| Biología estructural | Código: M0.159 : 5 |
El mundo real en el que las moléculas biológicas ejercen su función es tridimensional. No es casualidad, entonces, que la forma en que se activan o se inhiben los diferentes compuestos que forman parte de nuestras rutas metabólicas dependan de su forma (en tres dimensiones), y no solo de su contenido. La conformación estructural de una proteína no se establece al azar, dada su importancia, sino que viene dada por la secuencia primaria de aminoácidos o de nucleótidos que la constituyen.
El objeto esencial de estudio de la bioinformática son las secuencias. Sin embargo, a partir del estudio unidimensional de éstas no es posible desentrañar por qué unas moléculas actúan sobre otras o el resultado que producen. Estas preguntas sólo pueden ser respondidas conociendo la configuración en el espacio que estos compuestos tienen, pues de ésta depende el tipo y efectividad de las tareas que pueden llevar a cabo.
Las proteínas son los constituyentes esenciales de las células: realizan múltiples tareas tanto de soporte como de transporte de señales, y sobretodo de control y catalización de innumerables reacciones. El estudio de la estructura de éstas es esencial para comprendre y modificar los procesos que llevan a cabo. Sin embargo, desde el punto de vista técnico (experimental) es muy difícil establecer la forma de esta estructura, como veremos durante el curso. Es por ello que la utilización de métodos bioinformáticos para la detección de ésta puede ser muy relevante en el futuro si consigue mejorarse la eficacia que muestran actualmente.
Esta asignatura estará focalizada en el estudio de las proteínas, la determinación experimental de su estructura, la predicción computacional, el modelado molecular y finalmente, su prometedora aplicación en el área del diseño computacional de fármacos. No obstante, también se introducirán los conceptos básicos referentes a la estructura de los ácidos nucleicos dada su elevada importancia en muchos procesos de regulación génica dentro de las células.
La asignatura Biología Estructural es una asignatura optativa que se enmarca en el Módulo 2 (Bioinformática) del plan de estudios.
Los campos profesionales en los que se proyecta incluyen la química computacional y el diseño computacional de fármacos, incluídos en el I+D de la mayoría de empresas farmacéuticas. También se orienta hacia centros públicos de investigación en los que hace falta un conocimiento profundo de las estructuras biológicas para poder determinar causas biológicas de ciertas enfermedades, así como su aplicación en la medicina personalizada.
Como conocimientos previos para cursar la asignatura se requiere haber hecho la asignatura Biología Molecular.
Una vez finalizado este módulo, el estudiante deberá estar familiarizado con las funciones biológicas esenciales de la proteínas, sus componentes estructurales, las posibles conformaciones estructurales que pueden adoptar, las formas en las que estas conformaciones pueden ser determinadas, y cómo esta información puede ser útil en posteriores estudios de diseño de fármacos.
En particular son objetivos básicos:
1. Conocer la naturaleza química, estructura, propiedades y función de los aminoácidos y de los nucleótidos.
2. Conocer las características y propiedades del enlace peptídico para comprender la flexibilidad de las proteínas.
3. Conocer las funciones y los niveles estructurales (primaria, secundaria, terciaria, cuaternaria) de biomoléculas.
4. Comprender la estructura del ADN y el ARN y su importante significado funcional.
5. Reconocer y diferenciar los diferentes motivos estructurales de las conformaciones de las proteínas para comprender su estrecha relación con la función biológica que desempeñan.
6. Entender la clasificación de proteínas según plegados y familias, y ser capaz de hacer búsquedas en bases de datos.
7. Ser capaz de visualizar biomoléculas con el software adecuado.
8. Apreciar los avances y utilidad de la cristalografía de difracción por rayos X, de la resonancia magnética nuclear y de otras técnicas empleadas en el estudio de la estructura y el plegamiento de las proteínas.
9. Conocer las distintas técnicas de predicción computacional: homología, reconocimiento de plegado (threading), ab initio.
10. Entender la importancia del modelado molecular para entender las características principales de las interacciones proteína-ligando.
11. Comprender las distintas técnicas de diseño de fármacos que se utilizan en la actualidad.
Competencias básicas y generales:
CG1- Capacidad para aplicar conocimientos y resolver problemas en el ámbito de la Bioinformática y la Bioestadística, tanto en entornos conocidos como en entornos nuevos.
CG2- Capacidad para la investigación, el desarrollo y la innovación en centros tecnológicos, universidades y empresas en el ámbito de la Bioinformática y la Bioestadística.
CG3- Capacidad de búsqueda, gestión y uso de información y recursos en el ámbito de la Bioinformática y la Bioestadística.
Competencias transversales:
CT1- Capacidad de iniciativa, de automotivación y de trabajar de forma independiente.
CT2- Capacidad para la comunicación oral y escrita para la vida académica y profesional.
CT3- Capacidad para proponer soluciones innovadoras y tomar de decisiones.
CT5- Capacidad para la comprensión, el análisis y la síntesis.
Competencias específicas:
CE1- Comprender las bases moleculares y las técnicas experimentales estándares más comunes en las investigaciones ómicas (genómica, transcriptómica, proteómica, metabolómica, interactómica, etc.).
CE8- Conocer las principales bases de datos biológicas públicas y saber cómo explotar la información.
CE13- Conocer las aplicaciones informáticas de uso más frecuente en bioinformática y bioestadística.
CE16- Conocer las técnicas experimentales para resolver el problema de detección de estructura de proteínas y los métodos de predicción de estructura.
La asignatura está estructurada en 4 módulos o unidades:
1. Estructura de biomoléculas
1.1. Biomoléculas
1.2. Estructura de proteínas
1.2.1. Estructura primaria
1.2.2. Estructura secundaria
1.2.3. Estructura terciaria
1.2.4. Estructura cuaternaria. Subunidad
1.3 Estructura de ácidos nucleicos
1.3.1. Estructura primaria
1.3.2. Estructura secundaria
1.3.3. Estructura terciaria
1.4. Estado nativo. Desnaturalización
2. Plegamiento de proteínas
2.1. Plegamiento de proteínas: estructura tridimensional
2.1.1. Relación entre plegamiento y secuencia de aminoácidos
2.1.2. Termodinámica del plegamiento
2.1.3. Técnicas para estudiar el plegamiento de proteínas
2.2 Motivos estructurales
2.2.1. Tipos de motivos estructurales
2.3 Dominios estructurales
2.4. Familias de proteínas
2.5. Bases de datos: PFam, PROSITE, InterPro, SCOP, CATH, HOMSTRAD
2.6 Visualización de biomoléculas. Jmol
3. Determinación y predicción de estructura
3.1. Determinación de estructura. Métodos experimentales
3.2. Proteínas globulares
3.3. Cristalografía de rayos X
3.4. Resonancia magnética nuclear (RMN)
3.5. Predicción de estructura
3.5.1. Predicción de estructura secundaria
3.5.2. Predicción de estructura terciaria
3.6. Alineamiento de secuencias
3.6.1. Alineamientos locales, globales e híbridos
3.6.2. Alineamiento múltiple de secuencias
3.6.3. Alineamiento estructural
3.7 Modelado comparativo de proteínas
3.7.1. Modelado por homología
3.7.2. Reconocimiento de plegado
3.8. Modelado ab initio de proteínas
3.9. Predicción de la geometría de las cadenas laterales
4. Modelado molecular y diseño de fármacos
4.1. Modelado molecular
4.2. Mecánica molecular
4.3. Dinámica molecular
4.4. Receptores
4.4.1. Receptores de proteína G
4.5. Ligandos
4.6. Diseño de fármacos
4.7. Diseño de fármacos basado en receptor. Acoplamiento molecular
4.7.1 Muestreo de la orientación del ligando en la cavidad del receptor
4.7.2 Cribado de la interacción ligando-receptor
4.8. Diseño de fármacos basado en ligando. QSAR
4.9. Farmacodinámica
4.10. Interacciones entre proteínas
4.11. Quimioinformática. Quimiogenómica
En la UOC, la evaluación generalmente es virtual. Se estructura en torno a la evaluación continua, que incluye diferentes actividades o retos; la evaluación final, que se lleva a cabo mediante pruebas o exámenes, y el trabajo final de la titulación.
Las actividades o pruebas de evaluación pueden ser escritas y/o audiovisuales, con preguntas aleatorias, pruebas orales síncronas o asíncronas, etc., de acuerdo con lo que decida cada equipo docente. Los trabajos finales representan el cierre de un proceso formativo que implica la realización de un trabajo original y tutorizado que tiene como objetivo demostrar la adquisición competencial hecha a lo largo del programa.
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Asimismo, y de acuerdo con la normativa académica, las conductas irregulares en la evaluación también pueden dar lugar a la incoación de un procedimiento disciplinario y a la aplicación, si procede, de la sanción que corresponda, de conformidad con lo establecido en la normativa de convivencia de la UOC.
En el marco del proceso de evaluación, la UOC se reserva la potestad de:
- Solicitar al estudiante que acredite su identidad según lo establecido en la normativa académica.
- Solicitar al estudiante que acredite la autoría de su trabajo a lo largo de todo el proceso de evaluación, tanto en la evaluación continua como en la evaluación final, a través de una entrevista oral síncrona, que puede ser objeto de grabación audiovisual, o por los medios establecidos por la UOC. Estos medios tienen el objetivo de verificar los conocimientos y las competencias que garanticen la identidad del estudiante. Si no es posible garantizar que el estudiante es el autor de la prueba, esta puede ser calificada con una D, en el caso de la evaluación continua, o con un suspenso, en el caso de la evaluación final.
Inteligencia artificial en el marco de la evaluación
La UOC reconoce el valor y el potencial de la inteligencia artificial (IA) en el ámbito educativo y, a su vez, pone de manifiesto los riesgos que supone si no se utiliza de forma ética, crítica y responsable. En este sentido, en cada actividad de evaluación se informará al estudiantado sobre las herramientas y los recursos de IA que se pueden utilizar y en qué condiciones. Por su parte, el estudiantado se compromete a seguir las indicaciones de la UOC a la hora de realizar las actividades de evaluación y de citar las herramientas utilizadas y, concretamente, a identificar los textos o imágenes generados por sistemas de IA, los cuales no podrá presentar como si fueran propios.
Respecto a usar o no la IA para resolver una actividad, el enunciado de las actividades de evaluación indica las limitaciones en el uso de estas herramientas. Debe tenerse en cuenta que usarlas de manera inadecuada, como por ejemplo en actividades en las que no están permitidas o no citarlas en las actividades en las que sí lo están, puede considerarse una conducta irregular en la evaluación. En caso de duda, se recomienda que, antes entregar la actividad, se haga llegar una consulta al profesorado colaborador del aula.
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La asignatura solo puede aprobarse con el seguimiento y la superación de la evaluación continua (EC). La calificación final de la asignatura es la nota obtenida en la EC. |