QUÍMICA BIOLÓGICA

04/03/2015
QUÍMICA BIOLÓGICA
Ciencias Biológicas y Profesorado en Cs.Biológicas
Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales
Universidad Nacional de Córdoba
DOCENTES
Profesora Titular: Dra María Angélica Perillo (Inv.Principal CONICET)
j
Profesores Adjuntos:
D
L
M Mi Ju Vi
Dr. Daniel A. García (Inv.Independiente CONICET)
Dr. Raúl H. Marín (Inv.IPrincipal CONICET) Profesores Asistentes
Com.1 Dra. Julieta María Sanchez (Inv. Adjunta CONICET)
Com.2 Dra. Verónica Nolan (Inv. Asistente CONICET)
Com.3 Dr. Eduardo M. Clop (Investigador Asistente CONICET)
Com.4 Dra. Jackelyn M. Kembro (Inv. Asistente CONICET) (con licencia)
Com.5 Dra. Dolores Carrer (Inv.Asistente CONICET) (con licencia)
Com.6 Dra. Mariela E. Sánchez (Investigador Asistente CONICET)
Com.7 Dra. Anahi del V. Turina (Inv. Adjunta CONICET)
Com.8 Dr. Benjamín Caruso (Inv.Asistente CONICET en tramite)
Becarios Colaboradores
Dras. Virginia Miguel; e Inés Burgos (Inv.Asist CONICET, en tramite)
Med. Leticia Delgado Marin (Becaria doctoral CONICET)
Lic. Milagro Mottola (Becaria doctoral Foncyt)
1
2
3
4
T
5
T
6
7
S
T
T
8
Ayudante Alumno
Ivan Felztyna
REDES
1
04/03/2015
REDES
RED……….ENTRAMADO, TEJIDO
Elementos que la conforman Nodos y conexiones
……..Hilos, relaciones sociales, red de rutas, internet, telefono,
proteinas del citoesqueleto, reacciones quimicas, moleculas
autoagregadas, atomos enlazados
Conectividad: alta, baja, ordenada (reticulo) …… caotica
Conexiones:
activas o inactivas ///
estaticas o dinamicas
remodelables (adaptable a condiciones del entorno)
2
04/03/2015
METABOLISMO:
Conjunto muy ordenado de reacciones químicas:
 Interconectadas
 Funcionamiento coherente
lógica entre las diferentes partes)
(existencia de relación o
 De acuerdo a un esquema definido
Mapa metabólico
3
04/03/2015
Análisis integrado del metabolismo




Genómica
Transcriptómica
Proteómica
Metabolómica
Técnicas analiticas de alta capacidad (“High throuput”)
Análisis multivariado
Dilucidación de patrones
Dilucidación de propiedades emergentes
BIOQUÍMICA MODULAR:
Nodos.
Conectividad libre de escala
Parte del mapa de interacción proteica de reparación del ADN de Caenorhabditis
elegans (Adaptado de Ge, H; Walhout, AJM; Vidal, M. Trends Genet 19, 551-560;
2003).
4
04/03/2015
La célula como sistema complejo
 Superpoblación macromolecular
 Agua estructurada (no disponible como solvente)
 Compartimentación (generación de gradientes)
 Presencia de redes interconectadas (Percolación,
potenciación de velocidades de p
p
procesos))
 Autoorganización espacio-temporal (Generación de
patrones)
Citoplasma
Ambiente molecularmente superpoblado
citoesqueleto
q
y otras p
proteinas
Sistema heterogéneo
- Complejo sistema endomembranas: golgi, retículo
endoplásmico, vesículas
- Fibras
Interfases
Agua estructurada
5
04/03/2015
Interacción del agua con
iones y con grupos polares
Interacción del agua con con
grupos hidrofóbicos
Caja de solvente
Clatrato
Matriz extracelular y Citoesqueleto
La matriz extracelular y el citoesqueleto son redes interconectadas de
proteinas fibrosas.
Percolación:
x/ej: parámetro crítico= [actina]= umbral de percolación
(ver trabajos de Luisi, teorias de autopoyesis Varela y Maturana)
Microfilamentos
de actina
Microtubulos
Filamentos
intermedios
6
04/03/2015
Citoplasma, citoesqueleto
Dictyostelium discoideum cytoplasm. Reconstruction from cryoelectronic
tomography. Actin filaments, mebranes ribosome. 815 nm 870 nm 97 nm.
Medalia et al. (2002), Science 298, 1209–1213
Modelo mecano-quimico de señalamiento intracelullar
Forgacs (1995) J.Cell.Sci.108,2131.
Las señales extracelulares llegan, via ligandos, a receptores de membrana y
eventualmente puede propagarse hasta el nucleo.
- Union L-R --- cambios en energia
g
conformacional ----- estres ---- puede
transferirse al dominio intracelular.
-La deformacion se propaga y puede
seleccionar configuraciones con energia
molecular particular.
-Una molecula asociada a la red puede
cambiar su conformacion y difundir o
reorganizar localmente la red.
Difusion de proteina pequeña: 10m en 10-2s
Propagacion de una deformación por medio de una red interconectada (sin considerar
viscosidad del citosol):
longitudinalmente 10m en 10-9s
transversalmente 10m en 10-8s
Este tipo de señalamiento provee velocidad y redundancia
7
04/03/2015
Mapas de Lyapunov
Exponente de Lyapunov
• Originalmente: para investigar estabilidad de
ecuaciones diferenciales no lineales
•Describe la rapidez con que aumenta o disminuye una
perturbación en un sistema dinámico
n
d f(xn)
1
 = n  log
i=0
d xn
>0 caos
<0 orden
Mapas de Lyapunov
Taken from Complexity and ‘art’: Liapunov graphs. Diethard Janßen
Department of Designinformatics, Braunschweig School of Art. D-38118
Braunschweig, Germany. http://www.hbk-bs.de/Designinformatik/galerie/
8
04/03/2015
QUIMICA BIOLÓGICA
Aula virtual: http://lev.efn.uncor.edu/ Contraseña: qbiologbiol
Pagina web: http://www.efn.unc.edu.ar/departamentos/quimica/Quimica%20Biologica.html
CLASES TEÓRICAS
Mier 8-10 hs (aula 200) 17:00 – 19:00 hs (aula 302)
Vier 10-12 hs (aula 218) 14:00 – 16:00 hs (aula 103)
CLASES PRACTICAS
COM
HORARIO
COM
HORARIO
1
Mar 8:30-10:30
5
Mier 14 - 16
2
Mar 10:30 - 12:30
6
Jue
3
Mar 14 – 16
7
Jue 10:30 –12:30
4
Mar 16-18
8
Vier
8:30 - 10:30
16:30 –18:30
PRACTICOS COMENZAN la semana que viene
Organzación de la Asignatura
Clases Teóricas
Trabajos Prácticos
Exposición; Discusión de problemas teóricos.
Guía de problemas teóricos
Guía de TP y seminarios
TP 1 y2
Espectrofotometría.
TP 3,4,5
Purificación, cuantificación y análisis estructural de proteínas
TP 6-10
Cinética Enzimática
TP 11 y 12 Fotosíntesis.
TP 13 y 14 Bioenergética y Mecanismos de transducción de energía
Seminarios de resolución de problemas
p
Seminarios de discusión de trabajos científicos
Jung G.Y. and Stephanopoulos G. (2004). A functional protein chip for pathway optimization and in
vitro metabolic engineering. Science 304: 428-431.
Chauve J, Mathis H. Huc D, Casanave D, Monot F, Lopes Ferreira N, (2010) Comparative kinetic analysis of
two fungal -Glucosidases. Biotechnology for Biofuels. 3:3
Yasuda, R., Noji, H., Kinosita, K., & Yoshida M.. (1998). F1-ATPase Is a Highly Efficient Molecular
Motor that Rotates with Discrete Steps. Cell. 93: 1117–1124.
9
04/03/2015
Evaluaciones
ASISTENCIA: Clases Teóricas: no obligatoria
Clases Teórico Prácticos y Prácticos: 80% obligatoria
EVALUACIONES
I T
I.
Trabajos
b j Prácticos:
Pá i
a) Evaluación oral durante el desarrollo del TP. Se tendrá en cuenta: desempeño,
destreza, atención, participación, puntualidad, y la presentación de Trabajos
Científicos (cuando corresponda).
b) Una evaluación escrita al final de cada TP.
II Exámenes Parciales:
2 (dos) exámenes parciales sobre temas desarrollados en clases teóricas y
prácticas.
prácticas
III Exámenes Finales
Estructura de los exámenes:
Preguntas (opción múltiple) + problemas de cálculo
+ problemas teóricos
Condiciones para la regularización y promoción
CONDICIONES PARA COMENZAR EL CURSARO DE TP
• Aprobar examen de seguridad en el trabajo de laboratorio.
CONDICIONES PARA LA REGULARIZACIÓN
• Aprobar
p
12 de las 14 evaluaciones escritas de los Trabajos
j Prácticos.
• Desempeñarse satisfactoriamente durante los TP (item a) y aprobar la presentación del
informe del 80% de los Trabajos Científicos .
• Asistir al 80% de los Teórico Prácticos (7 de 9 clases)
• Aprobar cada uno de los Ex.Parciales con 4 puntos, como mínimo, y alcanzar un
promedio de al menos 4 puntos entre ambos.
CONDICIONES PARA LA PROMOCIÓN:
• Correlativas Aprobadas (al comenzar el cursado): Química Orgánica y Física I
• Aprobar el 80% de los TP
• Aprobar cada uno de los Ex.Parciales con 4 puntos, como mínimo, y alcanzar un promedio
d 7 puntos
de
t entre
t ambos.
b
RECUPERATORIOS (al final del cuatrimestre)
Se podrá recuperar:
• Un TP que haya resultado reprobado, para alcanzar las condiciones indicadas más
arriba.
• Un examen parcial (por cualquier razón: inasistencia, reprobado o para aumentar nota).
10
04/03/2015
BIBLIOGRAFIA
Bioquímica General
- Blanco, A. Química biológica, Ed.El Ateneo, 2006.
- Bezkorovainy, A, Rafelson M.E. Concise Biochemistry. Ed. Marcel Dekker, New York, 1996*.
- Harper, H.A, Manual de Química Fisiológica. Ed. El manual moderno 1980*
- Horton R.H, Moran L.A., Ochs R.S., Rawn J.D., Scrimgeour K.G. Bioquímica. Ed.Pentice Hall, Hispanoamericana,
SA. Mexico,, 1995,, 1999*.
- Nelson, David L.Cox…. Lehninger : principios de bioquímica .3º Ed., Omega, Barcelona, 2001.
- Stryer L, Berg, JM y Tymoczko, JL. Bioquímica, 5º Ed., Reverté SA, España, 2003.
- Torres, H.M., Carminatti H. Y Cardini E. Bioquímica General. Ed. El Ateneo, Bs.As. 1983*.
- Walker, J. M.. Biología molecular y biotecnología .2º Ed. Acribia, Zaragoza, 1997.
Problemas
- Esteban J.M. y Cavanillas J.M.. Problemas de Química. Ed. Alhambra. 4a. España. 1976.
- Holme, David J. . Resolución de problemas de bioquímica analítica, Acribia, Zaragoza, 1996.
- Segel I.J. Cálculos en Bioquímica. Acribia. Saragoza. España. 1972.
Bibliografía de consulta sobre temas específicos
Química General, Química Orgánica y Química-Física
Biofísica-Química y Biología Celular
Cinética enzimática
Fotosíntesis
Análisis Bioquímico e Instrumental
NORMAS BASICAS DE TRABAJO Y SEGURIDAD EN
LABORATORIOS

1. ORGANIZACIÓN
Ó DEL TRABAJO

2. HABITOS PERSONALES

3. MANIPULACIÓN EN LABORATORIOS.

4. MEDIOS DE PROTECCIÓN

4 ACTUACIÓN EN CASO DE ACCIDENTES
4.

5. TELÉFONOS IMPORTANTES
11
04/03/2015
FIRMAR DECLARACIÓN JURADA

He leído las NORMAS BÁSICAS DE TRABAJO Y SEGURIDAD EN
LABORATORIOS incluidas
i l id
en la
l Guía
G í de
d Trabajos
T b j
P á ti
Prácticos
d
de
Química Biológica (Ciencias Biológicas-Facultad de Ciencias
Exactas, Físicas y Naturales-Universidad Nacional de Córdoba)
y estoy al tanto de las medidas de seguridad de trabajo en el
laboratorio.

Nombre y Apellido: ……………………………………………………………..

DNI: ……………………………….

Nº de Matrícula: ……………………………………

Firma: ……………………………………………………………..
Los contenidos serán evaluados en el primer TP.
Plan de Estudios
Carrera de Ciencias Biológicas (Plan de Estudios 1990), de la Universidad Nacional de Córdoba
Cuatrimestre
Asignatura
Horas
totales
Asignatura
Horas
totales
1
Introducción a
la Biología
120
Química
General
105
Matemática I
105
2
Estadística y
Biometría
90
Química
Orgánica
90
Física I
90
3
Biología
Celular
90
Química
Biológica
90
Física II
90
4
Morfología
Animal*
90
Morfología
Vegetal**
90
Microbiología
90
Inglés II
5
Diversidad
vegetal I***
75
Diversidad
Animal I
75
Fisiología
Vegetal I
90
Genética
6
Diversidad
vegetal II
75
Diversidad
Animal II
75
Ambiente Físico
90
Fisiología
Animal
90
7
Problemática
A bi t l
Ambiental
45
Diseño
Experimenta
p
l
60
Ecología
g
105
Optativas
p
90
Biogeografía
75
Gente. Pob.
Y Evolución
75
Optativas
165
9
Tesina
180
Optativas
180
10
Tesina
180
Optativas
180
8
Horas
totales
Asignatura
Asignatura
Inglés I
Horas
totales
45
45
90
12
04/03/2015
Asignatura:
Química Biológica
BIOQUÍMICA
Objetivos:
 Adquirir una clara comprensión del metabolismo celular a la luz
de conceptos de:
1- Mecanismos de transducción de energía y de información.
2- Termodinámica, cinética y catálisis de reacciones bioquímicas
3- Importancia de la compartamentalización en la generación de
gradientes químicos y electroquímicos.
4- Modulación dinámica de la estructura y función de biomembranas, de
proteínas y de la organización compleja del citoplasma.
5- Vías metabólicas fundamentales y su integración.
6- Patrones bioquímicos y su evolución.


Desarrollar el pensamiento crítico.
Adquirir destreza en el uso de metologías del laboratorio
bioquímico
Asignatura:
Química Biológica
Programa Sintético:
1. La lógica molecular de la vida
2. Evolución Bioquímica
3. Estructura y función de proteínas
4. Ácidos nucleicos y flujo de información
genética
5. Investigación en genética
6. Investigación en evolución
7. Bioenergética
8. Enzimología
9. Cinética Enzimática
10. Glúcidos y lípidos
11. Biomembranas
12. Transporte
13. Transducción de la información
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
Metabolismo
Metabolismo de glúcidos
Ciclo de Krebs
Fosforilación oxidativa
Fotosíntesis
Metabolismo de lípidos
Metabolismo de amino ácidos
Metabolismo de ácidos nucleicos
Metabolismo de proteínas
23. Integración metabólica y control de la
expresión génica
24. Inmunoquímica
25. Bioquímica de sistemas sensoriales
26. Motores moleculares
Asociado a temas de TP
13
04/03/2015
METABOLISMO:
Por medio del metabolismo las células:
 Obtienen energía y poder reductor a partir de su
entorno
 Sintetizan compuestos fundamentales de acuerdo a
un esquema definido
Vías metabólicas
 Secuencia definida de reacciones químicas
 Interdependientes
 Actividad coordinada
Metabolismo:
características
 Estructura coherente
 Aspectos unificadores:
a) 100 molec. tienen papel central en todas las formas de vida
b) Pequeño nº de clases de reacciones
c) Mecanismos de regulación sencillos
 Motivos recurrentes
 Diseño
Di ñ modular
d l
14
04/03/2015
Mapa metabólico
Motivos recurrentes: Analogías metabólicas




Ciclo de Krebs
-oxidación de ácidos-grasos
Síntesis de ácidos grasos
Degradación de lisina
15
04/03/2015
Motivos recurrentes
6 TIPOS DE REACCIONES QUE SE REPITEN
Tipo de Reacción
Oxidación-Reducción
Descripción
Transferencia de electrones
Formación
ó de enlaces que
precisan ATP
Formación
ó de enlaces covalentes
Isomerización
Reorganización de átomos para formar
isómeros
Transferencia de Grupo
Transferencia de Grupos funcionales
de una molécula a otra
Hidrólisis
Ruptura de enlaces con intervención
del H2O
Adición o eliminación de
grupos funcionales
Adición de grupos funcionales a
dobles enlaces o eliminación de
grupos para formar dobles enlaces
16
04/03/2015
VIAS METABÓLICAS
Por medio del metabolismo las células:
 CATABÓLICAS Combustibles
CO2 + H2O + Energía utilizable
 ANABÓLICAS
Moléculas Pequeñas + Energía
 ANFIBÓLICAS
Funcionan como Anabólicas o Catabólicas según
condiciones energéticas de la célula
Moléc. grandes
 Reacciones específicas
 En conjunto energéticamente favorable (G < 0)
 Reacciones acopladas
Reacciones acopladas
A
B+C
Gº’= +6 kJ/mol
B
D
Gº’= -10 kJ/mol
A+B
C+D
Gº’= - 4 kJ/mol
Ambas reacciones poseen un intermediario común (en este caso es
el compuesto B)
Gº’ cambio de energía libre en condiciones estándar
(pH=7, 25ºC, […]=1M)
17
04/03/2015
ATP: divisa universal de energía
Hidrólisis del ATP
ATP
ADP + P
G= -30.5 kJ/mol
Muchas reacciones químicas y otros
fenómenos endergónicos se acoplan a
la hidrólisis del ATP
Sintesis de ATP a partir de:
a) la disipación de un gradiente de iones, preformado
b) por acoplamiento a reacciones que liberan energía (exergónicas)
18
04/03/2015
Compuestos con alto potencial de
transferencia de grupo fosfato
La síntesis de ATP puede acoplarse a la hidrólisis de los compuestos
que están por encima de él en la Tabla.
Fuentes de ATP durante el ejercicio
19
04/03/2015
El recambio de ATP es muy alto
1 molécula de ATP:
tiempo de vida 1 min.
1 organismo en estado estacionario:
100 g de ATP
1 humano en reposo consume
40 kg de ATP/día
1 humano en ejercicio intenso:
0.5 kg ATP/min…
60 kg/2hs
La carga energética regula el metabolismo
CE 
[ ATP ]  1 / 2[ ADP ]
[ ATP ]  [ ADP ]  [ AMP ]
Varía entre 0 y 1
Amortiguado entre 0.8 y 0.95
PF 
[ ATP ]
[ ADP ].[ P ]
CE: carga energética
PF: potencial de fosforilación (depende de la [fosfato libre])
20
04/03/2015
21