BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LICENCIATURA: QUÍMICO FARMACOBIÓLOGO

ÁREA ESPECÍFICA DE:

QUÍMICA INORGÁNICA

NOMBRE DE LA ASIGNATURA:

QUÍMICA BIOINORGÁNICA

CÓDIGO:

QUI 240

FECHA DE ELABORACIÓN:

MARZO 2001

NIVEL EN EL MAPA CURRICULAR:

FORMATIVO

TIPO DE ASIGNATURA:

DISCIPLINARIA

PROFESORES QUE PARTICIPARON EN SU ELABORACIÓN: M.C. MARÍA ASTORGA CANTÚ M.C. ISMAEL SOTO LÓPEZ M.C. JAVIER SOSA RIVADENEYRA M.C. LEONCIO AVENDAÑO MARTÍNEZ M.C. LEOPOLDO CASTRO CABALLERO DR. GEOLAR FETTER HORAS DE TEORÍA: 3

HORAS PRÁCTICA: 2

CRÉDITOS: 8

PRE-REQUISITOS: Sin requisitos RECOMENDACIONES: Química General, Análisis cualitativo y Cuantitativo, Biología, Bioquímica, Química Orgánica I PRESENTACIÓN GENERAL DEL PROGRAMA La química bioinorgánica constituye una herramienta importante para el químico farmacobiólogo, ya que permite explicar la presencia e interacciones de elementos y moléculas inorgánicas en los sistemas vivos. La química bioinorgánica constituye una importante disciplina ubicada en la frontera de dos áreas de la ciencia, que ha primera vista parecieran ser ajenas, la biología y la química inorgánica. La química bioinorgánica estudia aquellos elementos y moléculas esenciales para los procesos vivos y hace especial énfasis en su función in vivo. Los seres vivos se encuentran rodeados de un medio esencialmente inorgánico, con el cual tienen interacción tan estrecha que en algunas moléculas biológicas no se concibe su funcionalidad o aún más su existencia sin esta interacción. Es imposible imaginar la vida, sin la función de los llamados elementos “inorgánicos” como son: Calcio, Magnesio, Sodio, Potasio, Cobre, Hierro, Cinc, Selenio, Molibdeno, etc.

Este programa de química bioinorgánica esta integrado por: - Una parte informativa e introductoria, que permite contextualizar la presencia de los elementos inorgánicos en los seres vivos. - Una parte formativa que constituye el desarrollo los principios inorgánicos necesarios y suficientes, para que el alumno comprenda las diferentes interacciones que se presentan en los sistemas vivos. - Finalmente la última parte permite correlacionar las funciones de las moléculas biológicas que contienen elementos inorgánicos con su estructura y con las propiedades químicas del elemento inorgánico en cuestión. Así como, sus aplicaciones en campos específicos para el Químico farmacobiólogo. Esta estructura permite que el Q.F.B. adquiera una formación básica en esta disciplina y un panorama de la importancia de la química bioinorgánica, en nuestra sociedad actual. OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO

¾ Que el alumno adquiera los conocimientos necesarios y suficientes de química

inorgánica y química bioinorgánica, que le permitan ser coparticipe en la solución de problemas prioritarios en la vida económica, política, social y cultural de nuestro país.

¾ El alumno

será capaz de explicar, interpretar y proponer los mecanismos del funcionamiento de los procesos químico - biológico que ocurre en la naturaleza.

¾ Propiciar

el desarrollo de habilidades tendientes a reconocer y proponer alternativas de solución a los procesos químicos y biológicos tratados desde el punto de vista de la química inorgánica general.

CONTENIDO Y ESQUEMA DEL CURSO UNIDAD I.- INTRODUCCIÓN 6 HORAS Cuando nos detenemos a observar el mundo que nos rodea podemos entender con relativa facilidad por que existen moléculas con elementos inorgánicos en su estructura jugando un papel importante para la vida. OBJETIVO DE LA UNIDAD

¾ Que

el alumno observe aquellos elementos en el entorno natural, que han permitido la introducción de los elementos netamente inorgánicos a los diferentes sistemas vivos y que aprenda los elementos básicos de la bioinorgánica así como definiciones importantes.

TEMAS I.1- Definición de la Química Bioinorgánica I.1. 1. Ecósfera y Biósfera, constitución y propiedades físicas y químicas. I. 2. Aspectos generales I.2.1. Elementos esenciales: Mayoritarios, Elementos traza y sus moléculas. I.2.2. Definiciones básicas. Elemento tóxico, Impureza tolerable, elemento útil, elemento esencial.

UNIDAD II. PRINCIPIOS DE QUÍMICA INORGÁNICA 8 HORAS La química bioinorgánica constituye una base definitiva para el estudio de la química bioinorgánica. En este UNIDAD se introduce al estudiante al manejo, interpretación y correlación de las propiedades químicas de los elementos inorgánicos de acuerdo a la posición que ocupa en la tabla periódica y a la estructura de la molécula que forma parte. OBJETIVO DE LA UNIDAD

¾ El alumno será capaz de interpretar las propiedades que presentan los compuestos

inorgánicos y correlacionarlos, de una manera aproximada, con su estructura y sus propiedades químicas

TEMAS II.1. Enlace Químico II.1.1. Periodicidad II.1.2. Valencia y número de oxidación II.1.3. Enlace ionico II.1.4. Enlace covalente II.1.5. Enlace por puente de hidrógeno II.1.5. 1. El agua y sus propiedades relacionadas con el enlace por puente de hidrógeno. II.1.5. 2. Enlace por puente de hidrógeno en los sistemas vivos: en proteínas, enzimas, ácidos nucléicos, etc. II.1.6. Enlace de Covalente coordinado II.1.6. 1. Como se forma el enlace covalente coordinado. II.1.6. 2. Nomenclatura de los compuestos de coordinación. II.1.6. 3. Teoría enlace valencia. Propiedades magnéticas de los compuestos de coordinación, estado de espín. II.1.6. 4. Teoría del campo cristalino. Por qué los compuestos de coordinación son coloreados. II.2. Teorías ácido Base: II.2. 1. Ácidos próticos. II.2. 2. Ácidos y bases de lewis II.2. 3. Ácidos duros y blandos II.3. Potenciales de óxido reducción UNIDAD III. QUÍMICA BIOINORGÁNICA DE LOS ELEMENTOS s y p 10 HORAS Los iónes metales juegan papeles fundamentales para la vida. el papel que juegan los iónes extra e intracelular o . Por otro lado por el calcio o el magnesio en la fotosíntesis y el litio en tratamiento de esquizofrenia constituyen ejemplos muy representativos de este grupo de metales. OBJETIVO DE LA UNIDAD

¾ El alumno entenderá el papel que juegan los iónes de estos grupos de elementos, así como, las funciones de compuestos de los metales de estos grupos.

TEMAS III.1 Química Bioinorgánica de los metales alcalinos y alcalino-térreos III.1.2. Complejos con ligandos macrocíclicos . Clorofila y fotosíntesis III.1.3. Modelos de transporte: Transporte activo III.1.4. Funciones biológicas III.1.5. Química bioinorgánica del Litio. III.2. Biomineralización III.2. 1. Características químicas y estructurales de los biominerales III.2.2. Procesos de formación de biominerales III.2..3. Aspectos particulares en la formación de biominerales III.3 Química Bioinorgánica de los no-metales III.3.1. Halógenos III.3.2. Selenio III.3.4. Silicio III.3.5. Boro UNIDAD IV QUÍMICA BIOINORGÁNICA DE LOS METALES DE TRANSICIÓN 10 HORAS Sin la presencia de elementos inorgánicos la vida no sería posible y es la razón por la que nuestros alumnos deben tener una idea clara de las funciones y comportamiento de los sistemas que contienen metales de transición. OBJETIVO DE LA UNIDAD

¾ El alumno entenderá las funciones de los iones metálicos en sistemas vivos. TEMAS IV.1. Química bioinorgánica del hierro IV .1.1. Proteínas de hierro con grupos hemo IV. 1.2. Proteínas de hierro/azufre IV. 1.3. Sistemas con unidades Fe-O-Fe IV. 1.4. Metabolismo del hierro IV.1.5. Modelos para el hierro en química bioinorgánica IV .1.6. Activación biológica de O2 y N2 IV .2. Química bioinorgánica del cobre IV .2.1. Oxidasas IV .2. 2. Transportadores de electrones IV .2. 3. Superóxido dismutasa IV .2. 4. Hemocianinas IV .2. 5. Tirosinasa IV .2. 6. Metabolismo del cobre IV .3. Química bioinorgánica del cinc III .3.1. Anhidrasa carbónica III .3. 2.Carboxipeptidasas y otras hidrolasas III .3. 3. Otros sistemas enzimáticos III .3. 4. Dedos de cinc III .3.5. Metabolismo del cinc IV .4. Química bioinorgánica del molibdeno III .4. 1. Enzimas con cofactor de molibdeno III .4. 2. Nitrogenasas y fijación de nitrógeno III .4.3. Metabolismo del molibdeno IV .5. Química bioinorgánica del cobalto

IV .5. 1. Vitamina B12 IV .5. 2. Glucosa-isomerasa IV .5. 3. Algunos modelos para la vitamina B12 y sistemas relacionados IV .5. 4. Metabolismo del cobalto IV.6. Química bioinorgánica de otros metales de transición: vanadio, cromo, manganeso y níquel UNIDAD V. CONTAMINACIÓN DEL MEDIO AMBIENTE. TOXICOLOGÍA DE ELEMENTOS INORGÁNICOS. 8 HORAS La contaminación de nuestro ambiente es sin lugar a dudas el precio que hemos pagado por los avances tecnológicos que actualmente disfrutamos. La tarea de todo profesional de la química es, por un lado, el de concientizar a la gente que nos rodea sobre el cuidado del ambiente y por otro nos corresponde buscar soluciones a los problemas ya existentes. OBJETIVO DE LA UNIDAD

¾ Informar

al alumno sobre la problemática que existe en cuanto a contaminación por compuestos inorgánicos así como el uso de estos compuestos para salvar al medio ambiente.

TEMAS V. 1. Aspectos generales V. 2. Aspectos toxicológicos de contaminantes V.2.1. Mercurio V. 2.2. Cadmio V. 2.3. Plomo V. 2.4. Talio V. 2.5. Berilio V. 2.6. Aluminio V. 2.7. Elementos radiactivos V. 2.8. Elementos no-metálicos UNIDAD VI. ASPECTOS FARMACOLÓGICOS 6 HORAS El vertiginoso desarrollo de los fármacos inorgánicos requiere de un profesional de la química que sea capaz de especializarse en este tópico, por lo que es importante que nuestros egresados tengan un conocimiento general, que les permita especializarse con un postgrado. OBJETIVO DE LA UNIDAD

¾ Qué el alumno adquiera una visión clara del potencial de esta área de investigación para el beneficio de la humanidad.

TEMAS VI. 1. Problemas del déficit en elementos esenciales VI. 2. Quelatoterapias VI. 3. Suplementación

VI. 4. Compuestos antitumorales VI. 5. Compuestos antiinflamatorios y antiartríticos VI. 6. Compuestos anticancérigenos VI. 7. Compuestos antisicóticos VI. 8. Radiofármacos VI. 9. Otros METODOLOGÍA Exposición oral en el salón de clase, combinada con dinámica de grupos, lectura de artículos de la antología de química bioinorgánica, debate y discución de los diferentes temas por parte de los integrantes de cada grupo académico, uso de tutoriales en multimedia y vídeo científico que permitan reforzar el aprendizaje de temas relevantes. INSTRUMENTACIÓN DIDÁCTICA A UTILIZAR Utilización de equipo audiovisual, como: proyectores de acetatos y transparencias, televisión, cañón de vídeo acoplado a videocasetera o a computadora, según sea necesario, y uso de material equipo de laboratorio actualizado. CRITERIOS DE EVALUACIÓN: 3 exámenes parciales escritos: 60% Trabajo experimental (Prácticas de laboratorio): 30% Participación en clase: 10% PRÁCTICAS DE LABORATORIO PROPUESTAS: 1.- DETERMINACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE LA VIDA. 2.-PERIODICIDAD QUÍMICA. 3.-LA QUÍMICA DEL CO2, LA RESPIRACIÓN Y METALES ALCALINOTERREOS 4.-LA QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS COVALENTES COORDINADOS. 5.-LA QUÍMICA DE LA HEMOGLOBINA. 6.- LA QUÍMICA DE LA CLOROFILA. 7.- LA QUÍMICA DE LAS COBALAMINAS. 8.-CONTAMINACIÓN AMBIENTAL. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA 1.- BARAN E. J. “Química Bioinorgánica” Ed. Mac Graw-Hill (1995). (LIBRO DE TEXTO) BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA: 1.- STEFENSEN J. LIPPARD AND JEREMY M. BERG, “PRINCIPLES OF BIOINORGANIC CHEMISTRY” , ED. UNIVERSITY SCIENCE BOOK (1995). 2.- KAIM W. SCHWEDERSKI. “Bioinorgánic Chemistry: Inorgánic Elements in the Chemistry of Life”., Ed., John Wiley & Sons. LTD., England 1999.