Unidad Académica: Facultad de Ciencias Químicas, Instituto de Ciencias

Posgrado Posgrado en Ciencias Químicas

Nivel: Maestría en Ciencias Químicas

Clave MCQB

Plan: M2

Área: Bioquímica y Biología Molecular

Fecha de registro en la unidad académica :

27 de noviembre de 2015

Modalidad: Curso presencial semestral

Carácter: No obligatorio, OPTATIVA

Nombre de la materia: ESTRUCTURA DE PROTEÍNAS, MODELADO Y APLICACIÓN

Semestre en el plan de estudios:

Primero o segundo de maestría

Horas semestre: 100

Horas semana/Teóricas/prácticas

5 (3 teóricas, 2 prácticas)

Créditos: 10

Objetivo general de la materia

Conocer los fundamentos de la estructura molecular de proteínas y la relación entre estructuras y funciones de las proteínas en general. Conocer los diferentes programas o herramientas computacionales para el modelado computacional de proteínas y su aplicación.

Contenidos temáticos

UNIDAD DE APRENDIZAJE 1 (Duración en horas: 10) NOMBRE: Determinación de la estructura de proteínas OBJETIVO: Conocer los dos métodos fundamentales de determinación de estructuras de proteínas por principio. Practicar la visita de un centro o laboratorio de investigación con dichos aparatos (Física o Análisis químico).

Practicar la visualización de unas estructuras determinadas por NMR y RPE y otras por cristalografía guardadas en el banco de datos PDB en la red para su comparación visual. Tema 1. La cristalografía por rayos X. Tema 2. La resonancia magnética nuclear (RMN, NMR) y aplicación en el estudio de péptidos. Tema 3. La resonancia paramagnética electrónica (RPE, EPR) y aplicación en el estudio de metalo-proteínas.

UNIDAD DE APRENDIZAJE 2 (Duración en horas: 10) NOMBRE: Programas computacionales para el modelado de proteínas OBJETIVO: Conocer los diferentes programas computacionales (software) para las simulaciones moleculares de proteínas. Practicar un tutorial (“demo”) con el programa. Practicar la visualización de unas moléculas a partir de estructuras cristalográficas tridimensionales guardadas en el banco de datos PDB en la red (Rasmol, Swiss PDB Viewer, SPDBV, geno3D). Practicar unas modificaciones estructurales en forma virtual, p.ej. mutaciones o postraduccionales, optimización geométrica, cambios de torsiones, cálculos de cargas y potenciales. Tema 1. Los programas sin costo en línea (servidores en la red). Tema 2. Los programas sin costo para la computadora, PC. Tema 3. Las herramientas individuales generadas por programación mediante un lenguaje informático.

UNIDAD DE APRENDIZAJE 3 (Duración en horas: 10) NOMBRE: Elementos estructurales básicos (motivos) OBJETIVO: Conocer los motivos y elementos básicos estructurales de proteínas. Practicar la visualización de unos elementos estructurales de proteínas a partir de estructuras cristalográficas tridimensionales. Tema 1. Las hélices de tipo alfa, pi y 3/10. Tema 2. Las láminas y hojas beta en sus diversas formas. Tema 3. Las vueltas y asas (turns, hair pins, loops) y la estructura primaria, secundaria y terciaria, dominios etc. de las proteínas en general.

UNIDAD DE APRENDIZAJE 4 (Duración en horas: 10) NOMBRE: Dominios como subunidades estructurales y funcionales de las proteínas. OBJETIVO: Conocer las tres subunidades estructurales (Dominios) con sus estructuras y funciones en general. Practicar la visualización de unas proteínas a partir de estructuras cristalográficas tridimensionales. Tema 1. Los dominios compuestos únicamente de hélices alfa (dominios alfa). Tema 2. Los dominios beta. Tema 3. Los dominios mixtos alfa-beta.

UNIDAD DE APRENDIZAJE 5 (Duración en horas: 10) NOMBRE: Plegamiento y flexibilidad

OBJETIVO: Conocer los fenómenos de la flexibilidad, rigidez y el plegamiento de proteínas. Practicar la visualización de unas proteínas a partir de estructuras cristalográficas tridimensionales y la demonstración de una simulación molecular dinámica. Tema 1. La flexibilidad y rigidez por simulaciones moleculares dinámicas. Tema 2. El plegamiento natural y desnaturalización reversible e irreversible. Tema 3. Algunos ejemplos y detalles avanzados (chaperonas, domain shift, induced fit).

UNIDAD DE APRENDIZAJE 6 (Duración en horas: 10) NOMBRE: Evolución molecular de proteínas por cambios estructuras y funcionales. OBJETIVO: Conocer la relación entre tipos estructurales y funciones de proteínas. Conocer las formas ancestrales y relaciones por homología (filogenia) y la divergencia estructural y funcional durante la evolución biológica. Practicar la visualización de unas proteínas a partir de estructuras cristalográficas tridimensionales. Tema 1. La similitud, homología y evolución de proteínas. Tema 2. La filogenia de la secuencia de aminoácidos (cadenas). Tema 3. La filogenia de la estructura terciaria de proteínas.

UNIDAD DE APRENDIZAJE 7 (Duración en horas: 20) NOMBRE: Ejemplos de estructuras y funciones de proteínas. OBJETIVO: Conocer algunas aplicaciones, por ejemplo: la enzima como proteína con función de biocatálisis tales como las hidrolasas, proteinasas o aminopeptidasas, los complejos antígeno anticuerpo de la respuesta molecular del sistema inmunológico celular y proteínas de membrana. Practicar la visualización de unas proteínas a partir de estructuras cristalográficas tridimensionales. Tema 1. Las enzimas con su centro catalítico y sus sustratos. Tema 2. Los complejos antígeno anticuerpo. Tema 3. Las proteínas de membrana, p. ej. GPCR y canales iónicas.

UNIDAD DE APRENDIZAJE 8 (Duración en horas: 20) NOMBRE: Aplicación práctica computacional del modelado de proteínas OBJETIVO: Conocer los pasos prácticos para la predicción computacional de estructuras de proteínas por servidor automático en red. Practicar una generación de proteína por homología (SPDBV, Swiss Modeler). Tema 1. La generación de modelos de proteínas por homología. Tema 2. Los pasos teóricos mediante un programa computacional en red. Tema 3. La aplicación práctica para predecir la estructura de una proteína mediante un servidor automático en línea (en la red).

Perfil del alumno al terminar la materia

La estudiante o el estudiante saliendo del curso se ve capacitado en llevar a cabo

simples operaciones computacionales para visualizar estructuras de todo tipo de proteínas. También puede discutir sobre la relación entre estructuras y funciones de las proteínas en general. En particular conoce algunos programas computacionales con licencia pública y de uso gratuito para el modelado computacional de proteínas. Al final practica en una aplicación simple la generación de un modelo tridimensional de una proteína.

Marco conceptual

Las ciencias exactas y naturales como toda la vida se ve permeada por la tecnología computacional. Las simulaciones moleculares no son excepción. La disciplina ya establecida como un tercer pilar a lado de la teoría y la práctica experimental se llama “in silico”, o sea es el mundo virtual en pantalla de computadoras. Una educación moderna universitaria en materia de las ciencias exactas y naturales no es completa sin la capacitación del manejo “in silico”. Por desgracia tales aspectos “in silico” no se han implementado a nivel licenciatura (L en C, BS) y este curso trata de recuperar el terreno perdido.

Descripción del proceso enseñanza-aprendizaje

Las clases se realizan por medio de explicaciones por parte de la profesora o del profesor en un salón de computación con PCs en línea. Un máximo de 3 estudiantes comparten una PC en línea. Los estudiantes pueden preparar y presentar partes del tema. Durante las presentaciones se hacen preguntas al expositor para corregir y aclarar los conceptos que se presentan y al final de las presentaciones se resume la información presentada. El estudiante debe escribir a mano un protocolo-resumen corto de cada hora clase de las 8 unidades y entregar una copia con portada a la profesora o al profesor y coleccionar los originales en un folder de forma cronológica como control del aprendizaje. Al entrar al salón, los estudiantes entregan automáticamente las copias de sus protocolos - resúmenes que se presentaron en la hora clase pasada. Se presenta la bibliografía al inicio del curso. Todo el curso está basado en un libro (Branden), salvo los aspectos de la evolución y del RPE en otro libro (Kyte). El estudiante puede prepararse y recapitular los temas de cada unidad del plan de estudio, ya que cada unidad refleja un capitulo en los libros. Así se genera confianza, transparencia y autonomía durante el estudio. La disposición del libro fomenta el auto-aprendizaje y la independencia. Los estudiantes pueden optar por las aplicaciones computacionales (learning-by-doing), y por el estudio de la teoría por bibliografía.

Actividades de evaluación

En caso de asistencia obligatoria, se puede controlar el aprendizaje de las teorías por la participación estudiantil durante las horas clase en caso de grupos con pocas personas y en base de las tareas (copias de protocolo - portada y resumen corto de horas clase). En caso de asistencia no obligatoria o grupos muy grandes, en lugar de vigilar la participación se puede controlar el aprendizaje de las teorías por exámenes orales o por escrito. Las asistencias de las horas prácticas son obligatorias.

Acreditación

Para acreditar la materia el alumno deberá cumplir con todos los puntos establecidos en el apartado de evaluación. El promedio mínimo aprobatorio será de 7.0.

Bibliografía

1. Introduction to Protein structure. Second edition, Carl Branden and John Tooze. ISBN-13: 9780815323051. Publisher: Taylor & Francis. Publication date: 1/28/1999. (para todo el curso con excepción del aspecto evolución y el tema RPE y las prácticas con software (a buscarse en internet)

2. Structure in protein chemistry. Second edition, Jack Kyte. ISBN-10: 0815338678. ISBN-13: 978-0815338673. (capítulo de libro Nr. 7. Evolution)

Profesores que participaron en la revisión y actualización del contenido de la asignatura

1. Dr. Thomas R. F. Scior 2. Dra. Irma Herrera 3. Dr. Daniel Limón