PROGRAMA DE QUIMICA BIOLOGICA I

CARRERA DE BIOQUIMICA

GLUCIDOS

Monosacáridos. Compuestos estructuralmente relacionados con los glúcidos: ácidos aldónicos, urónicos y aldáricos. Acido ascórbico, ácidos neuramínico y siálico. Desoxisacáridos y aminosacáridos. Esteres fosfóricos de azúcares.

Polisacáridos. Métodos para el estudio de su estructura: cromatografía, metilación, oxidación con periodato, digestión enzimática. Propiedades conformacionales de los polisacáridos, estructuras helicoidales. Polisacáridos de reserva: amilosa, amilopectina, glucógeno. Polisacáridos estructurales: celulosa, quitina, mureína, glucosaminoglucanos, proteoglucanos. Oligosacáridos integrantes de las glucoproteínas.

AMINOACIDOS, PEPTIDOS Y PROTEINAS

Aminoácidos constituyentes de las proteínas. Otros aminoácidos importantes en el metabolismo de los mamíferos. Su comportamiento como electrolitos. Métodos de separación y análisis. La unión peptídica: características químicas, físicas y geométricas. Síntesis química de péptidos. Los péptidos como polianfolitos.

Estructura primaria o covalente de proteínas. Modificación postranscripcional. Purificación de proteínas. Determinación de la secuencia de aminoácidos.

Estructura secundaria: ordenamientos regulares de la cadena polipeptídica. Modelos moleculares y postulados de Pauling. Estructuras hélice alfa, 3.10 y pi; hojas beta paralela y antiparalela. Estabilización. Representación de Ramachandran. Proteínas fibrosas. Estructura y propiedades de fibroína, beta queratina, alfa queratina, colágeno

Estructura terciaria. Proteínas globulares. Dominio. Motivos estructurales: haces de hélices, láminas beta, motivo beta-alfa-beta. Otros elementos de estructura terciaria: regiones de organización irregular, giros beta y grupos prostéticos. Consideraciones termodinámicas del plegamiento. Fuerzas que estabilizan la estructura nativa: interacciones de van der Waals, electrostática, puente de hidrógeno, hidrofóbica. Función de los puentes disulfuro. Cinética del plegamiento. Dinámica molecular. Mecánica molecular, predicción de estructura secundaria y terciaria.

Estructura cuaternaria. Proteínas oligoméricas. Tipos de interacciones. Proteínas conjugadas. Grupos prostéticos. Glucoproteínas. Naturaleza del enlace glúcido-proteína. Metaloproteínas. Proteínas transportadoras de oxígeno. Mioglobina. Hemoglobina. Bases moleculares de la cooperatividad en la unión del oxígeno, el efecto Bohr y el efecto del difosfoglicerato.

ACIDOS NUCLEICOS

Estructura química de los ácidos ribonucleicos y desoxirribonucleicos. Estabilidad de la unión fosfodiester. Estructura secundaria: modelo de Watson-Crick. Complementariedad y apareamiento de bases. Formas alternativas de estructura secundaria: B-DNA, A-DNA y Z-DNA. Estructura terciaria: superenrrollamiento, DNA-circular y estructura tridimensional del t-RNA. Estabilidad de las estructuras secundaria y terciaria: desnaturalización, temperatura de fusión. Interacción entre ácidos nucleicos y proteínas.

LIPIDOS

Estructura química de los lípidos complejos. Acidos grasos: características estructurales. Relación entre la temperatura de fusión y la longitud de la cadena, el número de dobles enlaces y la presencia de ciclos. Acidos grasos esenciales. Lípidos de reserva y compuestos relacionados: triacilglicéridos, éteres alquílicos de diacilglicéridos, glucosildiacilglicéridos, diacil y monoacilglicéridos. Sus propiedades físicas. Ceras. Fosfoglicéridos, plasmalógenos y fosfatidil-ázucares. Esfingolípidos: esfingomielinas y glucoesfingolípidos.

Lípidos simples. Terpenos. Esteroides. Prostanoides.

ENZIMAS

Mecanismos generales de la catálisis. Catálisis biológica. Enzimas, diversidad de la función. Nomenclatura.

Efecto de la catálisis sobre la velocidad de la reacción; estado de transición. Medición de la velocidad de la reacción. Métodos especiales: flujo detenido, salto de temperatura. Interacción enzima-sustrato, modelos. Cinética de la catálisis enzimática: análisis de Michaelis-Menten (estado de equilibrio), análisis de Briggs-Haldane (estado estacionario), Km y kcat, número de recambio. Transformaciones lineales de la ecuación de Michaelis Menten: Lineweaver-Burk, Eadie-Hofstee. Reacciones con más de un sustrato: mecanismo al azar, ordenado y ping-pong; ecuaciones. Coenzimas y metales esenciales. Enzimas alostéricas: homo y heteroalosterismo. Diseño y obtención de proteínas con actividad catalítica.

Regulación de la actividad enzimática por modificación covalente y por control de la síntesis y degradación. Activadores. Inhibidores reversibles e irreversibles. Inhibición competitiva, no competitiva y acompetitiva. Biocatálisis no proteica: ribozimas.

COENZIMAS Y VITAMINAS

Provitaminas y antivitaminas. Vitaminas liposolubles e hidrosolubles. Vitaminas como componentes de enzimas y coenzimas. Sinonimia y estructura química. Fuentes naturales y necesidades. Absorción, transporte y metabolismo. Bases moleculares del modo de acción y papel funcional. Vitaminas A, D, E, K, C, complejo B: tiamina, riboflavina, niacina, nicotinamida, ácido pantoténico, B6 (piridoxina-piridoxal-piridoxamina), biotina, B12 (cobalamina) y ácido fólico. Otros factores nutritivos esenciales: colina, inositol, ácido lipoico y p-aminobenzoico.

BIOENERGETICA

Criterios de espontaneidad. Relación entre las variables de estado en sistemas cerrados. Energía de Gibbs y concentración: potencial químico. Variación de energía de Gibbs estándar (s G y s G'). Relación entre la constante de equilibrio y s G. Reacciones exergónicas y endergónicas. Estimación de s G' en reacciones bioquímicas. Ciclo del ATP. Energía de Gibbs estándar de hidrólisis de compuestos fosforilados: potencial de transferencia del grupo fosfato. Energía de Gibbs asociada con la hidrólisis de ATP: base estructural, condiciones que la afectan. Aditividad de la energía de Gibbs estándar. Reacciones acopladas. Transferencia de grupos fosfato al ADP. Transferencia de grupos fosfato desde el ATP a diversos aceptores. Fosfágenos: fosfocreatina, fosfoarginina y polimetafosfato.

DEGRADACION DE GLUCIDOS

Glucolisis: anaeróbica y aeróbica. Localización celular de las enzimas que intervienen. Fases de la glucolisis. Etapas enzimáticas de la primera fase. Propiedades cinéticas de la hexoquinasa y glucoquinasa. Etapas de la segunda fase de la glucolisis. Oxidación del gliceraldehido-3-fosfato, hemirreacciones endergónica y exergónica, mecanismo. Deshidratación del 2-fosfo-glicerato, oxido-reducción intramolecular, formas tautoméricas del fosfoenolpiruvato. Estequiometría y balance energético. Alternativas para la reoxidación del nucleótido de nicotinamida citosólico: lanzaderas del malato-aspartato y del glicerol-3-fosfato. Procesos fermentativos de aplicación industrial: obtención de etanol, butanol, acetona, glicerina. Incorporación de otros monosacáridos. Glucogenolisis.

Oxidación del piruvato a acetil-CoA. Complejo de la piruvato deshidrogenasa: estructura, reacciones catalizadas por la piruvato deshidrogenasa, la dihidrolipoil-transacetilasa, la dihidrolipoil deshidrogenasa, la piruvato deshidrogenasa quinasa y la piruvato deshidrogenasa fosfatasa.

Ciclo del ácido cítrico. Modo de operación: oxidación total del acetato a CO2. Localización de las enzimas. Reacciones del ciclo. Ruta seguida por los carbonos ingresados al ciclo, proquiralidad del ácido cítrico y reconocimiento asimétrico de la aconitasa. Estequiometría y rendimiento energético del ciclo. Naturaleza anfibólica del ciclo. Reposición de intermediarios: reacciones anapleróticas y ciclo del glioxilato.

Ruta de las pentosas-fosfato. Reacciones, funciones, balance de la oxidación completa de glucosa-6-fosfato.

Gluconeogénesis. Reacciones enzimáticas de la gluconeogénesis y su relación con la glucolisis. Estequiometría y balance energético. Precursores gluconeogénicos.

OXIDACIONES BIOLOGICAS

Energía de Gibbs asociada al potencial redox. Moléculas que intervienen en reacciones bioquímicas redox: nucleótidos de piridina, deshidrogenasas dependientes de nucleótidos de piridina, flavoproteínas, citocromos, ferrosulfoproteínas y ubiquinona. Potencial redox normal de estos compuestos.

La cadena respiratoria mitocondrial. Componentes. Distribución topográfica de estos componentes en la membrana interna mitocondrial y sus consecuencias. Transporte de electrones. Inhibidores de la respiración: sitios de acción.

La fosforilación oxidativa. Conservación de la energía proveniente de la oxidación del sustrato: rendimiento energético. Acoplamiento entre la oxidación y la fosforilación. Relación P/O. Sitios de conservación de la energía: su localización en la cadena respiratoria. Unidades fosforilantes: F0F1-ATPasa. Efectos de inhibidores y desacoplantes sobre la fosforilación oxidativa. Teoría quimiosmótica sobre el mecanismo de la fosforilación oxidativa. La cadena respiratoria como traslocador de protones. Transformación y conservación de la energía de la respiración en un gradiente electrosmótico. La ATP-sintetasa. Mecanismos de acción de inhibidores y desacoplantes de acuerdo con la teoría quimiosmótica. Control respiratorio.

FOTOSINTESIS

El aparato fotosintético de los vegetales superiores. Cloroplastos. Pigmentos fotosintéticos. Clorofilas, carotenoides y ficobilinas. Función de los pigmentos fotosintéticos. Pigmentos antena: su importancia en la captación de la energía lumínica. Centros de reacción. Fotosistemas. Las reacciones de la etapa luminosa. Utilización de la energía solar. Cadenas transportadoras de electrones. Mecanismos de formación de ATP y NADPH. Fotofosforilación cíclica y no cíclica. Las reacciones de la etapa oscura. Fijación y reducción del dióxido de carbono: ciclo de Calvin y Benson. Ciclos complementarios de fijación de dióxido de carbono: ciclo de Hatch y Slack y metabolismo ácido de las crasuláceas.

MEMBRANAS BIOLOGICAS

Características comunes de las membranas biológicas. Evolución, importancia y diversidad.

La membrana bilipídica sintética como modelo: los lípidos e importancia del agua en su ordenamiento. Características geométricas de los lípidos que condicionan las distintas formas de organización. Formación de micelas, liposomas y bicapas lipídicas. Importancia de la composición lipídica en las propiedades de la membrana. La membrana como cristal líquido. Distribución asimétrica de los lípidos de membrana.

La membrana bilipídica sintética y la reinserción de proteínas como modelo funcional. Técnicas usadas para el estudio de la estructura y composición de las membranas biológicas. Las proteínas integrales y periféricas. Asimetría de la membrana biológica. Composición típica de la membrana biológica.

Una célula modelo: el glóbulo rojo humano. Análisis de las membranas por electroforesis. Las proteínas integrales mayoritarias: glicoforina y banda 3. La espectrina, la ancorina, la banda 4.1 y la actina. Propiedades físicas de la membrana debidas a la presencia de las proteínas.

Regiones especializadas de la membrana biológica. Tipos de uniones celulares. El movimiento relativo de los fosfolípidos y las proteínas.

TRABAJOS PRACTICOS:

  1. Separación de una mezcla de citocromo c, dinitrofenil-glicina y azul dextrán por cromato-grafía de intercambio iónico y de exclusión molecular.
  2. Determinación de la concentración de una solución de ovoalbúmina por medida de la absor-bancia en 280 nm y por aplicación de la reacción de Biuret.
  3. Determinación del número de grupos sulfhidrilo libres en la proteína nativa y desnatura-lizada.
  4. Determinación del peso molecular de proteínas por electroforesis en geles de poliacrilamida.
  5. Identificación cromatográfica de monosacáridos, disacáridos y ésteres fosfóricos de carbohi-dratos. Determinación de azúcares reductores por el método de Somogyi-Nelson.
  6. Determinación colorimétrica de cetosas por el método de Roe y de ésteres fosfóricos por el método de Fiske-Subbarow.

7) Determinación de la velocidad inicial de una reacción enzimática.

  1. Determinación de los valores de velocidad máxima (Vmax) y constante de Michaelis (Km) de la fosfatasa alcalina.
  2. Efecto de la modificación química de los residuos de histidina presentes en la molécula de lactatodeshidrogenasa sobre su actividad biológica.

SEMINARIOS:

  1. Técnicas cromatográficas: cromatografía de partición, de exclusión molecular y de intercambio iónico. Problemas y discusión.
  2. Niveles de organización estructural y función de proteínas. Técnicas aplicadas a la purificación de proteínas. Problemas.
  3. Electroforesis en geles de poliacrilamida. aplicación a la determinación de pesos moleculares de proteínas. Problemas.
  4. Determinación de la estructura de monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Discusión y problemas.
  5. Cinética enzimática. Consideraciones generales. Significado de Vmax y Km y su cálculo experimental. Problemas.
  6. Modificación química de proteí nas. Discusión de un trabajo bibliográfico.

 

BIBLIOGRAFIA EMPLEADA:

"Principios de bioquímica" . A. L. Lehninger, D. L. Nelson, M. M. Cox.. Ed. Omega S. A. Barcelona (1993).

"Bioquímica". C. K. Mathews y K. E. Van Holde. Mc Graw- Hill/ Interamericana. Buenos Aires. (1998).

"Bioquímica". L. Stryer. Editorial Reverté S. A. Buenos Aires. (1995).

"Biochemistry". D. Voet and J. Voet. John Wiley and Sons, Inc. New York (1995).

"Molecular Cell Biology". H. Lodish, D. Baltimore, A. Berk, S. Lawrence Zipursky, P. Matsudaira, J. Darnell. W. H. Freeman and Co. New York (1995).

"Molecular Biology of the Cell". B. Albers, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J. Watson. Garland Publishing Inc. New York. (1994).

Vigente a partir del primer período lectivo 2000

Aprobación por Resolución del (CD) N 709/00