Facultad de Ciencias UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA Programación de Asignatura

Facultad de Ciencias

_U

C

TITULACIÓN BIOQUÍMICA CURSO ACADÉMICO 2012/2013

TÍTULO DE LA ASIGNATURA CÓDIGO

ESTRUCTURA DE MACROMOLÉCULAS 8982

CURSO EN QUE SE IMPARTE: CUARTO GRUPO A

TIPO DE ASIGNATURA: TRONCAL OBLIGATORIA OPTATIVA L.C.

NÚMERO DE CRÉDITOS: TEÓRICOS 6,0 PRÁCTICOS 2,0

ÁREA DE CONOCIMIENTO: Química Orgánica (3 Cr.)

Química Física (2,5 Cr.)

Bioquímica y Biología Molecular (2,5 Cr.) DEPARTAMENTO/S RESPONSABLE/S

DENOMINACIÓN UBICACIÓN

Química Orgánica

Química Física y Termodinámica Aplicada Bioquímica y Biología Molecular

Campus de Rabanales, Edificio C-3 Campus de Rabanales, Edificio C-3 Campus de Rabanales, Edificio C-6 PROFESORADO QUE LA IMPARTE

TEORÍA PRÁCTICAS

Dr. Diego Luna Martínez (Química Orgánica, temas 1-9)

Dra. Teresa Pineda Rodríguez (Química Física, temas 10-15)

Dr. José Antonio Bárcena Ruiz (Bioquímica, temas 16-23 )

Dr. Diego Luna Martínez (Química Orgánica) Dra. Teresa Pineda Rodríguez (Química

Física)

Dr. José Antonio Bárcena Ruiz (Bioquímica)

DESCRIPTORES SEGÚN B.O.E.:

Aproximaciones teóricas y experimentales a las propiedades químicas y físicas de proteínas, ácidos nucleicos y complejos macromoleculares.

OBJETIVOS:

Impartir al alumno de primer curso de la Licenciatura de Bioquímica un curso general de introducción a los aspectos estructurales de las macromoléculas biológicas más características: glúcidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Adquirir conocimientos avanzados sobre la estructura de las proteínas y de los ácidos nucleicos y sus implicaciones funcionales. Comprender los mecanismos de plegamiento correcto de las proteínas y las causas y consecuencias de los plegamientos aberrantes. Comprender la naturaleza de las interacciones entre macromoléculas con énfasis en el carácter específico de las mismas: Aprender a descargar, visualizar y manipular estructuras tridimensionales de macromoléculas mediante programas informáticos.

Metodología pedagógica: Los profesores presentan las líneas generales de los diferentes temas que componen el programa, a lo largo de las clases teóricas y prácticas, así como la bibliografía complementaria imprescindible. En estas clases se plantearán cuestiones relacionadas con el tema estudiado, a resolver inmediatamente o en clases posteriores, con lo que se favorece la participación activa del alumno. Así mismo es una prioridad pedagógica

favorecer la máxima utilización de las horas de tutoría para aclarar todos aquellos aspectos no desarrollados exhaustivamente en las clases teóricas.

PROGRAMA TEÓRICO:

1.- Clasificación de las macromoléculas orgánicas.

Concepto de macromoléculas. Polímeros sintéticos. Polimerización de adición, condensación. Polimerización radicálica, catiónica y aniónica. Polimerización estereorregular.

2.- Macromoléculas de interés bioquímico.

Tipos. Técnicas químicas para el estudio de macromoléculas biológicas: Hidrólisis, activación y protección de grupos, marcado químico, oxidación, bloqueo, etc.

3.- Polisacáridos.

Monosacáridos: estructura cíclica, propiedades químicas. Clasificación de polisacáridos. Conformación de las cadenas polisacáridas.

4.- Péptidos y Proteínas.

Aminoácidos: clasificación y estructura. Propiedades físicas. Carácter iónico. Reacciones características: grupo carboxilo, grupo amino y cadena lateral.

5.- Síntesis de Péptidos.

Grupos protectores y activantes. Unión dirigida. Procesos no racemizantes. Síntesis automatizada de péptidos.

6.- Estructura primaria de proteínas.

Determinación de la secuencia de aminoácidos. Degradación de Sanger. Degradación de Edman. Hidrólisis selectiva. Factores que determinan la conformación de los péptidos. El enlace peptídico.

7.- Acidos Nucleicos.

Bases Púricas y Pirimidínicas. Nucleósidos y Nucleótidos. Polinucleótidos. Problemas en torno a la determinación estructural de estos compuestos. Posición del ester fosfórico. Tipo de glúcido. Forma de la Base. Unión glicosídica base-glúcido. Forma de unión de los nucleótidos. Secuenciación de polinucleótidos.

8.- Síntesis química de oligonucleótidos.

Aproximación general al problema de síntesis. Protección del grupo 5'OH. Protección de la base. Síntesis en fase sólida. Automatización de la misma.

9.- Técnicas espectroscópicas en el estudio de macromóleculas biológicas.

Panorama general. Espectrometrías IR y FT-IR. Espectrometría UV-Visible. RMN de H1 y C13 . Empleo de otros núcleos: P31 , F19 y N15 , principalmente. Espectrometría de masas. Técnicas de ionización no degradantes. Información a través de iones negativos. Información a través de los picos isotópicos.

10.- Conformación de macromoléculas biológicas.

Niveles de estructura en macromoléculas biológicas. Estructura primaria y orden secuencial de resíduos. Estructura secundaria. Estructura terciaria: ordenamiento tridimensional de residuos. Estructura cuaternaria: ordenamiento de subunidades. Experimentación en biofísica química: calidad de la muestra; estructura; estrategias básicas.

11.- Análisis conformacional y fuerzas que determinan la estructura de proteinas.

Introducción. Geometría de la cadena polipeptídica: ángulos de rotación interna; diagramas de Ramachandran. Estimaciones de energía potencial: interacciones de no-enlace; interacciones dipolares; potencial de torsión intrínseco. Resultado de los cálculos de energia potencial. Enlaces de hidrógeno. Interacciones hidrofóbicas y estructura del agua. Interacciones iónicas. Interacciones hidrofóbicas vs iónicas. Enlaces disulfuro. Predicción de la estructura de proteinas. Construcción del modelo molecular por ordenador.

Características generales de la estructura de ácidos nucleicos. Geometrías: isómeros rotacionales del enlace glicosídico; ángulos de rotación del esqueleto e impedimentos estéricos; interacciones de primer orden; interacciones de segundo orden; extensión del análisis. Apareamiento de bases. Apilamiento de bases. Estructura terciaria en ácidos nucleicos.

13.- Transiciones conformacionales en proteinas.

Introducción. Transiciones conformacionales en polipéptidos: carácter cooperativo; temperatura de transición; teoría termodinámica simple; tratamiento estadístico completo. Transiciones conformacionales en proteinas. Parámetros termodinámicos: modelo de dos estados. Intermedios en la desnaturalización de proteinas. Estudios cinéticos.

14.- Técnicas de caracterización en macromoléculas.

Introducción. Viscosidad: teoría hidrodinámica de macromoléculas; aplicaciones de la técnica viscosimétrica. Difusión y sedimentación: coeficiente de difusión de macromoléculas; velocidad de sedimentación; equilibrio de sedimentación; gradiente de densidad. Cromatografía de exclusión.

15.- ELEMENTOS DE ESTRUCTURA DE PROTEÍNAS.

Introducción. Tipos de estructura secundaria de proteínas. Predicción de estructuras. Estructura terciaria: motivos estructurales (globulares; fibrosas). Organización en estructura terciaria por dominios: Estructura cuaternaria. Proteínas demembrana.

16.- PLEGAMIENTO Y DESPLEGAMIENTO DE PROTEÍNAS.

Consideraciones generales. Plegamiento in vitro. Plgamiento de proteínas de membrana Plegamiento, desplegamiento y traslocación in vivo. Estructura y mecanismo de acción de chaperones.

17.- ESTABILIDAD Y FLEXIBILIDAD DE LAS PROTEÍNAS Y ENFERMEDADES

CONFORMACIONALES. Introducción. “Plegamiento sinérgico” o proteínas “Intrínsecamente desestructuradas” Enfermedades conformacionales: Anemia falciforme Enfermedades priónicas y fibrillas de Amiloide. Estudio detallado de las Serpinas.

18.- RELACIÓN ESTRUCTURA FUNCIÓN EN PROTEÍNAS E INTERACCIONES

PROTEÍNA-PROTEÍNA.

Estructuras similares con funciones distintas. Estructuras diversas con la misma función. Proteínas con más de una función (“pluriempleo”). Secuencias con más de un plegamiento (“Secuencias camaleónicas”).Complejos permanentes y transitorios entre proteínas. Métodos experimentales para el estudio de interacciones proteína-proteína. “Interactómica”: redes de interacciones proteína-proteína. Diseño de fármacos basado en la estructura de proteínas (“docking”).

19.- ÁCIDOS NUCLEICOS: ESTRUCTURA DINÁMICA DEL DNA

Introducción Estructura clásica del DNA, Surcos mayor y menor, Geometría de las bases y relación con la configuración: apertura, alabeo, bote, torsión, rotación, ladeamiento. Tipos de DNA Variabilidad conformacional en oligonucleótidos artificiales, Estructura detallada del oligonucleótido d(CGCGAATTCGCG). Flexibilidad en la molécula de DNA

20.- UNIÓN ESPECÍFICA A DNA DE PROTEÍNAS REGULADORAS: INTERACCIONES

ESPECÍFICAS DNA/PROTEÍNA.

Clasificación funcional. Unión específica de secuencia, Código de reconocimiento en los surcos del DNA, Principales motivos estructurales de reconocimiento del DNA, Motivos hélice-giro-hélice (HTH), Motivos que contienen Zinc., Cremalleras de Leucina de región básica, Dominios de la caja HMG (“High Mobility Group”), Unión a DNA mediante motivos de hoja, Principios generales del reconocimiento DNA-Proteína.

PROGRAMA PRÁCTICO:

Departamento de Química Orgánica (1 Crédito)

Determinación de la estructura primaria de péptidos mediante técnicas espectroscópicas. Aplicación al Glutatión.

1.- Análisis cualitativo de los aminoácidos constituyentes por Cromatografía de

Gases-Espectrometría de Masas.

2.- Evaluación de la información obtenida de la estructura por las técnicas IR y RMN del

protón y carbono-13.

Departamento de Química Física y Termodinámica Aplicada (0,5 Créditos)

1.- Determinación de pesos moleculares por medidas de viscosidad.

2.- Fluorescencia intrínseca de proteinas: espectros de excitación y emisión.

3.- Desnaturalización de proteinas por efecto de la temperatura monitorizada por

fluorescencia. Aplicación a la proteina lisozima.

4.- Desnaturalización de proteinas por agentes desnaturalizantes (urea). Aplicación a la proteina citocromo-C.

Departamento de Bioquímica y Biología Molecular (0,5 Créditos)

1.- Acceso por Internet a bases de datos de proteínas y manejo de programas para la visualización mediante ordenador de estructuras tridimensionales de proteínas y ácidos nucleicos.

SISTEMAS DE EVALUACIÓN:

Teoría: Evaluación continua de la participación en clases teóricas y prácticas, y un examen escrito con preguntas de desarrollo teórico, preguntas cortas y cuestiones de tipo test sobre las materias explicadas.

Prácticas: Evaluación continua de la labor realizada y del trabajo práctico obligatorio presentado.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN:

Teoría: Los que les sean de aplicación entre los establecidos en el Art. 7 del Título III del Reglamento de Docencia y Exámenes aprobado por la Junta de Gobierno el 24/05/1999. En todo caso el examen escrito supondrá al menos un 80% de la nota final

Prácticas: La realización de las prácticas es condición imprescindible para la presentación al

examen de la asignatura. BIBLIOGRAFÍA:

Bibliografía básica: seguidamente se incluye la bibliografía básica recomendada. Esta se considera un complemento indispensable de las clases teóricas impartidas, toda vez que en éstas no es posible cubrir todos los aspectos programáticos, recomendándose en cada tema explicado cual o cuales libros y/o artículos científicosen particular deben ser consultados. • J.M. MACARRULLA & F.M. GOÑI. Biomoléculas. Lecciones de Bioquímica Estructural.

Reverté (1987).

• R.J. SIMMONDS. Chemistry of Biomolecules: An Introduction. Royal Society of Chemistry (1992).

• P. MUNK. Introduction to Macromolecular Science. John Wiley & Sons (1989). • R. BARKER. Química orgánica de los Compuestos Biológicos. Alhambra (1975).

• S. J. WEININGER & F. R. STERMITZ. Quimica Orgánica. Reverte. (1988). • T. W. G. SOLOMONS. Organic Chemistry. John Wiley & Sons (1992).

• C.R. CANTOR & P.R. SCHIMMEL. Biophysical Chemistry (3 vol.) W.H. Freeman & Co. (1980).

• A. HORTA, Macromoléculas (3 Vol.) UNED (1982)

• P.J. FLORY, Principles of polymers Chemistry, Cornell Univ. Press (1975)

• P.R. BERGETHON Y E.R. SIMONS, Biophysical Chemistry. Molecules to Membranes, Springer-Verlag (1990)

• C. BRANDEN & J. TOOZE, Introduction to protein structure (2nd ed.). Garland Publishing Inc. (1999)

• W. SAENGER, Principles of nucleic acid structure. Springer (1984) • A. TRAVERS, DNA-Protein interactions. Chapman & Hall (1993)

• C.O. PABO & R.T. SAUER, Transcription factors: structural families and principles of DNA recognition. Annu. Rev. Biochem. 61:1053-1095 (1992)

• R.C. CALLADINE, Understanding DNA. Academic Press (1992) • D. VOET & J.C. VOET, Bioquímica. Omega. Barcelona (1992)

• Artículos científicos y páginas web específicos que se proporcionarán con cada tema.

• Visualización de macromoléculas con la aplicación SwissPDBViewer (DeepView) en http://spdbv.vital-it.ch/