iii. tecnología y aplicación de enzimas

FACULTAD DE CIENCIAS
·Universidad de Córdoba·
Edificio de Gobierno (Campus de Rabanales) 14071-Córdoba
Curso académico: 2014 - 2015
DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA
Titulación:
Asignatura:
Curso en el que se imparte:
BIOQUÍMICA
Código:
8981
ENZIMOLOGÍA
Carácter:
PRIMERO
Créditos:
(Anual, 1er ó 2º
cuatrimestre)
2º
CUATRIMESTRE
Tipo:
TRONCAL
(Troncal, Obligatoria, Optativa, Libre
elección)
Totales
Teóricos
Prácticos
LRU
5
3
2
ECTS
4,5
Idioma en el que se imparte:
ESPAÑOL
Dirección Web asignatura:
DATOS BÁSICOS DE LOS PROFESORES
Responsable ó
coordinador:
Nombre y apellidos
Departamento
Ubicación
Área de
conocimiento
MANUEL TENA ALDAVE
[email protected]
BIOQUÍMICA Y
BIOLOGÍA
MOLECULAR
CAMPUS DE
RABANALES.
Edif. Severo Ochoa
BIOQUÍMICA Y
BIOLOGÍA
MOLECULAR
Otros:
DATOS ESPECÍFICOS DE LA ASIGNATURA
Descriptores
BOE
Situación
Mecanismos de las reacciones enzimáticas. Cinética enzimática. Activación e inhibición enzimáticas, efectos alostéricos y
cooperativos. Métodos experimentales y tecnología de enzimas. Análisis enzimático
Prerrequisitos: Ninguno
Contexto dentro de la Titulación: Suministro de formación en aspectos fundamentales relacionados con el estudio, preparación y
aplicación de enzimas.
Recomendaciones: Estudios previos de Bioquímica general.
Competencias
Transversales/genéricas:
Instrumentales
1. Capacidad de análisis y síntesis
2. Capacidad de organización y planificación
3. Resolución de problemas
Personales
4. Trabajo en equipo
5. Razonamiento crítico
6. Compromiso ético
Sistémicas
7. Aprendizaje autónomo
8. Creatividad
Otras
9. Capacidad de aplicar conocimientos teóricos a la práctica
1
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Específicas:
 Cognitivas (saber):
10. Normas para la clasificación y denominación de enzimas
11. Principales mecanismos relacionados con la acción enzimática
12. Mecanismos de regulación de la actividad enzimática
13. Principales aplicaciones tecnológicas de enzimas
 Procedimentales/instrumentales (saber hacer):
14. Plantear mecanismos de reacciones enzimáticas y deducir las leyes cinéticas correspondientes
15. Realizar ensayos cinéticos e interpretar sus resultados
16. Analizar datos de cinética enzimática normal y cooperativa
17. Diseñar y aplicar métodos de análisis enzimático
18. Realizar servicios y procesos relacionados con la enzimología
 Actitudinales (ser):
19. Ser autónomo para el estudio y para plantear y resolver problemas
Objetivos
Metodología
Nº de horas de trabajo
del alumno
El objetivo general de esta asignatura es lograr que el alumno conozca las propiedades físico-químicas y cinéticas de las enzimas y
que adquiera la habilidad para utilizar estas propiedades en sus aplicaciones tecnológicas.
Objetivos concretos:
a) Conocimiento de los conceptos básicos de la enzimología, en relación con la naturaleza, estructura, propiedades de las enzimas y la
cinética enzimática.
b) Conocimiento de la historia y el estado actual de la tecnología basada en el uso de enzimas.
c) Aprendizaje de las bases conceptuales y metodológicas del uso tecnológico, directo o indirecto, de la actividad de las enzimas.
d) Conocimiento de los principios y técnicas de identificación, extracción y purificación, y empleo de enzimas con fines tecnológicos.
e) Conocimiento de los principios y técnicas de modificación de las enzimas, desarrolladas en respuesta a las necesidades
tecnológicas.
Primer cuatrimestre (nº de horas):
Clases teóricas:
Clases prácticas:
Exposiciones y seminarios:
Tutorías especializadas (presenciales o virtuales):
a.
Colectivas:
b.
Individuales:
Realización de actividades académicas dirigidas:
a. Con presencia del profesor:
b. Sin presencia del profesor:
Otro trabajo personal autónomo:
a.
Horas de estudio:
b.
Preparación de trabajo personal:
c.
…
Realización de exámenes
Examen escrito:
a.Exámenes orales (control del trabajo personal):
b.Examen práctico:
Segundo cuatrimestre (nº de horas): 120
Clases teóricas: 21
Clases prácticas: 14
Exposiciones y seminarios:
Tutorías especializadas (presenciales o virtuales): 4
a. Colectivas:
b. Individuales:
Realización de actividades académicas dirigidas: 15
a. Con presencia del profesor: 1
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b. Sin presencia del profesor: 14
Otro trabajo personal autónomo: 43
a. Horas de estudio: 32
b. Preparación de trabajo personal: 11
c…
Realización de exámenes: 23
a. Examen escrito: 3
b. Exámenes orales (control del trabajo personal):
c. Examen práctico:
d. Preparación examen: 20
Técnicas
Docentes
Señalar con una X las
técnicas que va a utilizar
en el desarrollo de la
asignatura
Sesiones académicas teóricas
Sesiones académicas prácticas
Exposición y debate
Visitas y excursiones
Tutorías especializadas
Otras (indicar)
X
X
X
X
X
Desarrollo y justificación:
Las sesiones académicas teóricas se desarrollarán en forma de lecciones magistrales de una hora en los horarios previstos.
Las sesiones académicas prácticas se desarrollarán en los laboratorios del Departamento de Bioquímica en horario de tarde en
sesiones de 4 horas.
La exposición y debate de los seminarios trabajados por los alumnos se harán en clase en presencia del resto de los alumnos y del
profesor.
Las tutorías especializadas se harán en grupos pequeños de alumnos en el despacho del profesor. Con ellas se facilitará la
elaboración de trabajos, memorias y seminarios de los alumnos y su proceso de aprendizaje.
Bloques
temáticos
Dividir el temario en
bloques
(sin nº máximo ni mínimo)
Bibliografía
Bloque 1. MECANISMOS DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS
Bloque 2. CINÉTICA ENZIMÁTICA
Bloque 3. TECNOLOGÍA Y APLICACIÓN DE ENZIMAS
General:
PRICE N.C., STEVENS L. Fundamentals of Enzymology: The Cell and Molecular Biology of Catalytic Proteins. Oxford University
Press, Oxford, 3 ed., 1999
MAHLER H.R., CORDES E.H. Biological Chemistry. Harper & Row, New York, 2 ed., 1971
Textos generales de Bioquímica (Lehninger, Mathews y van Holde, Rawn, Stryer, Voet y Voet, Zubay, etc)
Específica:
Mecanismos de las reacciones enzimáticas:
FREY P.A., HEGEMAN A.D. Enzymatic Reaction Mechanisms. Oxford University Press, New York, 2007
IUBBM. Enzyme Nomenclature. Academic Press, New York, 1992. (http://www.chem.qmul.as.uk/iubm/enzyme/).
Cinética enzimática:
CÁRDENAS J., FERNÁNDEZ E., GALVÁN F., MÁRQUEZ A.J., VEGA J.M. Problemas de Bioquímica. Editorial Alhambra, Madrid,
1988.
COOK P.F., CLELAND W.W. Enzyme Kinetics and Mechanism. Garland Science, London and New York, 2007
COPELAND R.A. Enzymes: A Practical Introduction to Structure, Mechanism, and Data Analysis. Wiley-VCH, New York, 2000.
CORNISH-BOWDEN A. Fundamentals of Enzyme Kinetics. Portland Press, London, 3rd ed., 2004.
LAIDLER K., BUNTING P.S. The Chemical Kinetics of Enzyme Action. Clarendon Press, Oxford, 2 ed., 1973.
MARANGONI A.G. Enzyme Kinetics: A Modern Approach. Wiley-Interscience, Hoboken, NJ, 2003
NUÑEZ DE CASTRO I. Enzimología. Ediciones Pirámide, Madrid, 2001.
SEGEL I.H. Enzyme Kinetics: Behavior and Analysis of Rapid Equilibrium and Steady-State Enzyme Systems. Wiley-Interscience,
New York, 1993
Tecnología y aplicación de enzimas:
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CHAPLIN M.F., BUCKE C. Enzyme Technology. Cambridge University Press, Cambridge, 1990
GACESA P., HUBBLE C. Tecnología de las Enzimas. Editorial Acribia SA, Zaragoza, 1990
NAGODAWITHANA T., REED G. Enzymes in Food Processing. Academic Press, New York, 2 ed., 1993
SERRANO R. Introducción a las Aplicaciones de las Enzimas. Alhambra, Madrid, 1985
WISEMAN A. Manual de Tecnología de los Enzimas. Editorial Acribia SA, Zaragoza, 1991
Técnicas de
evaluación
Enumerar, tomando como
referencia el catálogo de
la guía común.
Incluir criterios de
evaluación y calificación
(referidos a las
competencias trabajadas
durante el curso)
La asistencia a prácticas y redacción de una Memoria individualizada de la labor realizada es condición necesaria para superar la
asignatura.
La evaluación de la asignatura se hace a partir de la nota obtenida en un examen final [1], la cual se complementa hasta en un 50% de
acuerdo con: a) asistencia y actitud en las clases prácticas y calidad de la Memoria final entregada [2], b) asistencia a clases de
teoría [3], c) pruebas y ejercicios encargados o realizados en clase [4] y d) desarrollo y presentación de un tema relacionado
con el programa de la asignatura [5]. De acuerdo con lo anterior la nota final será la mejor de las siguientes alternativas:
1) 0,50 [1] + 0,25 [2] + 0,05 [3] + 0,10 [4] + 0,10 [5]
2) 0,60 [1] + 0,25 [2] + 0,05 [3] + 0,10 [4]
3) 0,70 [1] + 0,25 [2] + 0,05 [3]
4) 0,75 [1] + 0,25 [2]
Los exámenes permitirán evaluar las competencias 1, 3, 5, 7, 10, 11, 12, 14, 16 y 19.
Las prácticas permitirán evaluar las competencias 2, 4, 6, 8, 9, 13, 14, 15, 16, 17 y 18.
Los seminarios permitirán evaluar las competencias 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12 y 19.
Organización Docente Semanal
Distribución del número de horas que se especifican en el apartado de Metodología en 18 semanas para una asignatura cuatrimestral y 36 para una anual (clases + periodo de exámenes).
Indicar el número de horas que, a cada tipo de sesión, va a dedicar el estudiante cada semana.
Semanas
Nº de horas de
sesiones
teóricas
Primer cuatrimestre
1ª semana
2ª semana
3ª semana
4ª semana
5ª semana
….
….
….
18ª semana
Segundo cuatrimestre
1ª semana
2ª semana
3ª semana
4ª semana
5ª semana
6ª semana
7ª semana
8ª semana
9ª semana
10ª semana
11ª semana
12ª semana
13ª semana
14ª semana
15ª semana
16ª semana
17ª semana
18ª semana
Programa de
contenidos
Teóricos:
Con indicación de las
competencias que se van
a trabajar en cada lección
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
1
1
Nº de horas
sesiones
prácticas
Nº de horas
exposiciones y
seminarios
Nº de horas
visita y
excursiones
Nº de horas
tutorías
especializadas
Nº de horas de
…….
Exámenes
Temas del
temario a tratar
1
2
2,3
4
5
6,7
7
7,8
8
9,10
11
11
1
10
2
2
1
1
1
1
3
I.
MECANISMOS DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS
Tema 1. CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA ENZIMÁTICA
Introducción.- Desarrollo histórico.- Nomenclatura sistemática, trivial y numérica de enzimas.
Competencias: 1, 3, 5, 7, 10, 19
Tema 2. MECANISMOS DE ACCIÓN ENZIMÁTICA
Introducción.- Mecanismos de las reacciones enzimáticas:- Rutas de las reacciones enzimáticas.- Centro activo enzimático.
Identificación de aminoácidos del centro activo enzimático. Conformación del centro activo enzimático.- Mecanismos relacionados con
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la catálisis enzimática. Efectos de proximidad y orientación. Catálisis ácido-base, catálisis por iones metálicos y catálisis electrostática.
Catálisis covalente. Catálisis por distorsión.- Mecanismos de acción de ciertos enzimas. Lisozima. Ribonucleasa A. Quimotripsina y
otras serín-proteasas.- Especificidad enzimática.
Competencias: 1, 3, 5, 7, 11, 19
Tema 3. COENZIMAS
Introducción.- ATP.- Nucleótidos de uridina, citidina, guanosina e inosina.- Coenzima A.- Ácido lipoico.- Glutatión.- Fosfato de piridoxal.Pirofosfato de tiamina.- Ácido tetrahidrofólico.- Coenzimas transferidores de hidrógeno. Nucleótidos de piridina. Coenzimas de flavina.Biotina.- Coenzimas derivados de aminoácidos .- Coenzimas de la vitamina B12.- Coenzimas hemo.- Otros coenzimas metálicos.
Competencias: 1, 3, 5, 7, 11, 19
II.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Tema 4. GENERALIDADES SOBRE CINÉTICA ENZIMÁTICA
Introducción. Cinética química y cinética enzimática.- Generalidades sobre cinética química. Cinética de reacciones irreversibles y
reversibles de órdenes cero, uno y dos. Reacción con formación de un intermediario: aproximaciones de estado de equilibrio y de
estado estacionario.- Unidades de actividad enzimática. Tipos de ensayo. Factores a controlar en los ensayos.- Aspectos especiales:
Analizadores enzimáticos. Cinética rápida.
Competencias: 1, 3, 5, 7, 14, 16, 19
Tema 5. REACCIONES ENZIMÁTICAS MONOSUSTRATO
Introducción.- Mecanismo de Michaelis-Menten. Tratamientos de estado de equilibrio y de estado estacionario. Parámetros cinéticos y
determinación de los mismos.- Mecanismos con formación reversible de uno y dos intermediarios. Mecanismos homeomorfos.mecanismos con formación de un intermediario covalente.- Cinética de reacciones enzimáticas consecutivas.
Competencias: 1, 3, 5, 7, 14, 16, 19
Tema 6. ACTIVACIÓN ENZIMÁTICA
Introducción.- Generalidades sobre activadores. Modelos de activación esencial: Distinción entre modelos y obtención de parámetros
cinéticos de interés.- Iones metálicos como activadores: Modelos y características distintivas.
Competencias: 1, 3, 5, 7, 14, 16, 19
Tema 7. INHIBICIÓN ENZIMÁTICA
Introducción. Importancia de los inhibidores enzimáticos.- Tipos de inhibidores enzimáticos. Inhibidores irreversibles y reversibles.Clasificación de inhibidores reversibles.- Mecanismo inhibidor generalizado: Inhibidores competitivos, no competitivos y acompetitivos.Inhibición y activación por el sustrato.- Inhibición por el producto.
Competencias: 1, 3, 5, 7, 14, 16, 19
Tema 8. REACCIONES ENZIMÁTICAS BISUSTRATO
Introducción. Reacciones multisustrato. Nomenclatura y clasificación de los mecanismos de reacción.- Reacciones bisustrato. Ley
general de velocidad inicial. Representaciones primarias y secundarias. Determinación de parámetros cinéticos.- Mecanismo pingpong.- Mecanismos secuenciales: ordenado, de Theorell-Chance y al azar.- Discriminación entre mecanismos. Inhibición por
productos.
Competencias: 1, 3, 5, 7, 14, 16, 19
Tema 9. EFECTOS DEL pH Y DE LA TEMPERATURA
Efecto del pH en la actividad enzimática.- Efecto de la temperatura en la actividad enzimática.
Competencias: 1, 3, 5, 7, 14, 16, 19
Tema 10. ENZIMAS ALOSTÉRICOS
Introducción. Cooperatividad y alosterismo.- Unión de ligandos a proteínas monoméricas y oligoméricas. Cooperatividad positiva y
negativa.- Modelos para explicar la unión del oxígeno a la hemoglobina. Ecuaciones de Hill y de Adair. Diagnóstico de comportamiento
cooperativo en base a la ecuación de Hill. – Modelos de comportamiento alostérico. Modelo de Monod de enzimas alostéricos. Efectos
homotrópicos y heterotrópicos en sistemas V y K.- Cooperatividad negativa.- Pruebas para el diagnóstico de proteínas alostéricas.
Competencias: 1, 3, 5, 7, 12, 14, 16, 19
III.
TECNOLOGÍA Y APLICACIÓN DE ENZIMAS
Tema 11. TECNOLOGÍA Y APLICACIÓN DE ENZIMAS
Inmovilización de enzimas y de células. Métodos, propiedades y aplicaciones.- Enzimas de interés industrial. Tipos principales y
aplicaciones.- Aplicaciones analíticas de enzimas. Métodos enzimáticos de análisis de metabolitos. Biosensores. Inmunoensayos con
marcaje enzimático.- Aspectos clínicos de la enzimología.- Ingeniería enzimática.
Competencias: 1, 3, 5, 7, 13, 17, 18, 19
Programa de
contenidos
Prácticos:
Práctica 1. Técnicas generales: Determinación de azúcares reductores por el método del ácido dinitrosalicílico. Determinación de
proteínas por el método de Bradford. Determinación polarimétrica de glucosa y fructosa.
Competencias: 2, 4, 6, 8, 9, 14, 15, 16, 17
Con indicación de las
competencias que se van
a trabajar:
Práctica 2. Extracción y ensayo de la actividad invertasa ácida de levadura de panadería. Purificación parcial de la actividad invertasa
por precipitación selectiva con sulfato amónico y diálisis.
Competencias: 2, 4, 6, 8, 9, 14, 15, 16, 17
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Práctica 3. Estudio cinético de la actividad invertasa de levadura de panadería. Determinación de velocidades iniciales. Estudio del
efecto de la concentración de enzima, pH, temperatura y concentración de sustrato sobre la actividad invertasa.
Competencias: 2, 4, 6, 8, 9, 14, 15, 16, 17
Práctica 4. Inmovilización de la actividad invertasa en geles de alginato y de poliacrilamida. Caracterización del enzima inmovilizado
Competencias: 2, 4, 6, 8, 9, 14, 15, 16, 17, 18
Práctica 5. Construcción de un reactor enzimático conteniendo glucosa isomerasa inmovilizada.
Competencias: 2, 4, 6, 8, 9, 14, 15, 16, 17, 18
Mecanismo de
Control y
Seguimiento:
Se realizará el seguimiento mediante una encuesta general.
Al margen de las
contempladas a nivel
general para toda la
experiencia piloto, se
recogerán aquí los
mecanismos concretos
que los docentes
propongan para el
seguimiento de cada
asignatura
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Distribución ECTS
(a) 1 ECTS = 26,67 horas trabajo. (b) Estudio personal del alumno durante el curso 18 (cuatrimestral) o 36 (anual) semanas: 1,5 horas de estudio por cada hora de teoría y 0,75 horas de estudio por cada hora de prácticas.
(c)Las tutorías se encuentran incluidas en el total de Actividades Académicamente Dirigidas.
Actividad
Actividad Docente
Materia
Evaluación
Horas
presenciales
Horas no
presenciales
Horas ECTS a
55%
21
32
53
Se valorará contenido, exposición,
presentación, etc.
10%
1
4
11
Cuaderno de laboratorio,
anotaciones, experimentos,
ejercicios, informe, etc.
Evaluación continuada, cuaderno,
ejercicios, informes, actitud
25%
14
11
19
Explicación de las
prácticas
Cuaderno de campo,
anotaciones, ejercicios,
informe, etc.
Evaluación continuada, cuaderno,
ejercicios, informes, actitud
Preparar colección
base de cuestiones
teóricas y problemas
Resolver cuestiones y
problemas propuestos por
el profesor y por el alumno
Ejercicios, trabajos, informes, etc.
10%
4
10
4
3
20
23
43
77
120
Profesor
Alumno
Procedimiento
Peso en la nota
final
Teoría
Exposición de la
Teoría. Apoyo con
audiovisuales
Tomar apuntes, copiar el
material audiovisual
Tipo de preguntas. Se valorará
razonamiento y capacidad de síntesis
Ejercicios y
problemas
Respuestas y
soluciones
Apuntes. Formulación de
preguntas y dudas
Problemas numéricos. Se valorarán
razonamientos, unidades y convenios,
resultados, lenguaje, etc.
Seminarios
Distribución de los
trabajos, recomendar
bibliografía, orientar
Exposición del seminario en
el aula
Clases en laboratorio
Prácticas de
laboratorio
Presentación de
normas. Explicación
de las prácticas
Clases en campo
Prácticas de campo
Actividades dirigidasc
Ejercicios y
problemas,
realización de
trabajos, informes,
seminarios, etc.
Clases en aula
Teoría y/o problemas
Poner, vigilar y
corregir el examen.
Calificar globalmente
al alumno
Exámenes
Prácticas
Preparación de examen
(nº horas)
Realización de examen
(nº horas)
Preparación de examen
(nº horas)
Realización de examen
(nº horas)
TOTAL CARGA DOCENTE DEL ALUMNO
7
100 %