BIOQUÍMICA
OBJETIVOS GENERALES
Estudiar la base molecular de la actividad biológica. El desarrollo de la asignatura estudia la estructura proteica, enzimología, bioenergética y metabolismo, y Biología Molecular. En cada uno de estos aspectos se concluye con el estudio de los fundamentos moleculares de la enfermedad en organismos animales.
PROGRAMA DE TEORêA
1a PARTE
Introducción:
Tema 1. La
lógica molecular de los seres vivos. Características
de la actividad vital. Complejidad y niveles de organización de
los seres vivos. Diversidad de moléculas inanimadas y animadas.
Relación estructura/función. Transducción de la energía; el
recambio de la energía en la biosfera. Autoréplica y
evolución. Vitalismo y mecanicismo.
Tema 2. El agua. El agua está organizada. El
enlace por puentes de hidrógeno; su significación biológica;
calor de formación, variedad, especificidad, cooperatividad. El
hielo y el agua. El agua y los iones; constantes dieléctricas.
El ácido oleico y el agua; hidrofobicidad; micelas y membranas.
Proteínas:
Tema 3. Los
aminoácidos. Los aminoácidos proteinogenéticos.
Propiedades ácido-base de los aminoácidos; pH isoeléctrico y
cálculo del mismo. Curvas de titulación de la alanina y del
ácido aspártico. Estereoquímica de los aminoácidos; la
actividad óptica de las moléculas. Espectro de absorción;
espectrofotometría en bioquímica. Cromatografía de intercambio
iónico.
Tema 4. Proteínas y péptidos. Composición de
las proteínas. Clasificación. Diversidad funcional de las
proteínas. Conformación de las proteínas. Estructura del
enlace peptídico. Propiedades ácido-base. Reacciones químicas.
Péptidos de origen no proteico.
Tema 5. Determinación de la secuencia peptídica.
Determinación de las masas moleculares: peso molecular mínimo.
Análisis de sedimentación: velocidad de sedimentación y
equilibrio de sedimentación. Cromatografía de exclusión
molecular. Electroforésis en gel con SDS.
Tema 6. Conformación peptídica. El caso de las
queratinas. Estructura de las a-queratinas. Hélice a: Análisis por
rayos X. Aminoácidos estabilizadores y desestabilizadores.
Propiedades de la hélice a. Hoja plegada b: b-queratinas.
Diferencias entre a y b queratinas.
Tema 7. Proteínas fibrosas. Estructura de las
fibras del colágeno. Secuencia característica de aminoácidos.
Hidroxilación de prolina y lisina; Escorbuto. El tropocolágeno
como unidad estructural. Estabilidad de la hélice del colágeno;
importancia de la glicina. Procolágeno precursor del colágeno.
Maduración de las fibras del colágeno y formación de enlaces
cruzados.
Tema 8. Las inmunoglobulinas. Tipos de
inmunoglobulinas. Heterogeneidad de las inmunoglobulinas. Cadenas
L y H. Regiones constantes y variables. Diversidad funcional de
las regiones constantes y variables. Regiones hipervariables.
Dominios y plegamientos antiparalelos.
Tema 9. Estructura terciaria. La mioglobina. El
grupo hemo. Estructura de la mioglobina. Oxigenación de la
mioglobina. El ÒbolsilloÓ del hemo en la mioglobina. Las
interacciones no polares que estabilizan la conformación. La
secuencia de aminoácidos especifica la estructura tridimensional
de la proteína.
Tema 10. Estructura cuaternaria. La hemoglobina.
Estructura cuaternaria de la hemoglobina. Las globinas.
Oxigenación de la hemoglobina; efectos cooperativos. Cambios
conformacionales de la hemoglobina. Regulación de la
oxigenación de la hemoglobina: efecto del difosfoglicerato,
efecto del pH. Efecto Bšhr. Hemoglobinopatías. Talasemias.
Tema 11. Purificación y caracterización de proteínas.
Fraccionamiento subcelular. Métodos basados en la solubilidad de
las proteínas: pH isoeléctrico, efecto de las sales,
modificación de la constante diélectrica del medio. Métodos
basados en la carga eléctrica: electroforesis, intercambio
iónico. Métodos basados en el tamaño molecular: diálisis y
ultrafiltración, ultracentrifugación, cromatografía de
exclusión molecular. Métodos basados en interacciones
específicas: cromatografía de afinidad.
Tema 12. Las enzimas. Las enzimas como
catalizadores. Cofactores de la actividad enzimática.
Isoenzimas. Nomenclatura de enzimas.
Tema 13. El centro activo de las enzimas.
Métodos de estudio de los aminoácidos que participan en el
centro activo. Interacciones moleculares entre enzima y sustrato:
fuerzas de Van der Walls, puentes de hidrógeno, enlaces iónicos
y covalentes. El caso de la quimotripsina.
Tema 14. Afinidad proteína ligando y enzima sustrato.
Representación de Scatchard de la afinidad proteína-ligando.
Cinética de las reacciones químicas. Ecuación de
Michaelis-Menten. Representación de Lineweaver-Burk. Efecto del
pH y de la temperatura sobre la actividad enzimática.
Tema 15. Regulación de la actividad enzimática.
Inhibición competitiva y no competitiva. Enzimas reguladores:
efectos alostéricos. Modelo simétrico y secuencial.
Modificación covalente. Zimógenos.
Tema 16. Coenzimas y vitaminas. Oxidorreducción.
Vitaminas; vitaminas como coenzimas. Acido nicotínico; la
pelagra, mecanismo de actuación y deshidrogenasas de piridinas.
Riboflavina; descubrimiento, flavoenzimas, oxidasas y
deshidrogenasas. Acido ascórbico, el escorbuto, mecanismo de
acción, hidroxilasas.
Tema 17. Transferencia. Vitaminas antianémicas.
Acido fólico y vitamina B12. Mecanismos de acción y
transferencia de grupos monocarbonados. Piridoxina. Acido
pantoténico. Coenzima A y precursores.
Tema 18. Carboxilaciones y descarboxilaciones.
Tiamina y biotina. Enfermedad del Beri-Beri y la acción de la
tiamina. Biotín-enzimas.
Metabolismo energético
Tema 19. Energía
libre. El flujo de energía y materia en los seres
vivos. Las fases del metabolismo. Primera y segunda ley de la
Termodinámica. Energía libre. Enlaces de alta energía; ATP.
Tema 20. Oxido-reducciones biológicas.
Potencial de oxido-reducción. Los componentes de la cadena de
transporte elecrónico mitocondrial. Citocromos: tipos y
estructuras. El transporte electrónico. Complejos de la cadena
respiratoria.
Tema 21. Fosforilación oxidativa. La síntesis
del ATP: el complejo ATPasa. Teorías del acoplamiento de la
fosforilación oxidativa. Teoría quimiosmótica: el gradiente de
protones. Cambios conformacionales de la mitocondria. Transporte
mitocondrial de cationes. Inhibidores del transporte electrónico
y de la fosforilación oxidativa.
Metabolismo glucídico
Tema 22. Estructura
de los hidratos de carbono I. Definición. Nomenclatura.
Clasificación. Isomería de monosacáridos: isómeros D y L.
Estructura de monosacáridos. Epímeros. Enantiómeros.
Mutarrotación y formas anoméricas. Disacáridos.
Tema 23. Estructura de los hidratos de carbono II.
Polisacáridos: almidón, glucógeno y celulosa. Reacciones
químicas de los azúcares. Glicoproteínas: estructura y
propiedades. Proteoglicanos: mucopolisacáridos.
Tema 24. Degradación anaerobia de hidratos de carbono I.
Perspectiva histórica. Fases de la glucolisis.
Descripción de las etapas enzimáticas. Etapas reguladoras.
Balance energético. Incorporación de otros glúcidos a la
secuencia.
Tema 25. Degradación anaerobia de hidratos de carbono
II. Diferencias energéticas entre fermentación y
respiración. Regeneración del NAD+ citoplásmico.
Fermentaciones (láctica, alcohólica y ruminal). Regeneración
mitocondrial del NAD+ citoplásmico. Lanzaderas del malato y
glicerol-fosfato.
Tema 26. Ciclo de Krebs I. Descubrimiento del
ciclo de Krebs. Localización intracelular. Descarboxilación
oxidativa del piruvato. Mecanismo molecular y regulación del
complejo de la piruvato deshidrogenasa.
Tema 27. Ciclo de Krebs II. Descripción de las
etapas enzimáticas. Naturaleza anfibólica del ciclo.
Regulación del ciclo. Rendimiento energético de la degradación
aeróbica de la glucosa. Efecto Pasteur.
Tema 28. Ruta de las pentosas fostato.
Perspectivas históricas. Funciones de la vía de las pentosas
fosfato. Fases de la ruta. Descripción de las etapas
enzimáticas. Regulación de la fase oxidativa. Flujo de la
glucosa 6 fosfato en diferentes estados metabólicos.
Tema 29. Biosíntesis de glúcidos. Rutas
principales de síntesis de glúcidos. Encrucijada metabólica
del piruvato. Gluconeogénesis. Reconversión del lactato
muscular en glucosa. Gluconeogénesis a partir de intermediarios
del ciclo de Krebs. Gluconeogénesis a partir de aminoácidos.
Gluconeogénesis a partir de acetil-CoA en plantas y
microorganismos. Gluconeogénesis en rumiantes. Regulación de la
glucolisis y gluconeogénesis. Biosíntesis de disacáridos;
biosíntesis de la lactosa. Biosíntesis de glúcidos en
organismos vegetales
Tema 30. Metabolismo del glucógeno. Funciones,
importancia. Degradación del glucógeno. Biosíntesis de
glucógeno. Eficiencia del almacenamiento de glucosa como
glucógeno. Regulación de la síntesis y degradación del
glucógeno: hormonas reguladoras. Cascada amplificadora de la
degradación del glucógeno, papel del AMP cíclico. Cascada
amplificadora de la síntesis del glucógeno. Las fosfatasas como
inversoras del efecto de las fosforilasas.
Tema 31. Regulación del metabolismo glucídico.
Glucemia. El metabolismo de la glucosa en el hígado y en el
músculo. Curvas de tolerancia a la glucosa. Regulación
hormonal: insulina, glucagón, epinefrina, somatotropina y
glucocorticoides.
2» PARTE
Metabolismo lípidico
Tema 32. Lípidos.
Funciones biológicas. Clasificación. Acidos grasos. Naturaleza
y propiedades. Triacilglicéridos,propiedades físico químicas.
Céridos y estólidos.
Tema 33. Lípidos complejos. Estructuras y
propiedades. Fosfolípidos, fosfoglicéridos. Cardiolipina.
Esfingolípidos. Esfingomielina. Cerebrósidos. Gangliósidos.
Tema 34. Membranas biológicas. Formación de
bicapas. Teoría del mosaico fluido. Regulación de la fluidez de
membrana. Proteínas de membrana. Asimetría de la membrana.
Tema 35. Lípidos insaponificables. Terpenos:
Vitamina A. Vitamina K: Mecanismo de acción. Esteroides:
Hormonas esteroideas. Vitamina D: Metabolismo del calcio.
Tema 36. Transporte lipídico: Digestión y
absorción. Lípidos en sangre. Lipoproteínas. Origen y destino
de las lipoproteínas plasmáticas. Hiperlipoproteínemias.
Tema 37. Metabolismo lipídico. Oxidación de
los ácidos. Procedencia de los ácidos grasos. Degradación,
activación y transporte a la mitocondria. §-oxidación. Balance
energético de la oxidación de los ácidos grasos. Oxidación de
ácidos grasos insaturados. Oxidación de ácidos grasos de
cadena impar. Regulación de la oxidación de los ácidos grasos.
Formación de cuerpos cetónicos.
Tema 38. Biosíntesis de triacilglicéridos.
Biosíntesis de ácidos grasos saturados. Fuentes de carbono y
NADPH. Formación de malonil-CoA. Complejo del ácido graso
sintetasa. Estequiometría de la síntesis. Elongación del
palmitoil-CoA. Insaturación de ácidos grasos. Acidos grasos
esenciales. Regulación de la biosíntesis de ácidos grasos.
Biosíntesis de triglicéridos.
Tema 39. Biosíntesis de lípidos complejos.
Biosíntesis de ácido fosfatídico. Biosíntesis de
fosfoglicéridos. Biosíntesis de esfingolípidos. Enfermedades
del metabolismo de lípidos complejos.
Tema 40. Esteroides. Metabolismo. Esteroides,
generalidades. Biosíntesis de colesterol. Regulación de la
biosíntesis de colesterol. Síntesis de otros esteroides.
Hormonas esteroides animales.
Tema 41. Regulación del metabolismo lipídico.
Regulación de la síntesis y almacenamiento. Movilización de
lípidos de depósito y hormonas movilizadoras. Movilización de
lípidos hepáticos. Interrelaciones del metabolismo lipídico.
Ciclo glucosa-ácidos grasos e influencia hormonal. Tejido
adiposo marrón.
Metabolismo de compuestos nitrogenados
Tema 42. Degradación
de aminoácidos I. Caracteres generales. Pérdida del
grupo amino de los aminoácidos: transaminación y desaminación
oxidativa. Destino del ión amonio: toxicidad del ión amonio y
transporte desde los tejidos periféricos al hígado. Excreción
del amonio. Ciclo de la urea: etapas, localización celular,
balance energético y defectos genéticos.
Tema 43. Degradación de aminoácidos II.
Destino de los átomos de carbono en la degradación de los
aminoácidos: aminoácidos cetogénicos y glucogénicos.
Degradación de fenilalanina.
Tema 44. Biosíntesis de aminoácidos. Fijación
del nitrógeno: organismos capaces de realizarla, mecanismos
enzimáticos y regulación. Otras etapas del ciclo del
nitrógeno. Aminoácidos esenciales y no esenciales.
Tema 45. Funciones precursoras de los aminoácidos.
Los aminoácidos como precursores de biomoléculas. Biosíntesis
y degradación de porfirinas: Etapas principales y defectos
genéticos.
Tema 46. Metabolismo de nucleótidos. Nomenclatura
de nucleotidos: purínicos y pirimidínicos. Biosíntesis de
nucleótidos purínicos: etapas principales. Biosíntesis de
nucleótidos pirimidínicos: etapas principales y regulación.
Degradación de purinas y pirimidinas: etapas y defectos
genéticos.
Tema 47. Regulación del metabolismo de aminoácidos. Aminoácidos
procedentes del músculo. Ciclo glucosa-alanina. Conversión
muscular de valina en alanina. Regulación hormonal del
metabolismo de aminoácidos: insulina, glucagón. Integración
del metabolismo aminoacídico: situaciones de ayuno, diabetes y
ejercicio muscular.
Regulación del metabolismo
Tema 48. Mecanismos
de acción hormonal. Receptores de membrana y receptores
solubles. Acción hormonal mediada por AMP cíclico; proteínas
G. Acción hormonal mediada por inositofosfátidos. Proteína
quinasa C. Mecanismo de acción de la insulina. Factores de
crecimiento. Receptores de hormonas esteroideas.
Tema 49. Integración del metabolismo en no rumiantes.
Función metabólica del hígado. Mecanismos moleculares de la
destoxificación. La integración del metabolismo; ayuno
ejercicio y gestación. Disfunciones metabólicas: diabetes.
Tema 50. Integración del metabolismo en los rumiantes. Características
del metabolismo en los rumiantes. Gluconeogénesis en los
rumiantes. El metabolismo durante la gestación y la lactación.
Disfunciones metabólicas: cetosis.
Bioquímica genética
Tema 51. Acidos
nucleicos. Composición química y estructura del DNA.
Modelo de Watson y Crick. Tipos de DNA. RNA: estructura y tipos.
Nucleasas; tipos. Métodos de estudio del DNA;
desnaturalización. Caracterización de su forma y peso
molecular. Secuenciación del DNA. La organización genética en
las eucariotas; proteínas histonas y no histonas. Estructura de
la cromatina: nucleosomas.
Tema 52. Replicación del DNA. Teorías sobre la
replicación del DNA. Replicación semiconservativa. Replicación
en bacterias y eucariotas. Descubrimiento de un DNA polimerasa.
Papel del DNA preformado en la acción de la DNA polimerasa. DNA
ligasa. DNA polimerasa II y III. Iniciación y dirección de la
réplica del DNA. Mutación y reparación del DNA. Modificación
y restricción; metilación de bases.
Tema 53. Transcripción del DNA. Concepto. RNA
polimerasa. Iniciación. Elongación. Terminación.
Modificaciones post-transcripcionales de los RNAs. Procesamiento
del RNA eucariota; intrones y exones. Inhibidores de la síntesis
de RNA. Transcripción inversa.
Tema 54. Traducción: biosíntesis de proteínas.
Código genético. Los ribosomas como lugar de la biosíntesis
proteica. Dirección de la síntesis. Estructura de los tRNA.
Papel de adaptador del tRNA. Activación de aminoácidos y su
especificidad. Iniciación de las cadenas polipeptídicas.
Complejo de iniciación. Elongación. Terminación de la cadena
polipeptídica. Modificaciones post-traducción. Inhibidores de
la síntesis proteica.
Tema 55. Proteínas de secreción. Transporte de
proteínas. Secuencias señales. Particulas de reconocimiento de
señales. Aparato de Golgi. Paso de proteínas a través de
membranas.
Tema 56. Regulación de la expresión genética.
Regulación de la expresión en procariotas. Concepto de operon.
Regulación de la expresión en eucariotas. Complejidad de los
genomas. Genoma eucariótico; repetición de secuencias.
Tema 57. Mecanismo de la transformación celular.
Características de las células transformadas. Agentes
carcinogénicos. Oncogenes. Expresión de proteínas
oncogénicas. Carcinógenos químicos; mecanismos de acción.
Tema 58. DNA recombinante. DNA recombinante;
vectores. Formación de cDNA. DNA recombinante con cDNA.
Genotecas. Selección de clones. Aplicaciones y perspectivas.
PROGRAMA DE PRÁCTICAS
1.-
Determinación de la actividad enzimática: Aplicación de la LDH
2.- Determinación de la Km para el NADH de la LDH
3.- Valoración de proteinas: Método de Bradfford.
4.- Electroforesis sobre Celogel de proteinas plasmáticas.
5.- Determinación del colesterol en alimentos.
6.- Fraccionamiento y aislamiento del DNA de timo de ternera.
BIBLIOGRAFÍA
STRYER,
L.: Bioquímica I y II. Barcelona, Ed. Reverté,
S.A. 4a edición. 1995.
LEHENINGER, A. et al: Principios de Bioquímica. Barcelona,
Ed. Omega. 1993
DARNELL, J. et al: Molecular Cell Biology. New
York, Scientific American Books. 3a edición 1995
ALBERT, B. et al.: Molecular Biology of the Cell.
New York, Garland Publishing Inc. 3a edición. 1994
KOOLMAN, J. and R…HM, K.H.: Color Atlas of
Biochemistry. Stuttgart. New York. Thieme. 1996.
PROFESORADO
D. José
Alvaro Cebrián Pérez
Da. María Iturralde Navarro
D. Julio Montoya Villarroya
Da. María Teresa Muiño Blanco
D. Mario Ollero Ojeda
D. Jesús de la Osada García
D. Acisclo Pérez Martos