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Grado en Biología

Guía docente de la asignatura

BIOTECNOLOGÍA DE ENZIMAS

Curso 2020-2021


Datos básicos de la asignatura
TipoOptativaCursoCuartoSemestreSéptimo
Departamento/s responsable/sBioquímica y Biología Molecular, Genética, Fisiología y Microbiología (Fisiología Vegetal)
Créditos ECTSCréditos Totales: 6         Teóricos: 2,8         Prácticos: 2,0         Seminarios: 0,9         Tutorías y evaluación: 0,3         
Profesor/es responsable/sNombre y Apellidos: Jesús Pérez Gil
Departamento: Bioquímica y Biología Molecular
Teléfono: 91 3944994;        Correo electrónico: jperezgil@bio.ucm.es
ProfesoresConsultar la agenda docente
Datos específicos de la asignatura
DescriptorLa Biotecnología de Enzimas proporciona conceptos básicos necesarios para la manipulación de enzimas y la optimización de procesos enzimáticos. Se estudia la caracterización cinética de actividades enzimáticas y del comportamiento de compuestos activadores e inhibidores de la acción de las enzimas. Se analiza el efecto en la catálisis enzimática de factores ambientales y cómo pueden optimizarse las enzimas para su utilización en aplicaciones biotecnológicas, incluyendo la preparación de enzimas inmovilizadas. Por último, se presentan aplicaciones enzimáticas como los ensayos acoplados, el desarrollo de biosensores y la bioproducción de metabolitos mediante el uso de biorreactores de enzimas y células.
RequisitosNinguno
RecomendacionesSe recomienda haber superado el Módulo de Materias Básicas y el Módulo Fundamental. Disponer de un nivel de inglés que permita al alumno leer bibliografía de consulta.
Competencias
Competencias transversales y genéricas

Competencias genéricas:
CG1. Reconocer y valorar los mecanismos y estructuras de funcionamiento de los sistemas enzimáticos.
CG2. Reconocer la importancia de la tecnología de enzimas en diversos contextos biológicos y relacionarla con otras áreas de conocimiento.
CG3. Continuar estudios de postgrado en áreas especializadas en áreas de Biotecnología.
CG6. Analizar y resolver problemas cualitativos y cuantitativos en el área de la Biotecnología de Enzimas.
CG7. Reconocer y analizar nuevos problemas y planear estrategias para solucionarlos.
CG8. Evaluar, interpretar y sintetizar datos e información biológica.
CG10. Manipular con seguridad materiales químicos y organismos y valorar los riesgos de su uso, respetando los procedimientos de seguridad e impacto sobre el medio ambiente.
CG11. Manejar instrumentación básica para análisis biológico basado en la utilización de enzimas.
CG12. Interpretar datos procedentes de observaciones y medidas en términos de su significación y de los modelos explicativos que las apoyan.
CG13. Desarrollar buenas prácticas científicas de observación, medida y experimentación con enzimas.
CG15. Valorar la importancia de la biotecnología de enzimas en el contexto industrial, económico, medio ambiental, social y cultural.
CG16. Capacidad de desenvolverse con seguridad en un laboratorio.

Competencias transversales:
CT1. Elaborar y redactar informes de carácter científico.
CT2. Demostrar razonamiento crítico y autocrítico.
CT4. Gestionar información científica de calidad, bibliografía, bases de datos especializadas y recursos accesibles a través de Internet.
CT7. Utilizar las herramientas y los programas informáticos que facilitan el tratamiento de los resultados experimentales.
CT8. Comunicarse en español y en inglés utilizando los medios audiovisuales más habituales.
CT9. Defender los puntos de vista personales apoyándose en conocimientos científicos.
CT10. Integrar creativamente conocimientos y aplicarlos a la resolución de problemas biológicos utilizando el método científico.
CT11. Adquirir capacidad de organización, planificación y ejecución.
CT12. Desarrollo de la capacidad de trabajo autónomo o en equipo en respuesta a las necesidades específicas de cada situación.
CT14. Progresar en su habilidad para el trabajo en grupos multidisciplinares.
CT15. Perseguir objetivos de calidad en el desarrollo de su actividad profesional.
CT17. Ser capaz de mostrar creatividad, iniciativa y espíritu emprendedor para afrontar los retos de su actividad como biólogo.

Competencias específicas

Competencias específicas:
CE2. Capacidad para planificar, desarrollar y controlar procesos biotecnológicos que utilicen enzimas.
CE3. Capacidad para producir, transformar, manipular, conservar, identificar y controlar la calidad de materiales de origen biológico que contengan enzimas, incluidos los alimentos.
CE5. Capacidad para desarrollar estudios biológicos y control de la acción de productos químicos y biológicos de utilización en la sanidad, agricultura, industria y servicios.
CE7. Capacidad para desarrollar estudios y análisis clínicos, funcionales, microbiológicos e inmunobiológicos de muestras biológicas, incluidas las de origen humano, mediante la utilización de enzimas.
CE12. Capacidad para realizar análisis biológicos, control y depuración de las aguas, mediante la utilización de ensayos enzimáticos.
CE20. Capacidad para ejercer la enseñanza y difusión de la Biotecnología Enzimática en todos los grados educativos y sectores de población y el asesoramiento científico y técnico de cualquier cuestión relacionada con la Biotecnología Enzimática.

Objetivos
Objetivos

- Proporcionar al estudiante las bases fundamentales relativas al concepto de enzima, de los métodos de caracterización y optimización de la acción de las enzimas y de los mecanismos de catálisis enzimática.

- Proporcionar las bases conceptuales necesarias para caracterizar y aplicar enzimas y ensayos enzimáticos en laboratorios y experimentos biotecnológicos.

Metodología
Descripción

La actividad docente seguirá una metodología híbrida, que hará uso de un aprendizaje colaborativo y un aprendizaje individual. Las actividades presenciales de la asignatura se estructuran en clases de teoría, clases prácticas, seminarios y tutorías.

En las clases de teoría el profesor dará a conocer al alumno el contenido de la asignatura. Se presentarán los conceptos teóricos y algunos hechos experimentales que permitan al alumno obtener una visión global y comprensiva de la asignatura. Como apoyo a las explicaciones teóricas, se proporcionará a los alumnos el material docente apropiado, bien en fotocopias o bien en el Campus Virtual.

Las clases prácticas aportarán al alumno destrezas básicas en el manejo y manipulación de enzimas y la realización de ensayos enzimáticos, incluyendo el procesamiento y la interpretación adecuada de datos experimentales. Estas clases se realizarán en los laboratorios del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y la asistencia a las mismas es obligatoria. Los estudiantes dispondrán de un Guión de Laboratorio y desarrollarán de modo supervisado, en equipos de 2 ó 3 personas, las tareas prácticas programadas. Además, elaborarán de modo individual un cuaderno de laboratorio, donde se reflejará el desarrollo experimental y los resultados obtenidos en cada una de las prácticas. 

En las clases de seminarios se resolverán y discutirán problemas y casos prácticos previamente planteados a los estudiantes. Además, se presentarán al alumno temas específicos o novedosos en el ámbito de la aplicación de enzimas a procesos biotecnológicos. En estos seminarios se potenciará la búsqueda por parte del alumno de información complementaria y la puesta en común de cuestiones de interés. 

En las sesiones presenciales de tutorías el profesor revisará y corregirá, si es el caso, las soluciones propuestas por los alumnos a ejercicios planteados, resolverá las dudas y dificultades que se hayan presentado en la resolución de los ejercicios propuestos y orientará a los alumnos en la búsqueda de información específica sobre temas complementarios.

Distribución de actividades docentes
ActividadHoras% respecto presencialidad
Clases teóricas
2846,7
Clases prácticas
2033,3
Exposiciones y/o seminarios
Horas)
915,0
Tutoria
11,7
Evaluación
23.3
Trabajo presencial
6040
Trabajo autónomo
9060
Total
150100
Bloques temáticos

I. Cinética enzimática
II. Mecanismos de catálisis enzimática
III. Aplicaciones biotecnológicas de las enzimas

Evaluación
Criterios aplicables

Para la evaluación final será obligatoria la participación en las diferentes actividades propuestas. Para poder acceder a la evaluación final será necesario que el alumno haya participado al menos en el 70% de las actividades presenciales.

El rendimiento académico del alumno y la calificación final de la asignatura se computarán de forma ponderada atendiendo a los siguientes porcentajes, que se mantendrán en todas las convocatorias.

* Examen final escrito (60%) sobre los contenidos de la asignatura y su aplicación a la resolución de problemas concretos y casos prácticos.
* Clases prácticas  (25%). En la evaluación se tendrá en cuenta el trabajo desarrollado en el laboratorio, el cuaderno de laboratorio presentado y los resultados de un examen con cuestiones relacionadas con los experimentos realizados.
* Trabajo personal (15%).  En este apartado se considerará la presentación por parte del alumno de trabajos y seminarios complementarios, así como su participación activa en clase con la respuesta a preguntas abiertas o de tipo test.


Para calcular la calificación final de la asignatura se deberá obtener un mínimo de 4,0 en cada uno de los bloques. La calificación final tendrá que ser igual o superior a 5,0 para aprobar la asignatura.

Organización semestral
Organización semestralConsultar la agenda docente
Temario
Programa teórico

 

Bloque I. CINÉTICA ENZIMÁTICA

1.- Introducción a la Biotecnología de enzimas. Concepto de catálisis. Cinética enzimática. Teoría del estado de transición. Estado estacionario: ecuación de Michaelis-Menten. Obtención y análisis de los parámetros cinéticos.

2.- Activación e inhibición enzimática. Inhibidores reversibles. Inhibición competitiva, mixta y acompetitiva. Inhibición por producto y por exceso de sustrato.   

3.- Cinética multisustrato. Mecanismos ordenado, al azar y ping-pong: métodos de representación gráfica. Inhibición por productos de reacción y caracterización del mecanismo cinético.

4.- Inhibidores irreversibles. Marcadores de afinidad, sustratos suicidas y análogos del estado de transición. Fármacos basados en la inhibición enzimática.  

Bloque II. MECANISMOS DE CATÁLISIS ENZIMÁTICA

5.- Influencia de factores ambientales en la catálisis enzimática. Efecto de pH, fuerza iónica y temperatura. Termoinactivación. Enzimas termoestables.

6.- Mecanismos de catálisis enzimática. Catálisis por aproximación: contribución entrópica a la catálisis. Catálisis covalente. Catálisis ácido-base general. Tensión, distorsión y cambio conformacional: ajuste inducido y unión no productiva. Ejemplos de mecanismos moleculares de catálisis en enzimas de interés en aplicaciones biotecnológicas y biomédicas.

Bloque III. APLICACIONES BIOTECNOLÓGICAS DE LAS ENZIMAS

7.- Biocatálisis y Biotecnología. Bioproducción de compuestos de interés económico mediante el uso de biorreactores de enzimas y células.

8.- Biotecnología de enzimas aplicada a la industria alimentaria: edulcorantes y compuestos bioactivos. Producción biotecnológica de fármacos. Bases moleculares de la resistencia a herbicidas en cultivos transgénicos.

Programa práctico

- Optimización de ensayos enzimáticos.
- Determinación de parámetros cinéticos.
- Inhibición por productos finales y análogos del estado de transición.

Seminarios

- Problemas sobre determinación de parámetros cinéticos, ensayos enzimáticos y otros aspectos prácticos relacionados con las enzimas.
- Ensayos enzimáticos.
- Enzimas inmovilizadas.
- Ingeniería de proteínas dirigida en la optimización de la catálisis enzimática.
- Enzimología de molécula única.
- Bioproducción de edulcorantes.
- Resistencia a herbicidas: bases moleculares.

Bibliografía

BÁSICA:

No se va a seguir un libro de texto concreto para el desarrollo de la asignatura. A continuación se relacionan textos recomendados de carácter general.

o   Mathews, C.K., Van Holde, K.E., Appling, D.R. y Anthony-Cahill, S.J.: “Bioquímica”. Pearson, 4ª ed., 2013. Capítulo 11: “Enzimas: catalizadores biológicos”. [Recurso electrónico]
o   Voet, D., Voet, J.G. y Pratt, C.W.: “Fundamentos de Bioquímica”. Editorial Panamericana, 4ª ed., 2016. Parte III: “Enzimas”. [Recurso electrónico]
o   Núñez de Castro, I.: “Enzimología”, Ediciones Pirámide, 2001.
o   Cornish-Bowden, A.: “Fundamentals of Enzyme Kinetics”. Wiley-Blackwell, 4ª ed., 2012.      
o   Segel, I.H.: “Cálculos de Bioquímica”. Ed. Acribia, 1982.

 

COMPLEMENTARIA:

o   Bisswanger, H.: “Practical Enzymology”. Wiley, 2ª ed., 2011.
o   Buchholz, K., Kasche, V. y Bornscheuer, U.T.: “Biocatalysts and Enzyme Technology”. Wiley-Blackwell, 2ª ed., 2012.
o   Cook, P.F. y Cleland, W. W.: “Enzyme Kinetics and Mechanism”, Garland Science, 2007.
o   Fersht, A.: “Structure and Mechanism in Protein Science: Guide to Enzyme Catalysis and Protein Folding”, W.H. Freeman and Co. Ltd., 1999.
o   Frey, P.A. y Hegeman, A.D.: “Enzymatic Reaction Mechanisms”. Oxford University Press, 2007.
o   Palmer, T. y Bonner, P.L.: “Enzymes: Biochemistry, Biotechnology, Clinical Chemistry”. Woodhead Publishing, 2ª ed., 2007.
o   Price, N.C. y Stevens, L.: “Fundamentals of Enzymology”. Oxford University Press, 3ª ed., 1999.
o   Purich, D.L.: “Enzyme Kinetics: Catalysis and Control. A reference of Theory and Best-Practice Methods”, Academic Press, 2010.    [Recurso electrónico]
o   Schmid, R.D. y Schmidt-Dannert, C.: “Biotechnology: an illustrated primer”. Wiley-VCH, 2016.
o   Legaz, E., Filho, X. y L., Vicente, C.: “Metabolitos vegetales y microbianos para la industria”.Ambioto Cultural Ediçoes, Río de Janeiro, 2008.
o   Ramawat, K.G. y Nerillon, J. M.: “Biotechnology: secondary metabolites”. Science Publishers, 2007.
o   Slater, A., Scott, N.W. y Fowler, M. R.: “Plant Biotechnology”. Oxford University Press, 2008.



Adenda por EMERGENCIA SANITARIA COVID19 a la Guía Docente de la asignatura BIOTECNOLOGÍA DE ENZIMAS (Curso Académico 2020-2021)
Nota aclaratoria: Esta adenda a la Guía docente recoge las adaptaciones necesarias para poder atender la docencia en caso de que las condiciones sanitarias no permitan un escenario totalmente presencial. Como consecuencia de la situación sanitaria provocada por la COVID-19, el marco de docencia para el curso 2020-21 aprobado por el Consejo de Gobierno de la UCM y refrendado por la Facultad de Ciencias Biológicas, establece como planteamiento general un modelo mixto (semipresencial). Se trata de un marco transitorio mientras estén vigentes las condiciones sanitarias excepcionales, que incorpora escenarios de docencia que combina actividades presenciales y a distancia, que incluyen tanto entornos físicos como virtuales que permitan la interacción entre docentes y estudiantes a través de actividades tanto síncronas como asíncronas. No se descarta, no obstante, que ante un agravamiento de las condiciones sanitarias (confinamiento general o de grupos de estudiantes concretos) fuese necesario pasar a un escenario con toda la docencia a distancia.

METODOLOGÍA

Metodologías docentes y herramientas de docencia

* Docencia semipresencial:

Clases teóricas: Se impartirán mediante videoconferencia a través del Campus Virtual (Blackboard Collaborate) o plataformas alternativas (Google Meet, Zoom…), de forma tanto síncrona como asíncrona. En el caso de las primeras se respetarán los horarios planificados previamente. Además, el estudiante dispondrá a través del Campus Virtual de la asignatura de recursos de apoyo, tales como presentaciones de clase, artículos de lectura, material audiovisual y otros tipos de recursos que los profesores consideren de interés. También se podrán grabar las clases para ponerlas a disposición de los estudiantes

Seminarios: Se realizarán de forma síncrona a través de la plataforma Blackboard Collaborate del Campus Virtual o plataformas alternativas. En ellos se planteará la resolución de ejercicios numéricos, análisis de casos prácticos, discusión de artículos científicos, presentación de trabajos, etc. Todo el material necesario estará a disposición de los estudiantes a través del Campus Virtual.

Prácticas de laboratorio: Sólo aquellas actividades que requieran equipamiento, materiales y/o contenidos que no puedan ser sustituidos por actividades en remoto, se llevarán a cabo de forma presencial. Por tanto, en cada sesión la introducción teórico-práctica y el tratamiento y discusión de resultados se realizarán en remoto a través del Campus Virtual de la asignatura, bien de forma síncrona o asíncrona, mientras que el procedimiento experimental se llevará a cabo de forma presencial en el laboratorio. Atendiendo a las circunstancias existentes en el momento y a las particularidades de cada práctica, es posible que en algún caso la presencialidad pueda verse modificada ligeramente.

 

 * Docencia a distancia:

Prácticas de laboratorio: En caso de que la situación sanitaria lo requiera, serán sustituidas por actividades en remoto a través del Campus Virtual (plataforma Blackboard Collaborate) o plataformas similares. Se impartirán en el horario oficial establecido por la Facultad de forma combinada en sesiones síncronas (S), asíncronas (A) y de trabajo personal del estudiante (P). En dicho horario el profesorado estará disponible para acompañar a los alumnos en el desarrollo de la sesión práctica y responder a cualquier consulta.

La organización docente de las sesiones prácticas será similar a la descrita para el escenario de docencia semipresencial, pero el procedimiento experimental presencial será reemplazado por distintas actividades virtuales que faciliten la adquisición de las habilidades y competencias previstas. El material docente utilizado consistirá en: (i) material grabado (videotutoriales) donde se describa con detalle el procedimiento experimental a desarrollar; (ii) archivos con resultados numéricos, gráficas, imágenes, etc., para que los alumnos puedan llevar a cabo el procesamiento de resultados; (iii) si se considera necesario, se incluirán vídeos, aplicaciones, cuestionarios, material escrito adicional, etc. Todo el material estará a disposición de los estudiantes a través del Campus Virtual para su utilización. 

Tutorías: Tendrán lugar preferentemente de forma no presencial. En ambos escenarios la comunicación con los estudiantes tendrá lugar por varias vías: (1) a través del correo electrónico y (2) mediante sesiones síncronas a través de la plataforma existente en el Campus Virtual, previamente acordadas con los estudiantes interesados. 

 

 

EVALUACIÓN

Criterios aplicables y métodos de evaluación:

* Docencia semipresencial: 

La evaluación se desarrollará de forma preferentemente presencial, siempre y cuando la situación sanitaria lo permita. No obstante, se establecerán actividades de evaluación continua (desarrollo de casos prácticos, trabajos bibliográficos, cuestionarios…) que complementarán la nota y faciliten la evaluación del apartado de Trabajo personal.

Los criterios de evaluación serán los previamente establecidos.

 

* Docencia a distancia:

Los criterios de evaluación en un escenario totalmente virtual serán los previamente establecidos en las situaciones anteriores.

El examen virtual se llevará a cabo a través de distintos tipos de cuestionarios y/o tareas, utilizando las herramientas que ofrece el Campus Virtual.

La identificación de los estudiantes durante la realización de las pruebas incluye la autenticación mediante el correo electrónico institucional (cuenta de usuario y contraseña) para acceder al Campus Virtual. También se podrá recurrir a la identificación mediante el uso de imágenes (videollamadas de Blackboard Collaborate, Google Meet o similar) o incluso el requerimiento de documento identificativo.

El seguimiento de estudiantes durante la prueba se realizará mediante el uso de imágenes (videollamadas de Blackboard Collaborate, Google Meet o similar). La comunicación con los alumnos se establecerá a través del Chat de la plataforma de videollamadas o por el sistema de mensa-jeria de Moodle. El seguimiento del correcto desarrollo de la prueba se llevará a cabo a través de los registros de actividad del Campus Virtual.

La revisión de exámenes se realizará preferentemente de modo no presencial mediante sesiones sincrónicas previamente acordadas con el interesado (Blackboard Collaborate, Google Meet o similar).