Programa de la electiva
BIOINORGANICA
PROGRAMA ANALITICO
Fundamentación:
Bioinorgánica tiene por finalidad analizar la química inorgánica de los elementos en sistemas biológicos, usando conceptos estructurales, energéticos y mecanísticos de la química de estos elementos en solución. Aplicar las teorías y principios inorgánicos en la interpretación de procesos biológicos en los que participan metales. Emplear conceptos básicos, tales como alteración de FEM por complejación, estabilización por campo del ligando, interacciones entre ácidos y bases duros y blandos, geometría preferida de complejos metálicos, etc., a algunos de los procesos biológicos más relevantes. Destacar el rol desempeñado por los compuestos de coordinación como catalizadores en muchos procesos biológicos. De este modo se logrará complementar la formación en química inorgánica necesaria para el egresado.
CARGA HORARIA
Teoría: 25 h
Teórico práctico: 20 h
Laboratorio: 15 h
Total de horas: 60 hs
Objetivos:
Generales:
Caracterizar y conceptualizar el modo de acción de centros metálicos en sistemas biológicos.
Específicos:
Lograr que el alumno:
v adquiera los conceptos básicos necesarios para la interpretación de las interacciones entre iones metálicos y ligandos biológicos.
v visualice cuáles son los elementos químicos biológicamente importantes y los factores que limitan la participación en biología a unos pocos elementos de la tabla periódica, los factores químicos que controlan la unión de metales a ligandos biólógicos y la interrelación entre la función que desempeñan y la capacidad del elemento para sufrir transformaciones químicas.
v desarrolle capacidad para relacionar las características estructurales y electrónicas del sitio metálico y su función en las metaloproteínas.
v visualice la importancia de los iones metálicos alcalinos y alcalinotérreos en el campo de la biología.
v visualice la importancia de la bioinorgánica en el campo de
v visualice las implicancias de la contaminación ambiental y su relación con la bioinorgánica.
Tema 1:
COMPLEJOS METALICOS: ESTABILIDAD, REACCIONES Y CARACTERIZACIÓN ESPECTROSCÓPICA
1. Concepto de enlace químico: iónico, covalente, coordinado. 2. Complejos de iones metálicos de transición. 3. Teoría del enlace de valencia. 4. Teoría del campo cristalino. Desdoblamiento de los niveles energéticos de los orbitales d. 5. Teoría del campo del ligando. 6. Distorsiones de Jahn-Teller. 7. Concepto de retroenlace y sus consecuencias. 8. Serie espectroquímica. 9. Factores que influencian la estabilidad de un complejo. 10. Relaciones carga/radio. 11. Efecto entálpico. 12. Efecto entrópico. 13. Efecto quelato. Anillos y estabilidad del complejos. 14. Concepto de criptato y criptando.14. Reacciones de sustitución en complejos. Clasificación de complejos en lábiles e inertes. Mecanismos de reacciones de sustitución. Mecanismos asociativos, disociativos y concertados. 15. Reacciones de transferencia electrónica en complejos metálicos. Tipos de mecanismos redox. Mecanismos de esfera externa. Teoría de Marcus. Mecanismo de esfera interna, concepto de ligando puente. Transportadores de electrones en sistemas biológicos. 16. Técnicas espectroscópicas empleadas en Bioinorgánica: Espectroscopía de absorción de rayos X (XAS), difracción de rayos X, espectroscopía vibracional, espectroscopía electrónica, espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica, RMN paramagnético, ENDOR, dicroísmo circular y dicroísmo circular magnético.
Tema 2:
ELEMENTOS QUIMICOS EN BIOLOGIA.
l. La selección natural: abundancia en sistemas vivos y especiación. 2. Entorno biológico y disponibilidad: consideraciones de pH, potenciales redox, concentración en ambientes aeróbicos, solubilidad. 3. Concepto de esencialidad. Diagrama de respuestas. 4. Elementos esenciales a nivel de traza. Evolución. Modo de acción. 4. Metales y no metales en biología. 5. Antagonismo y Sinergismo.
Tema 3:
METALOENZIMAS- METALOPROTEINAS.
l. Concepto de metaloenzima y metaloproteína. 2. Rol del metal en sistemas biológicos. 3. Mecanismos disparadores y de control. 4. Factores químicos de selección: carga, tamaño, átomo de unión, geometría de coordinación, apareamiento de espín y formación de clusters.
Tema 4:
Hierro en sistemas bioLOGIcos
1. Porfirinas. Porfirinas de hierro. Estructura electrónica y espectros ópticos. 2. Hemoproteínas: hemoglobina y mioglobina. Estructura molecular y electrónica. Función biológica y mecanismo de acción. Oxigenasas. Citocromos. Funciones biológicas. Estructura molecular y propiedades electrónicas. 3. Proteínas de hierro no-hemo. Funciones biológicas. Estructura y propiedades electrónicas.
Tema 5:
Molibdeno en sistemas biologicos.
1. Disponibilidad del Mo. 2. Química biológica del molibdeno: sitios de unión, estados de oxidación y potenciales redox. 3. Enzimas de molibdeno. Xantina oxidasa. Aldehído oxidasa. Sulfito oxidasa. Nitrato reductasa. Nitrogenasa. 4. Sistemas modelo. 5. Mecanismos de acción.
Tema 6:
CObRe Y cINC EN LOS sISTEMAS bIOLOGICOS.
Cobre: 1. Estados de oxidación del cobre y estructura electrónica. 2. Caracterización estructural de los sitios de Cu. 3. Modelos espectroscópicos artificiales. 4. Proteínas de cobre. Clasificación. Oxidasas. Lacasas. Ceruloplasmina. Ascorbato oxidasa. Citocromo oxidasa. Hemocianina. 5. Enzimas cobre-zinc. Superóxido dismutasa.
CINC. 1. Disponibilidad. 2. Características del cinc en sistemas biológicos. 3. Cinc unido a residuos proteicos. 4. Anhidrasa carbónica. Estudios espectroscópicos y mecanismo de acción. 5. Carboxipeptidasa A. LADH. 5. Sustitución metálica.
Tema 7:
MANGANESO EN SISTEMAS BIOLOGICOS
1. Química del Mn: estados de oxidación, complejos. 2. Bioquímica del Mn. 3. Formación de clusters. 4. Sitios de unión. 5. Disponibilidad. Distribución del Mn en sistemas biológicos. 6. El centro de liberación de oxígeno en el fotosistema II. Estructura molecular y electrónica. Propiedades espectroscópicas y sistemas modelo. Modelos funcionales y estructurales. Energética de la oxidación del agua y rol de los protones. 7. Superóxido dismutasa. 8. Peroxidasa de Mn. 9. Catalasas de Mn. 10. Estructuras, propiedades y mecanismos de acción.
Tema 8:
COBALTO EN SISTEMAS BIOLOGICOS
1. La química del cobalto. 2. Estructura de la vitamina B12. 3. Reacciones biológicas con participación de la vitamina B12 y coenzimas B12. 4. Glucosa isomerasa. 5. Sistemas modelos sintéticos de la vitamina B12. 6. Complejos de cobalto con moléculas de interés biológico. 7. Metabolismo del cobalto.
Tema 9:
Los Metales alcalinos y alcalinoterreos en
1. Distribución de metales de los grupos 1 y 2 en los sistemas vivos. 2. La química de los elementos del bloque s. 3. Rasgos estructurales de los complejos de los cationes del grupo 1 y 2. 4. Características estructurales del ligando y su influencia en la unión al metal. 5. Tipos de ligandos. 6. Efecto macrocíclico. Efecto macrobicíclico. Criptato. Criptando lipófilicos. Esferandos. 7. Transportadores de iones a través de membranas.
Tema 10:
MEDICINA Y TOXICOLOGÍA EN EL CAMPO DE
Principio de Dureza y Blandura. Aplicaciones del Principio de dureza y blandura a: 1) las funciones biológicas y toxicológicas de los elementos. 2)
Tema 11:
BIONORGÁNICA Y
Contaminación ambiental por iones metálicos: efectos a nivel celular vegetal y animal. Modos de remediación.
Trabajos Prácticos
Se desarrollarán dos prácticos de laboratorio en los que se apliquen los conceptos desarrollados en las unidades temáticas 1 – 9. En estos prácticos se emplearán metaloproteínas o complejos metálicos modelo de modo de evaluar experimentalmente reactividad, propiedades químicas, transferencia electrónica, etc.
BIBLIOGRAFIA:
1. Bioinorganic chemistry: Inorganic elements in the chemistry of life, W. Kaim, B. Schwederski, A. Klein, Wiley, 2013.
2. Bioinorganic Chemistry: A Survey. Ochiai E. I., Elsevier Inc., 2010.
3. The Biological Chemistry of the Elements: The Inorganic Chemistry of the Life, Frausto da Silva J., Williams R., Oxford University Press, 2009.
4. Inorganic Biochemistry Research Progress, Hughes J. G., Robinson A. J., Nova Science Publishers, Inc., 2008.
5. Applications of Physical Methods to Inorganic and Bioinorganic Chemistry. Scott R. A., Wiley, 2007.
6. Biological Inorganic Chemistry: Structure and Reactivity. Gray, H. B., Stiefel E. I., Valentine J. S., Bertini I., University Science Books, 2006.
7. Concepts and models in Bioinorganic Chemistry, Kraatz H. B., Metzler-Nolte, N., Wiley-VCH, 2006.
8. Physical Methods in Bioinorganic Chemistry. Spectroscopy and Magnetism. Que L., Jr., University Science Books, 2000.
9. Inorganic Biochemistry. Cowan J. A., VCH, 1997.
10. Principles of Bioinorganic Chemistry, Lippard S. J., Berg J. M., University Science Books, 1994
Artículos recientes de revistas científicas.
Evaluación
El procedimiento de evaluación consistirá en la realización de un examen escrito promocional. El alumno que apruebe este examen, haya asistido y aprobado los prácticos de laboratorio y haya asistido al 80% de las clases teóricas y teórico-prácticas será considerado en condición de promovido. El alumno libre rendirá un examen global.
Prof. Dra. Sandra Signorella
Prof. Dra. Marcela Rizzotto
Prof. Dra. Claudia Palopoli
Prof. Dra. Verónica Daier
Prof. Dr. Juan C. González
Prof. Dr. Sebastián Bellú
Prof. Dr. Diego Moreno