Química Biológica Superior

La enseñanza de la Química Biológica tiene como objetivo primordial proporcionar a los alumnos conocimientos actuales de la bioquímica de los seres vivos con el fin de relacionar los eventos moleculares que ocurren a nivel celular con los procesos fisiológicos que tienen lugar en el organismo.

En el curso de Química Biológica Superior se desarrollan aspectos avanzados de la relación estructura-función de las biomoléculas y sus interacciones, proveyendo el sustento químico de las reacciones y las bases de la regulación y el control de las redes metabólicas. Se incluyen paradigmas del metabolismo intermedio, del transporte de solutos, de la acción de hormonas, del direccionamiento de proteínas a compartimientos intracelulares y de la transducción de señales, entre otros. También se hace un especial énfasis en aspectos metodológicos actuales en investigación bioquímica.

Las clases son presenciales y se dictan en las aulas y salones de trabajos prácticos del Departamento de Química Biológica de la Facultad de Farmacia y Bioquímica, ubicado en el 6º piso de la Facultad de Medicina, Paraguay 2155, ascensores del lado izquierdo.

Unidad I – Química biológica y biofísica molecular de proteínas. 

Plegado de proteínas in vitro e in vivo. Introducción a las técnicas químicas y biofísicas para su estudio. Chaperonas moleculares. Modificaciones post-traduccionales. Señales de direccionamiento de proteínas a compartimientos intracelulares: secuencias señal que median el transporte de proteínas al núcleo, al retículo endoplásmico y a mitocondrias. Transporte vesicular: vías endocítica y secretoria. Proteínas adaptadoras, cubiertas proteicas. Proteínas involucradas en el proceso de fusión de vesículas. Estrategias experimentales utilizadas para estudiar del transporte vesicular. Proteómica, metabolómica y lipidómica como herramientas de estudio del metabolismo.

Unidad II – Mecanismos de señalización intra y extracelular 

Mecanismos de regulación enzimática. La fosforilasa del glucógeno como modelo. Segundos mensajeros derivados de fosfatidilinositoles. Calcio. Toxinas, oncogenes, promotores de tumores. Vías de señalización dependientes de nucleótidos cíclicos. Compartimentalización de la señalización. Hormonas esteroides. Vías de señalización de receptores asociados a tirosina quinasas: el receptor de hormona de crecimiento, eritropoyetina e interferón. Vías de señalización dependientes del receptor de insulina. Receptores con actividad guanilato ciclasa. Silenciamiento de vías de señalización: inhibidores farmacológicos, RNA de interferencia, dominantes negativas. Rol del sistema endosomal en la transducción de señales.

Unidad III – Adaptación de las vías metabólicas y coordinación del metabolismo energético en respuesta a cambios ambientales. 

Sensores de carga energética: potencial de fosforilación, estado de óxido-reducción. Regulación in vitro e in vivo de las enzimas de la glucólisis y el ciclo de Krebs. Aspectos mecanísticos de las reacciones enzimáticas involucradas. Evolución y diseño funcional del ciclo de Krebs. Mecanismos de regulación en estados metabólicos y tisulares específicos: hipoxia y tumores. Complejos supramoleculares, sistemas multienzimáticos. Aspectos genéticos, celulares e históricos (manometría de Warburg). Métodos no invasivos para la evaluación de metabolitos in vivo. Usos de resonancia magnética nuclear (NMR) y tomografía de emisión de positrones (PET). Regulación de las vías de síntesis y degradación de hidratos de carbono. Interrelación de las vías de gluconeogénesis, vía de las pentosas fosfato y la síntesis de ácidos grasos. Sensores de glucemia. Regulación neuroendócrina del metabolismo energético.

Unidad IV – Análisis del control metabólico (MCA).

Teoría de sistemas. Conceptos de regulación y control de vías metabólicas. Coeficientes de control y elasticidad: definición y significado. Interpretación de ecuaciones de velocidad. Flujos en el estado estacionario. Teoremas de aditividad y conectividad y sus predicciones. Retroalimentación. Patrones de bucles en vías ramificadas. Aproximaciones experimentales. Contexto molecular, bioquímico y fisiológico. Optimización evolutiva de vías metabólicas. Aplicaciones del análisis del control metabólico en la biotecnología, farmacología y terapéutica. Reinterpretación de distintos estados metabólicos y patológicos.

Unidad V – Coordinación del metabolismo lipídico.

Síntesis de fosfolípidos y triacilglicéridos. Los lipid droplets como sitio de almacenamiento y plataforma de señalización. Estructura y función de lipasas: modelo de activación interfasial. Movilización de ácidos grasos y captación celular. Regulación coordinada de la síntesis de lípidos por SRBP. Regulación de síntesis de colesterol y lipoproteínas. Estructura y función de las apolipoproteínas. Direccionamiento de las lipoproteínas: interacción apolipoproteínareceptor y apolipoproteína-enzima, vías de degradación y recambio. Transporte reverso de colesterol, canales y transportadores involucrados. Regulación de la homeostasis intra y extracelular del colesterol. Diseño de inhibidores farmacológicos, modelos de animales transgénicos.

Unidad VI – Aspectos biofísicos de las membranas celulares y sus efectos sobre la funcionalidad celular. 

Composición diferencial de membranas subcelulares y organelas. Propiedades intrínsecas: asimetría, fluidez, segregación lateral, flip-flop y su relación con la composición lipídica. Importancia del colesterol en la modulación de propiedades biofísicas, aspectos evolutivos y comparativos. Consecuencias del entorno lipídico sobre el plegado y función de proteínas integrales: cambios en composición, daño oxidativo, interacción con compuesto exógenos. Formación de dominios rafts: composición lipídica, características biofísicas, clasificación y funciones.

Unidad VII – Transducción de señales en la percepción sensorial 

Aspectos bioquímicos, biofísicos y celulares de la visión. Estructura de la retina y células fotosensibles. Fototransducción: rodopsina, retinal, ciclo de fotorrecepción, adaptación luzoscuridad. La cascada de transducción de la señal y la participación del calcio. Comparación con otros sentidos: olfato y gusto.

Unidad VIII – Integración de procesos metabólicos.

Interrelación metabólica entre órganos y tejidos. Almacenamiento y utilización de glucosa, ácidos grasos, cuerpos cetónicos, lactato y colesterol. Transportadores de ácidos monocarboxílicos, glucosa y ácidos grasos. Importancia de la regulación de la glucemia. Consecuencias metabólicas y estructurales de la hiper e hipoglucemia. Regulación hormonal del apetito. Relación con obesidad, síndrome metabólico y diabetes. Importancia fisiológica de los flujos metabólicos en el ayuno y en el ejercicio físico. Redireccionamiento de flujos metabólicos en la transición reposo-actividad: relación entre sistemas muscular y circulatorio. Déficit aeróbico. Flujos metabólicos: Eficiencia estequiométrica y catalítica. Importancia fisiológica según el enfoque del análisis del control metabólico.

Proteínas: plegamiento, modificaciones postraduccionales, controles de calidad biológica y direccionamiento subcelular. Conceptos y métodos en proteómica, lipidómica y metabolómica. Análisis del control metabólico. Teoría de sistemas. Conceptos de regulación y control de vías metabólicas. Coeficientes de control y elasticidad. Flujos en el estado estacionario. Modulación de los flujos metabólicos: ayuno, ejercicio físico, estrés y obesidad. Mecanismos de control espacio-temporal del metabolismo, adaptación y coordinación en respuesta a cambios ambientales. Optimización evolutiva de vías metabólicas. Bioquímica de la percepción sensorial. Vías particulares del metabolismo de aminoácidos. Regulación coordinada de la síntesis de lípidos, homeostasis intra y extracelular del colesterol. Regulación hormonal del apetito, relación con obesidad, síndrome metabólico y diabetes. Diseño racional de moduladores de actividad. Modelos de animales transgénicos.

Profesor Titular:
Dr. José María Delfino

Profesores Asociados:
Dra. Leonor Roguin
Dr. Pablo Schwarzbaum

Profesoras Adjuntas:
Dra. M. Fernanda Troncoso
Dra. Sandra Verstraeten

Jefes de Trabajos Prácticos:
Dr. Gerardo Corradi
Dra. Lucrecia Curto
Dra. M. Victoria Espelt
Dra. Silvia Fernández Villamil
Dra. Mariela Ferreira Gomes
Dra. Gabriela Gómez
Dra. Irene Mangialavori

Ayudantes:
Dra. Carla Angelani
Est. Martín Ballatore
Bioq. Camila Bruno
Dr. Pablo Carabias
Lic. Natalia Lauri
Lic. Noelia Melian
Dr. Mallku Ontiveros
Dra. Ma. Florencia Pignataro
Dr. Nicolás Saffioti
Lic. Luciana Sarrias
Dr. Máximo Sosa
Bioq. Cecilia Souto Guevara
Bioq. Agustina Toscanini
Lic. Maximiliano Vigil

• LEHNINGER: PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA (7ª edición). David L. Nelson,  Michael Cox y Claudi M. Cuchillo Foix. Eds. Editorial Omega, 2018
• BIOQUIMICA (7ª edición). Jeremy M. Berg, Lubert Stryer y John L. Tymoczko Eds. Editorial Reverté, 2013.
• UNDERSTANDING THE CONTROL OF METABOLISM. David Fell. Editorial Portland Press, 1997
• Además, cada clase cuenta con material bibliográfico específico que está disponible en el campus virtual.