BIOTECNOLOGÍA DE ENZIMAS

Competencias genéricas:
CG1. Reconocer y valorar los mecanismos y estructuras de funcionamiento, los organismos y sistemas biológicos.
CG2. Reconocer la importancia de la Biología en diversos contextos y relacionarla con otras áreas de conocimiento.
CG3. Continuar estudios de postgrado en áreas especializadas en áreas de Biología o multidisciplinares.
CG6. Analizar y resolver problemas cualitativos y cuantitativos en el área de la Biología.
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.
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.
CG15. Valorar la importancia de la Biología 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:
CE2. Capacidad para planificar, desarrollar y controlar procesos biológicos industriales, agropecuarios y biotecnológicos.
CE3. Capacidad para producir, transformar, manipular, conservar, identificar y controlar la calidad de los organismos y materiales de origen biológico, 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.
CE12. Capacidad para realizar análisis biológicos, control y depuración de las aguas.
CE20. Capacidad para ejercer la enseñanza y difusión de la Biología en todos los grados educativos y sectores de población y el asesoramiento científico y técnico de cualquier cuestión relacionada con la Biología.

- 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.

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.

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

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.

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 cinéticos 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. 

- Optimización de ensayos enzimáticos.

- Determinación de parámetros cinéticos.

- Inhibición por productos finales y análogos del estado de transición.

- 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.

*   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, 3ª ed., 2019.

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.