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Academic Year of Degree: 2025/26

18216 - FUNCTION OF MACROMOLECULES

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Teaching Plan Information

Code - Course title:
18216 - FUNCTION OF MACROMOLECULES
Degree:
531 - Graduado/a en Bioquímica
829 - Microtítulo en Biología Molecular para Ciencias Experimentales
Faculty:
104 - Facultad de Ciencias
Academic year:
2025/26

1. Course details

1.1. Content area

Macromolecule Function (Biochemical Module and Molecular Biology)

1.2. Course nature

531 - Compulsory
829 - Optional

1.3. Course level

531 - Grado (EQF/MECU 6)
829 - Estudios Propios (EQF/MECU 6)

1.4. Year of study

531 - Graduado/a en Bioquímica: 2
829 - Microtítulo en Biología Molecular para Ciencias Experimentales: 1

1.5. Semester

Second semester

1.6. ECTS Credit allotment

6.0

1.7. Language of instruction

Español

1.8. Prerequisites

None.

1.9. Recommendations

Have an English level that allows the student to read bibliography of consultation.

1.10. Minimum attendance requirement

Assistance is highly recommended.

Class attendance and participation will be assessed on a regular basis (see 3. Evaluation methods and percentage in the final grade)

1.11. Subject coordinator

Laura Contreras Balsa

  https://autoservicio.uam.es/paginas-blancas/

1.12. Competences and learning outcomes

1.12.1. Competences / Results of the training and learning outcomes

Specific competences

CE1.- Understand the physical and chemical bases of biological processes at the cellular and molecular level and learn about the tools used to research and acquire mathematical, statistical and computer skills to obtain, analyze and interpret data from biological systems.

CE2.- Understand the principles that determine the molecular structure and chemical reactivity of molecules, macromolecule and complexes, as well as the relationships between their structure and function.

CE3.- Know and understand the differences between procarote and eukaryotic cells, as well as the structure and function of the different cell types (in multicellular organisms) and their subcellular orgánulos.

CE4.- Understand the chemical and thermodynamic principles of molecular recognition and biocatalysis, as well as the role of enzymes and other proteins in determining the functioning of cells and organisms.

CE5.- Understand the structure of the cell membranes and their role in the transport of molecules, energy transduction and signal transduction.

CE6.- Understand the structure, organization, expression, regulation and evolution of genes in living organisms, as well as the molecular bases of genetic and epigenetic variation among individuals.

CE7.- Understand the biochemical and molecular bases of folding, post-reduction modification, intracellular traffic, subcellular location and replacement of cell proteins.

CE9.- Understand the essential aspects of metabolic processes and their control, and have an integrated vision of the regulation and adaptation of metabolism in different physiological situations, with special emphasis on the human species.

CE10.- Having an integrated vision of cell function (including metabolism and gene expression), covering its regulation and the relationship between different cellular compartments.

CE11.- To have an integrated vision of intercellular communication and intracellular signalling systems that regulate the proliferation, differentiation, development and function of tissues and organs, so as to understand how the complexity of molecular interactions determines the phenotype of living organisms, with a special emphasis on the human organism.

CE14.- To know the main current problems and future challenges of Molecule Biosciences, as well as the ethical and social implications of the practical applications of Biochemistry and Molecular Biology in the health and biotechnology sectors.

CE15.- Know the principles, instrumentation and experimental methods used in Biochemistry and Molecular Biology, both in vivo and in vitro and their applications.

CE16.- Know the basic techniques of cell cultures (with an emphasis on animal cells), as well as cell and tissue processing for subcellular orgánulo preparations.

CE17.- Acquire the ability to work accurately, safely, reproducible, rigorous and responsible with biological and chemical material in the laboratories of Biochemistry and Molecular Biology.

CE18.- Know how to search, obtain and interpret the information from the main biological databases (genonomic, transcriptonomic, proteomic, metabolomic and similar derivatives of other mass analysis) and bibliographic data, and use basic bioinformatics tools.

CE19.- Ability to raise hypothesis and solve problems using the scientific method, as well as to understand the limitations of experimental approaches.

 

General competencies

CG2.- Know how to apply knowledge in Biochemistry and Molecular Biology to the professional world, especially in the areas of research and teaching, and of biosanitary activities, including the ability to resolve issues and problems in the field of Molecule Biosciences using the scientific method.

CG3.- Ability to collect and interpret relevant data within the area of Biochemistry and Molecular Biology, as well as to draw conclusions and critically reflect on them in different relevant topics in the field of Molecule Biosciences.

CG4.- Capacity to transmit information, ideas, problems and solutions within the area of Biochemistry and Molecular Biology, including the ability to communicate fundamental aspects of your professional activity to other professionals in your area, or related areas, and to a non-specialized public

CG5.- To have developed the learning skills necessary to undertake subsequent studies of specialization with a high degree of autonomy, including the ability to assimilate the different scientific and technological innovations that are taking place in the field of Molecule Biosciences.

 

Cross-cutting competencies

CT1.- Critical and self-critical reasoning capacity.

CT2.- Capacity to work as a team in a collaborative manner and with shared responsibility.

CT3.- Ethics commitment and concern for professional deontology.

CT4.- Learning capacity and self-employment.

CT5.- Ability to apply the principles of the scientific method.

CT6.- Ability to recognize and analyze a problem, identifying its essential components, and planning a scientific strategy to solve it.

CT7.- Ability to use basic computer tools for communication, information search, and data processing in your professional activity.

CT8.- Ability to read scientific texts in English.

CT9.- Ability to communicate scientific information in a clear and effective way, including the ability to present a job, in oral and written form, to a professional audience, and to understand the language and proposals of other specialists.

1.12.2. Learning outcomes

  • Understand the chemical and thermodynamic principles of molecular recognition and the relevance of molecular recognition in the expression of the role of macromolecules.
  • Know and understand the basic principles of enzymatic kinetic in mono and multisustrate reactions, and the objective of kinetic analysis of enzyme reactions.
  • Understand the biochemical meaning of kinetic constants of an enzyme reaction.
  • Know and understand the applications of the main test methods of the catalytic activity of the enzymes.
  • Apply the linear and nonlinear regression analysis procedures for kinetic data to determine the kinetic constants of an enzyme reaction.
  • Know and understand the different mechanisms of enzyme inhibition and know how to identify the type of inhibition through kinetic analysis.
  • Understand the universal chemical principles involved in the catalytic mechanisms of enzyme reactions and the catalytic role of coenzyme involvement.
  • Understand the relevance of kinetic and structural analysis in the knowledge of the catalysis mechanisms and the structure-function relationship of the enzymes.
  • Understand the function of enzymes in the control of metabolic routes and other biochemical processes, as well as the main molecular mechanisms of regulation of enzyme activity.
  • Know the most relevant clinical and biotechnological applications of enzymes.
  •  

1.12.3. Course objectives

The objectives of the subject are the study of: (i) molecular recognition and its role in the role of biological macromolecules, and (ii) the basic principles of kinetics, catalysis and enzyme regulation.

1.13. Course contents

 

PART I. Molecular recognition and function of biological macromolecules.

Item 1.- Union of ligands to macromolecules. Molecular recognition and structural complementarity. Affinity in the union of ligands to macromolecules. Bimolecule complexes. The kinetic approach to balance in the union of the ligand. The dissociation count, Kd. Affinity Constants vs. constants of union. Specificity in the ligand union; competition between ligands: IC50. Agonists and antagonists.

Item 2.- Experimental methods of analysis of the binding of macromolecules. Qualitative analysis vs. quantitative analysis. Quantitative analysis techniques of linking to macromolecules. Membrane filtration tests. Cromatography of molecular exclusion and affinity chromatography. Electrophoretic mobility tests. Spectroscopic methods: absorbance, fluorescence.

Theme 3.- mathematical analysis of the union of ligands in equilibrium. Saturation grade. Unit of ligand concentration. Interpretation of equations. Representation of experimental data. Results analysis by linear and non-linear regression. Linear representations: Hanes-Woolf and Scatchard. Semi-Logaric representation. Determination of Kd and IC50.

Item 4.- Cooperativity in the union of the ligand. - Positive and negative cooperativeness. Infinite cooperativeness. Saturation grade. Hill equation. Hill Index determination. Alosterism. Allosterical interactions and cooperativeness in the union of the ligand. Molecular models: Monod, Wyman and Changeux symmetry model, Koshland sequential model, Nemethy and Filmer. Hemoglobin and myoglobin: models of protein-lighting interaction and the functional meaning of oligomeric structure and alosterical regulation.

Item 5.- Control of biochemical processes through macromolecular interactions. Protein-protein interaction identification methods. Concept of interaction. Molecular recognition and transduction of extracellular signals. Interfaces in protein-protein interaction and sequence recognition domains. Cooperative Union of DNA proteins and transcription control.

PART II. Enzymes: kinetics, catalysis mechanisms and enzyme regulation.

Item 6.- Introduction. General characteristics of enzymes. Principles of enzyme calysis. The enzyme-sustrate complex. Steoreochemical and specificity of enzyme reactions. Generation of quiral product. Proquiral selectivity. Nature and energy of the state of transition. Enzymatic factors. Nomenclature and classification of enzymes.

Item 7.- Enzymatic tape. Chemistry tape. Speed equation. Reaction speed Constant. Order and molecularity of a reaction. Reaction mechanism. Initial speed. Methods of study of enzyme reactions. Hyperbolic cosmetics. Michaelis-Menten equation. Approximation of balance: model of Henri and Michaelis-Menten. Approximation of the stationary state: Briggs and Haldane modification. Pre-stationary state: kinetic treatment and methods of analysis.

Item 8.- Cynetic parameters. Meaning of Km, Vmax and kcat. Affinity and Ks. Catalytic efficiency. Constant of specificity. Relationship between the kinetic parameters and the constant balance of the reaction: Haldane equation. Pilot determination of kinetic parameters. Linearization of Michaelis-Menten equation: Lineweaver-Burk graphics, Hanes-Woolf and Eadie-Hofstee. Integration of the Michaelis-Menten equation. Km and kcat in enzyme reactions with more than one intermediate complex.

Item 9.- Enzymatic inhibition. Reversible inhibition: competitive, acompetitive and mixed inhibitions; kinetic analysis, inhibition constants, representations of kinetic data and interpretation of results. Irreversible inhibition: covalent modification of enzymes, inhibitor efficiency; inactivation constant. Classification of irreversible inhibitors; structural and kinetic characteristics. Applications of the study of enzyme inhibition; reaction mechanisms, pharmacological applications.

Item 10.- Cintics of multisustrated reactions. Scalpel reactions. Reaction mechanisms. Cleland's terminology. Cintics of the bi-blue reactions; Alberty's general equation. Determination of the reaction mechanism and kinetic constants; primary and secondary representations, interpretation of results. Discrimination between types of mechanisms: product inhibition and reversible inhibitors.

Item 11.- Effect of the reaction medium on enzyme activity. Ionization of acids and bases. Henderson-Hasselbalch equation. Reaction speed pH unit; kinetic analysis. Identification of essential amino acids in the calysis; graphical representations of the kinetic data and determination of the pKe and pKes. Effect of temperature on reaction speed.

Item 12.- Enzymatic catalysis. Theory of the state of transition. Activation energy. Factors responsible for the catalytic power of enzymes. Enzyme-sustrate complex formation: binding energy. Intramolecular catalysis: effects of proximity and orientation. Intropic effect. Molecular mechanisms for the use of union energy. Complementarity enzyme-sustrate and enzyme-state transition. Preferential Union to Transition Status: Induced Adjustment Model and Link Distortion Model.

Item 13.- Catalysis mechanisms. Acid-basic catalysis in enzyme reactions. Electrostatic catalysis. Reaction mechanisms of carbon dioxide and carboxipeptidasa A. Covalent catalysis: nucleophyllic and electrophyllic. Representative examples: hydrolass and reaction mechanisms of protease; formation of magnets and reaction mechanism of type I aldolasa; transfer of phosphate and mechanism of reaction of the kinases. Non-enzymatic biocatalizers: ribozymes, catalytic antibodies, synthetic enzymes.

Item 14.- Enzymatic catalysis involving coenzymes. Oxide-reduction reactions: NAD(P)+ and dehydrogenase reaction mechanism. C-C link formation and breaking reactions: function of thiamine pyrophosphate. Enzymatic transformations of amino acids: function of piridoxal phosphate. Acile transfers: use of coenzyme A.

Item 15.- Enzymatic regulation. Regulation of metabolic pathways. General and specific regulation mechanisms. Flow control coefficient. Regulators. Enzymatic regulation mechanisms: regulation of enzyme synthesis and degradation; regulation of enzyme activity. Allosteric regulation. Sigmoid kinetics and allosteric enzymes. Mechanisms of allosterical interactions and cooperation.

Item 16.- Enzymatic regulation by covalent modification. Interconvertible enzymes. Phosphorylation-defosphorylation reactions. Protein kinases and phosphoprotein phosphatase. Other forms of enzyme regulation by reversible covalent modification. Aproteolytic ctivation of enzymes. Proteolytic activation mechanisms; representative examples: digestive enzymes, processing of HIV polyprotein, dandruffs and apoptosis.

Item 17.- Organised enzyme systems and Isoenzimas. Multi-enzymatic complexes and multi-enzymatic polypeptides: the sintase fatty acid complex, syntase tritophane. Isoenzymes. General characteristics. Hexoquinasa as a representative example of the functional and regulatory role of isoenzymes.

Item 18.- Applications of enzymes. Biotechnological and clinical applications of enzymes. Enzymatic diagnosis. Enzymatic therapy. Enzymatic biotechnology.

1.14. Course bibliography

-

2. Teaching-and-learning methodologies and student workload

2.1. Contact hours

 

#horas

Contact hours (minimum 33%)

 

Independent study time

 

2.2. List of training activities

Activity

# hours

Lectures

 

Seminars

 

Practical sessions

 

Clinical sessions

 

Computer lab

 

 

 

Laboratory

 

Work placement

 

Supervised study

 

Tutorials

 

Assessment activities

 

Other

 

3. Evaluation procedures and weight of components in the final grade

3.1. Regular assessment

Final written review: it will represent 60% of the final note, and will consist of a multiple response test and several open questions. Both types of questions will assess learning outcomes related to knowledge acquisition and their application to solving specific problems. The final exam will include all the contents of the subject. In order to qualify the subject and calculate the final note obtained in this regular evaluation, a minimum rating of 4.5 points will be required in the examination, regardless of the qualification obtained in other evaluable.

Periodical evidence: will take place 2, approximately at the end of the first and second month of the beginning of the classes. The typology of the questions will be similar to those of the final examination. Your contribution to the final note will be 25%.

Continuous evaluation (problems, exercises, etc.): The learning results related to the application of theoretical content will be evaluated to the resolution of specific problems and practical cases. They will contribute 15% to the final note.

Obtaining less than 5 points in the final note of the subject will mean that the subject is not exceeded.

The repeating student may request recognition of the qualification obtained in the task of continuous assessment of the delivery of problems, provided that he has presented the same and exceeded the activity with a rating of 7 points. The rest of the evaluation activities should be overcome again.

 

SUMMARY OF EVALUATION

Activity evaluated

% of the final note

Final review

60%

Periodical evidence

25%

Continuous assessment (problems, etc.)

15%

TOTAL

100%

3.1.1. List of evaluation activities

Evaluatory activity

%

Final exam

 

Continuous assessment

 

3.2. Resit

Extraordinary call: the procedures, evaluation criteria and percentages in the final rating will be the same as in the ordinary call.

 

SUMMARY OF EVALUATION

Activity evaluated

% of the final note

Final review

60%

Periodical evidence

25%

Continuous assessment (problems, etc.)

15%

TOTAL

100%

3.2.1. List of evaluation activities

Evaluatory activity

%

Final exam

 

Continuous assessment

 

4. Proposed workplan

Week

Week

Contents

Contents

Presence hours

Contact hours

1-4

Presentation

Items 1-5

Seminars/Problems

1

8

1

5-10

Items 6-13

Seminars/Problems

Periodical testing

19

4

1

11-15

Items 14-18

Seminars/Problems

Periodical testing

11

4

1

16

Final review

3

 

* This timetable is indicative.


Curso Académico: 2025/26

18216 - FUNCIÓN DE MACROMOLÉCULAS


Información del Plan Docente

Código - Nombre:
18216 - FUNCIÓN DE MACROMOLÉCULAS
Titulación:
531 - Graduado/a en Bioquímica
829 - Microtítulo en Biología Molecular para Ciencias Experimentales
Centro:
104 - Facultad de Ciencias
Curso Académico:
2025/26

1. Detalles de la asignatura

1.1. Materia

Función de Macromoléculas (Módulo Bioquímica y Biología Molecular)

1.2. Carácter

531 - Obligatoria
829 - Optativa

1.3. Nivel

531 - Grado (MECES 2)
829 - Estudios Propios (MECES 2)

1.4. Curso

531 - Graduado/a en Bioquímica: 2
829 - Microtítulo en Biología Molecular para Ciencias Experimentales: 1

1.5. Semestre

Segundo semestre

1.6. Número de créditos ECTS

6.0

1.7. Idioma

Español

1.8. Requisitos previos

Ninguno.

1.9. Recomendaciones

Disponer de un nivel de inglés que permita al alumno leer bibliografía de consulta.

1.10. Requisitos mínimos de asistencia

La asistencia es muy recomendable.

La asistencia y participación en clase se evaluará de forma regular (ver 3. Métodos de evaluación y porcentaje en la calificación final)

1.11. Coordinador/a de la asignatura

Laura Contreras Balsa

  https://autoservicio.uam.es/paginas-blancas/

1.12. Competencias y resultados del aprendizaje

1.12.1. Competencias / Resultados del proceso de formación y aprendizaje

Competencias específicas

CE1.- Entender las bases físicas y químicas de los procesos biológicos a nivel celular y molecular y conocer las herramientas empleadas para investigarlas y adquirir las habilidades matemáticas, estadísticas e informáticas para obtener, analizar e interpretar datos de sistemas biológicos.

CE2.- Comprender los principios que determinan la estructura molecular y la reactividad química de moléculas, macromoléculas y complejos supramoleculares, así como las relaciones entre su estructura y función.

CE3.- Conocer y entender las diferencias entre células procariotas y eucariotas, así como la estructura y función de los distintos tipos celulares (en organismos multicelulares) y de sus orgánulos subcelulares.

CE4.- Comprender los principios químicos y termodinámicos del reconocimiento molecular y de la biocatálisis, así como el papel de los enzimas y otras proteínas en determinar el funcionamiento de las células y organismos.

CE5.- Comprender la estructura de las membranas celulares y su papel en el transporte de moléculas, transducción de energía y transducción de señales.

CE6.- Comprender la estructura, organización, expresión, regulación y evolución de los genes en los organismos vivos, así como las bases moleculares de la variación genética y epigenética entre individuos.

CE7.- Comprender las bases bioquímicas y moleculares del plegamiento, modificación postraduccional, tráfico intracelular, localización subcelular y recambio de las proteínas celulares.

CE9.- Comprender los aspectos esenciales de los procesos metabólicos y su control, y tener una visión integrada de la regulación y adaptación del metabolismo en diferentes situaciones fisiológicas, con especial énfasis en la especie humana.

CE10.- Tener una visión integrada del funcionamiento celular (incluyendo el metabolismo y la expresión génica), abarcando su regulación y la relación entre los diferentes compartimentos celulares.

CE11.- Tener una visión integrada de los sistemas de comunicación intercelular y de señalización intracelular que regulan la proliferación, diferenciación, desarrollo y función de los tejidos y órganos, para así comprender cómo la complejidad de las interacciones moleculares determina el fenotipo de los organismos vivos, con un énfasis especial en el organismo humano.

CE14.- Conocer los principales problemas actuales y los retos futuros de las Biociencias Moleculares, así como las implicaciones éticas y sociales de las aplicaciones prácticas de la Bioquímica y Biología Molecular en los sectores sanitario y biotecnológico.

CE15.- Conocer los principios, instrumentación y métodos experimentales utilizados en Bioquímica y Biología Molecular, tanto in vivo como in vitro y sus aplicaciones.

CE16.- Conocer las técnicas básicas de cultivos celulares (con un énfasis en las células animales), así como las de procesamiento de células y tejidos para obtener preparaciones de orgánulos subcelulares.

CE17.- Adquirir la capacidad de trabajar de forma precisa, segura, reproducible, rigurosa y responsable con material biológico y químico en los laboratorios de Bioquímica y Biología Molecular.

CE18.- Saber buscar, obtener e interpretar la información de las principales bases de datos biológicos (genómicos, transcriptómicos, proteómicos, metabolómicos y similares derivados de otros análisis masivos) y de datos bibliográficos, y usar las herramientas bioinformáticas básicas.

CE19.- Capacidad de plantear hipótesis y resolver problemas empleando el método científico, así como de entender las limitaciones de las aproximaciones experimentales.

 

Competencias generales

CG2.- Saber aplicar los conocimientos en Bioquímica y Biología Molecular al mundo profesional, especialmente en las áreas de investigación y docencia, y de actividades biosanitarias, incluyendo la capacidad de resolución de cuestiones y problemas en el ámbito de las Biociencias Moleculares utilizando el método científico.

CG3.- Capacidad de reunir e interpretar datos relevantes dentro del área de la Bioquímica y Biología Molecular, así como de extraer conclusiones y reflexionar críticamente sobre las mismas en distintos temas relevantes en el ámbito de las Biociencias Moleculares.

CG4.- Capacidad para transmitir información, ideas, problemas y soluciones dentro del área de la Bioquímica y Biología Molecular, incluyendo la capacidad de comunicar aspectos fundamentales de su actividad profesional a otros profesionales de su área, o de áreas afines, y a un público no especializado

CG5.- Haber desarrollado las habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores de especialización con un alto grado de autonomía, incluyendo la capacidad de asimilación de las distintas innovaciones científicas y tecnológicas que se vayan produciendo en el ámbito de las Biociencias Moleculares.

 

Competencias transversales

CT1.- Capacidad de razonamiento crítico y autocrítico.

CT2.- Capacidad para trabajar en equipo de forma colaborativa y con responsabilidad compartida.

CT3.- Compromiso ético y preocupación por la deontología profesional.

CT4.- Capacidad de aprendizaje y trabajo autónomo.

CT5.- Capacidad para aplicar los principios del método científico.

CT6.- Capacidad para reconocer y analizar un problema, identificando sus componentes esenciales, y planear una estrategia científica para resolverlo.

CT7.- Capacidad de utilizar las herramientas informáticas básicas para la comunicación, la búsqueda de información, y el tratamiento de datos en su actividad profesional.

CT8.- Capacidad de lectura de textos científicos en inglés.

CT9.- Capacidad de comunicar información científica de manera clara y eficaz, incluyendo la capacidad de presentar un trabajo, de forma oral y escrita, a una audiencia profesional, y la de entender el lenguaje y propuestas de otros especialistas.

1.12.2. Resultados de aprendizaje

  • Comprender los principios químicos y termodinámicos del reconocimiento molecular y la relevancia del reconocimiento molecular en la expresión de la función de las macromoléculas.
  • Conocer y comprender los principios básicos de la cinética enzimática en reacciones mono y multisustrato, y el objetivo del análisis cinético de las reacciones enzimáticas.
  • Comprender el significado bioquímico de las constantes cinéticas de una reacción enzimática.
  • Conocer y comprender las aplicaciones de los principales métodos de ensayo de la actividad catalítica de las enzimas.
  • Aplicar los procedimientos de análisis por regresión lineal y no lineal de los datos cinéticos para determinar las constantes cinéticas de una reacción enzimática.
  • Conocer y comprender los diferentes mecanismos de inhibición enzimática y saber identificar el tipo de inhibición a través del análisis cinético.
  • Comprender los principios químicos universales que intervienen en los  mecanismos catalíticos de las reacciones enzimáticas y la función catalítica de la participación de los coenzimas.
  • Comprender la relevancia del análisis cinético y estructural en el conocimiento del los mecanismos de catálisis y de la relación estructura-función de las enzimas.
  • Comprender la función de las enzimas en el control de las rutas metabólicas y de otros procesos bioquímicos, así como los principales mecanismos moleculares de regulación de la actividad enzimática.
  • Conocer las aplicaciones clínicas y biotecnológicas más relevantes de las enzimas.
  •  

1.12.3. Objetivos de la asignatura

Los objetivos de la asignatura son el estudio de: i) el reconocimiento molecular y su papel en la función de las macromoléculas biológicas, y ii) los principios básicos de la cinética, catálisis y regulación enzimática.

1.13. Contenidos del programa

 

PARTE I. Reconocimiento molecular y función de las macromoléculas biológicas.

Tema 1.- Unión de ligandos a macromoléculas. Reconocimiento molecular y complementariedad estructural. Afinidad en la unión de ligandos a macromoléculas. Complejos bimoleculares. La aproximación cinética al equilibrio en la unión del ligando. La constate de disociación, Kd. Constantes de afinidad vs constantes de unión. Especificidad en la unión del ligando; competición entre ligandos: IC50. Agonistas y antagonistas.

Tema 2.- Métodos experimentales de análisis de la unión de ligandos a macromoléculas. Análisis cualitativo vs análisis cuantitativo. Técnicas de análisis cuantitativo de la unión de ligandos a macromoléculas. Ensayos de filtración en membrana. Cromatografía de exclusión molecular y cromatografía de afinidad. Ensayos de movilidad electroforética. Métodos espectroscópicos: absorbancia, fluorescencia.

Tema 3.- Análisis matemático de la unión de ligandos en el equilibrio. Grado de saturación. Dependencia de la concentración de ligando. Interpretación de las ecuaciones. Representación de los datos experimentales. Análisis de resultados por regresión lineal y no lineal. Representaciones lineales: Hanes-Woolf y Scatchard.  Representación semilogarítmica. Determinación de Kd y de IC50.

Tema 4.- Cooperatividad en la unión del ligando.- Cooperatividad positiva y negativa. Cooperatividad infinita. Grado de saturación. Ecuación de Hill. Determinación del índice de Hill. Alosterismo. Interacciones alostéricas y cooperatividad en la unión del ligando. Modelos moleculares: modelo de simetría de Monod, Wyman y Changeux, Modelo secuencial de Koshland, Nemethy y Filmer. Hemoglobina y mioglobina: modelos de la interacción proteína-ligando y del significado funcional de la estructura oligomérica y de la regulación alostérica.

Tema 5.- Control de procesos bioquímicos a través de interacciones macromoleculares. Métodos de identificación de interacciones proteína-proteína. Concepto de interactoma. Reconocimiento molecular y transducción de señales extracelulares. Interfases en la interacción proteína-proteína y dominios de reconocimiento de secuencias. Unión cooperativa de proteínas al DNA y control de la transcripción.

PARTE II. Enzimas: cinética, mecanismos de catálisis y regulación enzimática.

Tema 6.- Introducción. Características generales de las enzimas. Principios de catálisis enzimática. El complejo enzima-sustrato. Esteoreoquímica y especificidad de las reacciones enzimáticas. Generación de producto quiral. Selectividad proquiral. Naturaleza y energética del estado de transición. Cofactores enzimáticos. Nomenclatura y clasificación de enzimas.

Tema 7.- Cinética enzimática. Cinética química. Ecuación de velocidad. Constante de velocidad de reacción. Orden y molecularidad de una reacción. Mecanismo de reacción. Velocidad inicial. Métodos de estudio de las reacciones enzimáticas. Cinética hiperbólica. Ecuación de Michaelis-Menten. Aproximación del equilibrio: modelo de Henri y Michaelis-Menten. Aproximación del estado estacionario: modificación de Briggs y Haldane. Estado pre-estacionario: tratamiento cinético y métodos de análisis.

Tema 8.- Parámetros cinéticos. Significado de Km, Vmax y kcat. Afinidad y Ks. Eficiencia catalítica. Constante de especificidad. Relación entre los parámetros cinéticos y la constante de equilibrio de la reacción: ecuación de Haldane.                                   Determinación experimental de los parámetros cinéticos. Linealización de la ecuación de Michaelis-Menten: gráficos de Lineweaver-Burk, Hanes-Woolf y Eadie-Hofstee. Integración de la ecuación de Michaelis-Menten. Km y kcat en reacciones enzimáticas con más de un complejo intermedio.

Tema 9.- Inhibición enzimática. Inhibición reversible: inhibiciones competitiva, acompetitiva y mixta; análisis cinético, constantes de inhibición, representaciones de datos cinéticos e interpretación de resultados. Inhibición irreversible: modificación covalente de enzimas, eficiencia del inhibidor; constante de inactivación. Clasificación de los inhibidores irreversibles; características estructurales y cinéticas. Aplicaciones del estudio de la inhibición enzimática; mecanismos de reacción, aplicaciones farmacológicas.

Tema 10.- Cinética de las reacciones multisustrato. Reacciones bisustrato. Mecanismos de reacción. Terminología de Cleland. Cinética de las reacciones bisustrato; ecuación general de Alberty. Determinación del mecanismo de reacción y de las constantes cinéticas; representaciones primarias y secundarias, interpretación de resultados. Discriminación entre tipos de mecanismos: inhibición por producto y por inhibidores reversibles.

Tema 11.- Efecto del medio de reacción sobre la actividad enzimática. Ionización de ácidos y bases. Ecuación de Henderson-Hasselbalch. Dependencia de pH de la velocidad de la reacción; análisis cinético. Identificación de aminoácidos esenciales en la catálisis; representaciones gráficas de los datos cinéticos y determinación de los pKe y pKes. Efecto de la temperatura sobre la velocidad de la reacción. 

Tema 12.- Catálisis enzimática. Teoría del estado de transición. Energía de activación. Factores responsables del poder catalítico de las enzimas. Formación del complejo enzima-sustrato: energía de unión. Catálisis intramolecular: efectos de proximidad y orientación. Efecto entrópico. Mecanismos moleculares de utilización de la energía de unión. Complementaridad enzima-sustrato y enzima-estado de transición. Unión preferente al estado de transición: modelo del ajuste inducido y modelo de distorsión de enlaces.

Tema 13.- Mecanismos de catálisis. Catálisis ácido-básica en las reacciones enzimáticas. Catálisis electrostática. Mecanismos de reacción de la anhidrasa carbónica y de la carboxipeptidasa A. Catálisis covalente: nucleófilica y electrofílica. Ejemplos representativos: hidrolasas y mecanismos de reacción de las proteasas; formación de iminas y mecanismo de reacción de la aldolasa de tipo I; transferencia de fosfato y mecanismo de reacción de las quinasas. Biocatalizadores no enzimáticos: ribozimas, anticuerpos catalíticos, enzimas sintéticas.

Tema 14.- Catálisis enzimática con participación de coenzimas. Reacciones de óxido-reducción: NAD(P)+ y mecanismo de reacción de las deshidrogenasas. Reacciones de formación y ruptura de enlaces C-C: función del pirofosfato de tiamina. Transformaciones enzimáticas de los aminoácidos: función del fosfato de piridoxal. Transferencias de acilo: utilización del coenzima A.

Tema 15.- Regulación enzimática. Regulación de las vías metabólicas. Mecanismos de regulación generales y específicos. Coeficiente de control de flujo. Etapas reguladoras. Mecanismos de regulación enzimática: regulación de la síntesis y degradación de la enzima; regulación de la actividad enzimática.  Regulación alostérica. Cinética sigmoide y enzimas alostéricas. Mecanismos de interacciones alostéricas y cooperatividad.

Tema 16.- Regulación enzimática por modificación covalente. Enzimas interconvertibles. Reacciones de fosforilación-desfosforilación. Proteína quinasas y fosfoproteína fosfatasas. Otras formas de regulación enzimática por modificación covalente reversible. Activación proteolítica de enzimas. Mecanismos de activación proteolítica; ejemplos representativos: enzimas digestivas, procesamiento de la poliproteína del VIH, caspasas y apoptosis.

Tema 17.-   Sistemas enzimáticos organizados e Isoenzimas. Complejos multienzimáticos y polipéptidos multienzimáticos: el complejo ácido graso sintasa, triptófano sintasa. Isoenzimas. Características generales. Hexoquinasa como ejemplo representativo del papel funcional y regulador de las isoenzimas.

Tema 18.- Aplicaciones de las enzimas. Aplicaciones biotecnológicas y clínicas de las enzimas. Diagnóstico enzimático. Terapia enzimática. Biotecnología enzimática.

1.14. Referencias de consulta

Bibliografía básica

A continuación se relacionan los libros generales de Bioquímica que incluyen capítulos relacionados con la asignatura que son de lectura recomendada:

  • Garrett R.H. y Grisham C.M. Biochemistry. Brooks/Cole Eds. 6th ed., 2016.
  • Nelson D.L, Cox M.M. Lehninger. Principios de Bioquímica. Ediciones Omega. 6ª ed., 2014.
  • Stryer L., Berg J.M. y Tymoczko J.L. Bioquímica. Editorial Reverté. 7ª ed., 2013.
  • Voet D., Voet J.G. y Pratt C.W. Fundamentos de Bioquímica. Editorial Médica Panamericana. 4ª ed., 2016 (recurso electrónico).

 

Bibliografía específica

Los libros que siguen están disponibles en su mayoría en la Biblioteca de Ciencias, y su lectura se recomendará en relación a temas concretos del programa:

  • Bisswanger H. Practical Enzymology. Wiley, 2ª ed., 2011 (recurso electrónico).
  • Bugg T.D.H. Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry. Backwell Publishing, 2ª ed., 2004 y 2009 (recurso electrónico).
  • Copeland R.A. Enzymes: A practical introduction to structure, mechanism and data analysis. Wiley-VCH, 2ª ed., 2000. 
  • Cornish-Bowden A. Fundamentals of Enzyme Kinetics. Portland Press,  4ª ed., 2012.
  • Cook P.F. y Cleland W.W. Enzyme kinetics and mechanism. Garland Science, 2007.
  • Fersht A. Structure and Mechanism in Protein Science. Freeman and Co. Ltd. 1999.
  • Kuriyan K., Konforti B. y Wemmer D. The Molecules of Life. Physical and Chemical Principles. Garland Science, 2013.
  • Nuñez de Castro I. Enzimología. Ed. Pirámide. 2001.
  • Palmer T. Understanding Enzymes. Ellis Horwood Pub. 3ª ed., 1995.
  • Petsko G.A. y Ringe D. Protein Structure and Function. Oxford University Press. 2009.
  • Price N.C. y Stevens L. Fundamentals of Enzymology. Oxford University Press. 3ª ed., 1999.
  • Price N.C y Nairn J. Exploring Proteins: a students guide to experimental skills and methods. Oxford University Press, 2009.
  • Segel I.H. Enzyme Kinetics. Wiley and Sons. 1975 y 1993.
  • Silverman R.B. The Organic Chemistry of Enzyme-Catalyzed Reactions. Academic Press. 2ª ed., 2002.
  • Van Vranken D. y Weiss G.A. Introduction to Bioorganic Chemistry and Chemical Biology. Garland Science, 2012.

 

Páginas web de interés:

 

http://www.brenda-enzymes.info/

Probablemente la mayor base de datos estructurales y funcionales de enzimas, desarrollada por el Bioinformatics Centre de la Universidad de Colonia (Alemania). Tanto el contenido como las opciones de búsqueda están permanentemente actualizados.

 

http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/enzymes/

Base de datos sobre estructuras de enzimas del Protein Data Bank (PDB).

 

http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/

Enlace a la Nomenclatura de las Enzimas de la International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB).

 

http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/kinetics/index.html

Enlace a las recomendaciones del Comité de Nomenclatura de la IUBMB sobre símbolos y terminología en cinética enzimática.

 

http://molvis.sdsc.edu/visres/index.html

Base de datos de servidores y recursos en red de visualización de biomoléculas, que incluye también enlaces a otras bases de datos, cursos, guías, software, etc.

 

http://proteopedia.org/wiki/index.php/Main_Page

Página web con un enfoque estructural sobre las macromoléculas, sus complejos y su interacción con moléculas pequeñas, a través de modelos moleculares en 3D interactivos.

 

http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/biochemistry.html

Enlace al The Biology Proyect de la Universidad de Arizona (EEUU) que contiene numeros recursos interactivos, entre otros problemas de respuesta múltiple sobre cinética y catálisis enzimática.

2. Metodologías docentes y tiempo de trabajo del estudiante

2.1. Presencialidad

 

#horas

Porcentaje de actividades presenciales (mínimo 33% del total)

52

Porcentaje de actividades no presenciales

98

2.2. Relación de actividades formativas

Actividades presenciales

Nº horas

Clases teóricas en aula

38

Seminarios

 

Clases prácticas en aula

9

Prácticas clínicas

 

Prácticas con medios informáticos

 

Prácticas de campo

 

Prácticas de laboratorio

 

Prácticas externas y/o practicum

 

Trabajos académicamente dirigidos

 

Tutorías

 

Actividades de evaluación

5

Otras

 

Clases de teoría: en ellas se explicarán los conceptos básicos de la asignatura. El alumno dispondrá de documentación en red previa a la clase, que incluirá lecturas recomendadas, presentaciones en PowerPoint del profesor, problemas y casos prácticos.

 

Actividades prácticas de aula: en clases reducidas se discutirán y resolverán problemas y casos prácticos, con especial énfasis en el trabajo cooperativo de los alumnos. La asistencia a estas actividades es muy recomendable, puesto que una parte de los problemas o casos prácticos serán representativos de preguntas a resolver en las pruebas periódicas y el examen final.

 

Resolución y entrega de problemas: regularmente se entregarán grupos de problemas que el alumno deberá resolver individualmente. Algunos de estos problemas serán evaluados contribuyendo en un 15% a la calificación final.

 

Tutorías no programadas: a petición de los alumnos, y fuera del horario oficial, se realizarán tutorías individuales o en grupo, dirigidas a resolver dudas sobre cuestiones o aspectos específicos de la asignatura.

3. Sistemas de evaluación y porcentaje en la calificación final

3.1. Convocatoria ordinaria

Examen final escrito: representará un 60% de la nota final, y constará de un test de respuesta múltiple y de varias preguntas abiertas. En ambos tipos de preguntas se evaluarán los resultados de aprendizaje relacionados con la adquisición de conocimientos y su aplicación a la resolución de problemas concretos. El examen final incluirá todos los contenidos de la asignatura. Para poder calificar la asignatura y calcular la nota final obtenida en esta evaluación ordinaria, se exigirá haber obtenido una calificación mínima de 4.5 puntos en el examen, independientemente de la calificación obtenida en otros evaluables.

Pruebas periódicas: se realizarán 2, aproximadamente al final del primer y segundo mes del comienzo de las clases. La tipología de las preguntas será similar a las del examen final. Su contribución a la nota final será de un 25%.

Evaluación continua (problemas, ejercicios, etc.): se evaluarán los resultados de aprendizaje relacionados con la aplicación de los contenidos teóricos a la resolución de problemas concretos y de casos prácticos. Contribuirán con un 15 % a la nota final.

La obtención de menos de 5 puntos en la nota final de la asignatura supondrá la no superación de la misma.

El alumno repetidor, podrá solicitar que se le reconozca la calificación obtenida en la tarea de evaluación contínua de entrega de problemas, siempre que hubiera presentado la misma y superado la actividad con una calificación de 7 puntos. Deberá superar nuevamente el resto de actividades de evaluación.

 

RESUMEN DE LA EVALUACIÓN

Actividad evaluada

% de la nota final

Examen final

60%

Pruebas periódicas

25%

Evaluación continua (problemas, etc.)

15%

TOTAL

100%

3.1.1. Relación actividades de evaluación

Actividad de evaluación

%

Examen final (máximo 70% de la calificación final o el porcentaje que figure en la memoria)

60

Evaluación continua

40

 

3.2. Convocatoria extraordinaria

Convocatoria extraordinaria: los procedimientos, criterios de evaluación y porcentajes en la calificación final serán los mismos que en la convocatoria ordinaria.

 

RESUMEN DE LA EVALUACIÓN

Actividad evaluada

% de la nota final

Examen final

60%

Pruebas periódicas

25%

Evaluación continua (problemas, etc)

15%

TOTAL

100%

3.2.1. Relación actividades de evaluación

Actividad de evaluación

%

Examen final (máximo 70% de la calificación final o el porcentaje que figure en la memoria)

60

Evaluación continua

40

 

4. Cronograma orientativo

Semana

Week

Contenido

Contents

Horas presenciales

Contact hours

1-4

Presentación

Temas 1-5

Seminarios/Problemas

1

8

1

5-10

Temas 6-13

Seminarios/Problemas

Prueba periódica

19

4

1

11-15

Temas 14-18

Seminarios/Problemas

Prueba periódica

11

4

1

16

Examen final

3

 

                  * Este cronograma es orientativo.