Propuesta de innovaci n pedag gica para un trabajo pr ctico de la asignatura Bioqu mica de la Fac. de Medicina

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Propuesta de innovación pedagógica para un trabajo
práctico de la asignatura Bioquímica de la Facultad de
Medicina de la UNT: la utilización de experimentos de
cinética enzimática simulados por computadora
Rojo, Hebe P.; Piedrabuena de Martínez, Mirta; Núñez, Carlos G.*
Introducción. En las postrimerías de este siglo
la tecnología computacional tiene una aplicación
universal e intergeneracional, de modo que la relación con el mundo empírico está mediada, en
gran medida, por la informática. La computadora
se ha convertido en un instrumento útil para las
más variadas actividades del hombre, entre las
cuales las acciones pedagógicas y la investigación ocupan un importante lugar. Son innumerables sus posibles aplicaciones, desde simular experimentos, realizar complicados cálculos en pocos minutos, acceder a amplias y variadas bases de datos a través de redes informáticas, hasta
cursar por Internet estudios de grado y posgrado
en “Universidades virtuales”. La computación ha
contribuido enormemente a los estudios
moleculares y numerosas Instituciones de renombre mundial aplican desde hace varios años esta
tecnología al servicio de los estudios biológicos,
como por ejemplo al análisis de la secuencia de
ácidos nucleicos.1
La cátedra de Bioquímica utiliza esta tecnología al servicio de la investigación, no así al
de su propuesta pedagógica. En el marco de un
Convenio de Cooperación Internacional con el
Institut für Technische Chemie de la Universidad
de Hannover, Alemania, con subsidio de la Fundación Antorchas, se ha instalado en nuestro laboratorio un analizador de flujo continuo (FIA)
controlado por un software denominado CAFCA
(Computer Assisted Flow Continuous Analyzer)
que se emplea en el proyecto de investigación.
Objetivo y relevancia. El objetivo de nuestro trabajo es diseñar una propuesta concreta para incorporar la informática a los procesos de enseñanza y aprendizaje en nuestra cátedra.
Fundamentamos a continuación por qué consideramos que su implementación podría constituirse en una alternativa superadora a ciertos problemas, que en virtud de nuestra práctica, hemos podido detectar:
1) Las nuevas generaciones crecen inmersas
en un mundo informatizado, sometidos a un bombardeo de imágenes atractivas, lo que hace difí* Cátedra de Bioquímica, Facultad de Medicina, UNT.
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cil captar la atención del educando en el aula,
despertar en él la curiosidad y las ansias por conocer. Por ello la educación no puede permanecer alejada de esta realidad tecnológica, sino debe
ponerla a su servicio para despertar en el alumno
la predisposición a aprender, motivándolo en pos
de la construcción de conocimiento. El componente motivador debe tenerse muy en cuenta a la
hora de un diseño didáctico para conseguir un
aprendizaje eficaz. Pensamos que una propuesta educativa que contemple el uso de la computadora en el aula puede resultar sumamente
motivadora.
2) El tiempo asignado a un trabajo de laboratorio
de Bioquímica resulta insuficiente para que el estudiante ensaye, cometa errores y seleccione los
aciertos, para concluir con el diseño experimental adecuado al tema planteado. Los tiempos en el
proceso pedagógico no son, ni pueden ser, los
mismos que en una investigación. Por ello el docente le provee al alumno una guía o protocolo de
trabajo donde las “variables” no son tales, las condiciones de la experimentación están cuidadosamente fijadas de antemano y los resultados obtenidos pueden anticiparse. En esta situación lejos
de plantear al alumno un problema a resolver, se
le alcanza la resolución del mismo. ¿Hasta qué
punto con esta metodología adiestramos a los
alumnos en las estrategias de la experimentación?
¿Cómo podríamos simular las condiciones de un
experimento disminuyendo el tiempo que realmente
insume el mismo? ¿Cómo lograr que el estudiante, en lugar de reproducir un experimento ya puesto a punto, construya el propio ejercitándose en
el planteo de hipótesis y en la verificación o refutación de las mismas en base al análisis de la
información obtenida?
En la búsqueda de respuesta a estos
interrogantes, elaboramos la alternativa
metodológica que planteamos en este trabajo y
que consiste en utilizar como herramienta didáctica un programa de computación que simula experimentos de cinética enzimática, realizando en
pocos minutos lo que llevaría días de trabajo. Por
un lado la necesidad de motivar a los alumnos y
por el otro contribuir a su adiestramiento en la
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nistra los valores de las inversas de la velocidad y de la concentración de sustrato respectivos.
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metodología científica, justifican ampliamente poner en práctica esta estrategia innovadora en
nuestra cátedra.
El tema elegido para iniciar este proyecto no fue arbitrario; las enzimas constituyen un
tema clave dentro de la bioquímica. Su alteración, disminución o ausencia conduce a fallas
del metabolismo que muchas veces son la causa
de la pérdida del estado de salud. En el marco de
una carrera de medicina es imprescindible plantearse como objetivo que el alumno tome conciencia de la importancia de las enzimas para la
salud del hombre.
Recursos. Descripción del funcionamiento del
programa. En la cátedra contamos con los recursos para concretar esta propuesta: IBM PC e
impresora Epson LX-810. El programa cuyo uso
proponemos, se denomina ENZY y ha sido elaborado con fines didácticos. 2
Instrucciones:
- Una vez cargado el programa, aparece la pregunta ¿Cuál es su número?
- Se puede optar por un número comprendido
entre 1 y 1000, correspondiendo cada número a
una enzima distinta.
- Una vez elegido el número aparecen seis opciones:
1) Reacción catalizada por una enzima simple
con un único sustrato
2) Como 1) pero con un inhibidor competitivo
3) Como 1) pero con un inhibidor no competitivo
4) Como 1) pero con inhibición por exceso de
sustrato
5) Reacción catalizada por una enzima con
dos sustratos
6) Reacción catalizada por una enzima con
dos sustratos con un mecanismo “ping-pong”
- Elegido por ejemplo el caso 1) el programa solicita una concentración de sustrato
- El alumno elige la misma esta primera vez al
azar y el programa provee el valor de velocidad
de reacción correspondiente a esa concentración.
- El proceso se repite, con diferentes concentraciones, elegidas ya con criterio, a fin de obtener
la variación de la velocidad de reacción con la
concentración de sustrato para la enzima elegida. El programa también suministra los valores
de las inversas de la velocidad y de la concentración de sustrato respectivos.
- Cuando se opta por 2) o 3) además de la concentración de sustrato debe elegirse una concentración de inhibidor
Metodología. El ejercicio planteado a los alumnos consiste en investigar la dependencia de la
velocidad de una reacción catalizada por una
enzima, de las concentraciones de sustrato y de
la presencia de inhibidores.
Al disponer de 1000 enzimas posibles, el
docente puede dar a cada alumno un problema
distinto. Elegido el valor de concentración de
sustrato el programa provee inmediatamente el
valor de velocidad correspondiente, de modo que
el estudiante puede ensayar, cuantas veces sea
necesario, posibles resoluciones fundamentadas
en el conocimiento del tema y en el análisis de
los datos que va obteniendo.
Para visualizar mejor y analizar los resultados se sugiere graficarlos, utilizando por ejemplo el programa Excel. La comparación de los
resultados obtenidos para diferentes enzimas enriquece las posibilidades de discusión y análisis
en el grupo.
Efecto de la concentración sobre la actividad enzimática
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Los gráficos siguientes fueron realizados
con datos brindados por el programa para la enzima “45”.
En el primer gráfico de velocidad en función de concentración de sustrato, los valores de
velocidad y concentración de sustrato están multiplicados por 102 .
Como parte del trabajo práctico se pide
a los alumnos que, utilizando su conocimiento previo del tema, deduzcan qué Ecuación utiliza el
programa para calcular el valor de velocidad para
cada concentración de sustrato partiendo de los
valores conocidos de la constante de Michaelis y
de la Velocidad Máxima, de cada enzima.
La misma es la Ecuación de Michaelis-Menten:
Vmáx . [S]
V0 = ————————
Km + [S]
Donde V0 es la velocidad inicial
Vmáx es la velocidad máxima
[S] es la concentración de sustrato
Km es la constante de Michaelis
Con esta propuesta de experimentos simulados no se pretende reemplazar el trabajo de
laboratorio, sino por el contrario hacerlo más provechoso y comprensible, ampliando los límites de
sus posibilidades.
Gráfico de Lineweaver-Burk
Gráfico de Lineweaver-Burk - Inhibición no competitiva
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Resultados
A modo de prueba piloto se realizó la experiencia con un grupo reducido de alumnos
obteniéndose buenos resultados. Pudo detectarse el entusiasmo del grupo por lo nuevo y una
participación activa, generándose una actitud propicia para la construcción de conocimiento. En
general el grupo expresó que esta experiencia
ayudó a comprender el tema en mayor profundidad.
Claro está que esto constituye sólo el inicio, y que la experiencia debe ampliarse a todo el
grupo así como evaluarse con rigurosidad los resultados obtenidos de la misma.
Conclusiones
La relevancia de la aplicación de experimentos simulados por computadora a procesos
didácticos ha sido señalada por varios autores,
al respeto Negroponte expresa1 :
“Si bien una importante parte del aprendizaje,
sin duda, se logra a través de la enseñanza
estructurada –pero una buena enseñanza, impartida por buenos maestros- una parte aún
mayor se logra mediante la exploración,
“reinventando la rueda” y descubriendo las cosas por uno mismo. Antes de la aparición de la
computadora, la tecnología de la enseñanza estaba limitada a medios audiovisuales y a la enseñanza a distancia por medio de la televisión,
lo cual amplió la actividad de los maestros e
incrementó la pasividad de los niños.
La computadora cambió radicalmente
ese equilibrio. De pronto, aprender haciendo dejó
de ser la excepción para convertirse en la regla.
Como ahora la simulación por computadora, de
prácticamente cualquier cosa, es posible, no
hace falta aprender la anatomía de la rana disecándola...”
Pensamos que el uso de experimentos
enzimáticos simulados por ordenador, metodología innovadora para nuestra cátedra, contribuirá
a fomentar en el estudiante una actitud activa y
participativa, desarrollando la habilidad para investigar el comportamiento de un sistema desconocido, favoreciendo una actitud crítica y una
toma de decisiones debidamente fundamentada
para la resolución de problemas. Cabe destacar
que para esta experiencia sumamente motivadora,
como pudimos comprobarlo al ensayarla con un
grupo, utilizamos los recursos existentes en nuestra cátedra.
Una vez implementada la propuesta a
todo el grupo de alumnos y evaluados los resultados de la misma, pensamos ampliar este proyecto incorporando el uso de informática en sistemas interactivos en temas tales como bioquímica
clínica, biología molecular y genética.
BIBLIOGRAFÍA
1 - Biologie et Informatique a L’Institut Pasteur.
ADIP Lettre de L’Association pour le
développement de L’Institut Pasteur. Nº15, 1984
2 - Hancock, Vivian J.F. Programs simulating
allosteric and other enzyme kinetics for computeraided teaching. Journal of Biological Education
12: 284-290, 1978
3 - Negroponte, Nicholas. Ser digital, Atlántida,
Buenos Aires, 1995, pag 201
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