7ª ed., Editorial Reverté, 2013.
  • Tymoczko, J.L.; Berg, J.M.; Stryer, L., “Bioquímica. Curso básico”, Editorial Reverté, Barcelona 2014.
  • Voet, D.; Voet, J.G., Bioquímica, 3ª ed., Editorial Médica Panamericana, 2006.
  • Voet, D.; Voet, J.G.; Pratt, C.W., Fundamentos de Bioquímica. La vida a nivel molecular, 4ª ed., Editorial Médica Panamericana, 2016.