La asignatura Estructura de Macromoleculas esta ubicada en el primer cuatrimestre del quinto ano de la
carrera Licenciatura en Biologia Molecular. Esta decision se fundamento en el hecho de que los contenidos
de la asignatura que describen la relacion estructura-funcion en macromoleculas biologicas permiten
complementar idealmente los conceptos aprendidos en cursos anteriores.

La importancia estrategica de la Biologia Molecular Estructural cuya metodologia principal es la
Cristalografia de rayos X en el desarrollo de la biotecnologia y de las industrias farmaceutica y
quimica es analizado por Daniel Goldstein en el capitulo tres de su libro Biotecnologia, Universidad
y Politica titulado SIN CRISTALOGRAFIA DE RAYOS X NO HAY BIOTECNOLOGIA POSIBLE. A continuacion
transcribo algunas de sus palabras que ilustran claramente este tema.

\"El conocimiento de la arquitectura molecular de las macromoleculas cataliticas e informativas de la
biologia hace posible:

i)Comprenderlos mecanismos quimicos de la accion catalitica de las enzimas y las ribozimas, el
funcionamiento de los acidos nucleicos auxiliares y las condiciones estructurales que confieren
las diversas propiedades fisiologicas a los acidos nucleicos informacionales.

ii)Modificar macromoleculas para cambiar a voluntad sus funciones y sus propiedades fisicas,
quimicas y biologicas.

iii)Inventar nuevas macromoleculas con nuevas funciones

iv) Disenar a medida moleculas capaces de modificar las funciones biologicas de macromoleculas
informacionales o cataliticas especificas.

Como es imposible comprender cabalmente la funcion de las macromoleculas informacionales y
cataliticas sin conocer sus arquitecturas moleculares, y dada la imposibilidad de deducirla
a partir de la composicion quimica, la biologia molecular estructural constituye una disciplina
fundamental y necesaria para solucionar todo problema bioquimico.\"

Es importante destacar que los proyectos de investigacion que se estan desarrollando como
consecuencia de la implementacion de esta asignatura implican la resolucion de la estructura
tridimensional de macromoleculas y de sus complejos supramoleculares a traves de la cristalografia
de rayos X. Esta es una especialidad que no existia en nuestro pais siendo la Universidad Nacional
de San Luis pionera en su desarrollo.

1) Estructura Primaria.

Los 20 aminoácidos. Propiedades físicas y químicas. ´



Fuerzas de interacción intra e intermoleculares:

Introducción. Interacciones, fuerzas y energía. La aproximación de Born Oppenheimer.

Interacciones covalentes: modelos simplificados de interacción. Enlace covalente, ángulos de enlace, ángulos diedros.

Interacciones no covalentes: electrostáticas, inducción y dispersión, repulsión, enlace de hidrógeno.

Efecto del solvente e interacciones hidrofóbicas. Efecto dieléctrico y efecto hidrofóbico.

Funciones de energía potencial. Miniminización de energía. Dinámica molecular.



2) Estructura Secundaria

Geometría de la unión peptídica:

Hélice alfa, hélice 310 , hélice pi, fin de hélice ( helix cap), dipolos en hélices.

Lamina beta (Beta sheet). Paralela y antiparalela. Torcimientos (beta twists), protuberancias (bulges)

Vueltas (Turns) Inversas y Horquilla beta (Reverse and beta hairpins)

Conformación de la cadena lateral.

Diagrama de Ramachandran



Identificación de la estructura secundaria:

Identificación en estructuras tridimensionales. Diagramas de ángulo (angle plots). Uniones puente de Hidrógeno. Diagramas de distancia.

Identificación sin la estructura tridimensional. Espectroscopía de dicroísmo circular(circular dichroism spectroscopy). Espectroscopía por resonancia magnético nuclear. Espectroscopía de infrarrojo F T (Trasformada de fourier).



Predicción de estructura secundaria. A través de homología, estadística y estereoquímica.



3) Estructura Supersecundaria

Introducción. Horquillas beta de 2 residuos. Esquinas beta (Beta corners) y horquillas de hélice(helix hairpins).

Esquinas alfa (alfa corners) y E-F hand.

Hélice-vuelta-hélice (Helix-turn-helix). Motivos beta-alfa-beta (beta-alfa-beta motifs)

Coiled Coil.



4) Principios generales de empaquetamiento de estructura secundaria en proteínas.

Introducción. Empaquetamiento hélice-hélice. Empaquetamiento sheet-sheet. Empaquetamiento hélice-sheet.



5) Estructura terciaria.

Introducción. Clasificación general de proteínas.

Dominios (domains).

Proteínas de membrana.

Proteínas estructurales y fibrosas.

Enzimas. Otras proteínas globulares.

Proteínas mosaico. Inmunoglobulinas y otros ejemplos.



6) Plegamientos en proteínas (protein folds).

Introducción. Distintos tipos de plegamiento.

Plegamientos en los cuales la estructura secundaria es casi exclusivamente alfa. Ejemplos.

Plegamientos beta.

Plegamientos alfa/beta.

Plegamientos alfa+beta.

Proteínas pequeñas con enlace disulfuro.



7) Estructura cuaternaria.

Visión de conjunto. Simetría, ejemplos. Insulina como ejemplo de la relación entre estructura terciaria y cuaternaria.

Estructura cuaternaria de enzimas: enzimas multiméricas y complejos multienzimáticos. Grandes agrupaciones: estructuras fibrosas, estructuras filamentosas y virus.



8) Interacciones en proteínas.

Interacciones proteína-proteína. Interacciones proteína-ácido nucleico.

Interacciones de proteínas con otras macromoléculas biológicas:

* unión (binding): Inhibición. Regulación de ADN y proteínas. Hormonas y receptores. Ejemplos: factor de crecimiento nervioso y glicoproteínas.

* Lisis: de polipéptidos, proteinasas aspárticas como ejemplo. De polisacáridos, ejemplo: lisozima. De lípidos. De ácidos ribonucleicos, ejemplo: ribonucleasa A.

* Cambios conformacionales: alosterismo. Hemoglobina.



9) Métodos.

Purificación y cristalización de proteínas. Cristalografía de rayos X.



10) Aplicaciones.

Diseño racional de drogas. Distintos ejemplos. El caso de los inhibidores de proteasa en SIDA y la hipertensión arterial.

Estabilidad en Proteínas: Proteínas hipertermofílicas. Factores que afectan estabilidad.

Trabajos Prácticos de Laboratorio



1) Purificación de Proteínas: Purificación de la lisozima de clara de huevo (muramidasa) por cromatografía de intercambio iónico y cromatografía de exclusión de tamaño. Problemas.


2) Purificación de Proteínas: Purificación de proteínas haciendo uso de aparatos. Tecnicas de Fast protein liquid cromatography (FPLC) (BIOCAD/SPRINT)



3) Cristalización de Proteínas: Cristalización de lizosima por el método de fase de vapor por gotas colgantes y botones de diálisis. Problemas.


Trabajos Prácticos de Aula



1) Construcción de elementos de estructura secundaria hélices alfa, beta sheet, etc. usando modelos plásticos.



2) Construcción de los distintos tipos de plegamiento usando materiales tal como alambre.



3) Interpretación de datos cristalográficos estructurales en trabajos de investigación.



4) Técnicas de Computación:

* Manejo de base de datos de secuencia y estructura.

* Conceptos básicos de programación en idioma Fortran 77.

* Alineamiento y Análisis de Secuencias.

* Predicción de estructura Secundaria.

* Modelado Molecular por Homología.

* Problemas : Ej. Dada una sequencia x , analizarla y especular acerca de su posible función, especificidad, actividad, estructura, evolución etc.

Se propone una evaluacion continua con la posibilidad de Promocion
sin examen.

I. Se requiere una asistencia del 80% a las clases teorico-practicas.

II. Se realizara una evaluacion continua del alumno a traves de su participacion
en clase y mediante seminarios a presentar por los alumnos.

III.Aprobacion de evaluaciones parciales escritas con caracter teorico practico
en las cuales se usara la modalidad de preguntas con opcion multiple cuando
sea posible.

IV. Para mantener la condicion de alumno promocional los parciales deberan ser
aprobados con el 70% en primera instancia. En caso de que no se alcance este
porcentaje en cualquiera de las evaluaciones escritas habra una evaluacion
integradora oral al finalizar el curso que comprendera todos los temas
evaluados en los examenes parciales.Esta evaluacion integradora oral estara
abierta a alumnos que habiendo aprobado con el 70% quieran aumentar su nota.

V. Aprobacion de Trabajos Practicos de Laboratorio, los cuales tienen el caracter
de irrecuperables por sus caracteristicas y el costo de los mismos.

VI.Ensayo o investigacion bibliografica sobre temas determinados por el profesor
oportunamente.

Para alumnos regulares:

Asistencia del 70%
Aprobacion de los parciales con el 40 %
Regimen de recuperaciones de acuerdo a las ordenanzas vigentes.