1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: Bioquímica Carrera: Ingeniería en Innovación Agrícola Sustentable Clave de la asignatura: ASM-0708 Horas teoría-horas práctica-créditos 3-2-8 2.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Instituto Tecnológico de El Llano Aguascalientes, del 23 al 27 de octubre del 2006.

Observaciones (cambios y justificación) Representantes de los Reunión de Diseño curricular Institutos Tecnológicos de la carrera de Ingeniería en de: Celaya, Chihuahua Innovación Agrícola II, Ciudad Valles, Roque Sustentable del Sistema Cuenca de Papaloapan, Nacional de Educación El Llano Aguascalientes, Superior Tecnológica Minatitlán, Los Mochis, Orizaba, Querétaro, Zona Maya, San Juan del Río, Tizimin, Tlajomulco, Torreón, Tuxtepec, Valle de Oaxaca, Valle de Morelia, Valle del Yaqui y Zona Olmeca

Institutos Tecnológicos de: Tlajomulco y La Cuenca de Papaloapan

Representantes de la Academia de Ingeniería en Agronomía

Instituto Tecnológico de Minatitlán

Representante de la Academia de Ingeniería Ambiental

Participantes

de noviembre 2006 a enero 2007 Instituto Tecnológico de Representantes de los Roque, del 15 al 19 de Institutos Tecnológicos enero del 2007 participantes en el diseño de la carrera de Ingeniería en Innovación Agrícola Sustentable

Análisis, enriquecimiento y elaboración del programa de estudio propuesto en la Reunión Nacional de Diseño Curricular de la carrera de Ingeniería en Innovación Agrícola

Definición de los programas de estudio de la carrera de Ingeniería en Innovación Agrícola Sustentable

3.- UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA a). Relación con otras asignaturas del plan de estudio Anteriores Asignaturas Temas - Enlaces químicos. Química - Estructura y propiedades de los compuestos químicos. - Estequiometría.

Posteriores Asignaturas Temas Fisiología Vegetal - Introducción. - Fotosíntesis. - Respiración. - Nutrición mineral y asimilación. - fitohormonas

Química analítica - Preparación de soluciones - Métodos instrumentales.

Biología Molecular - Tecnología del ADN recombinante. - Extracción de ADN y su análisis espectrofotométrico.

Biología

- La célula. - Biología molecular

b). Aportación de la asignatura al perfil del egresado Permite aplicar los conocimientos básicos relacionados con las biomoléculas fundamentales, en la interpretación y comprensión del metabolismo de las plantas, para incrementar la producción agrícola con enfoque sustentable.

4.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO Distinguirá las biomoléculas fundamentales presentes en los productos agrícolas, y sus rutas de biosíntesis y degradación, en función de las condiciones en que se obtienen en cultivo sustentable con agricultura protegida.

5.- TEMARIO Unidad 1

Temas Introducción a la bioquímica

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

Subtemas Concepto y alcances de la Bioquímica. Composición química de los seres vivos. El medio acuoso. Naturaleza de los enlaces químicos. Niveles de organización de las biomoléculas en la célula. El ATP como sistema de transferencia de energía en la célula.

2

Proteínas

2.1 Clasificación y propiedades de los aminoácidos 2.2 El enlace peptídico: estructura y propiedades 2.3 Biosíntesis. Mecanismo de traducción y su regulación 2.4 Características generales de las proteínas: estructura, funciones y clasificación 2.5 Las enzimas como catalizadores biológicos y cinética enzimática 2.6 Clasificación de las enzimas, sitio activo y unidades de actividad enzimática 2.7 Regulación de la actividad enzimática: influencia del pH y la temperatura 2.8 Cinética de las reacciones bioquímicas: saturación por sustrato y velocidad inicial. Concepto de Km y Vmáx 2.9 Tipos de inhibición enzimática.

3

Carbohidratos

3.1 Estructuras, propiedades y función: 3.1.1 Monosacáridos 3.1.2 Oligosacáridos 3.1.3 Polisacáridos 3.2 Biosíntesis. 3.2.1 Fotosíntesis 3.2.2 Gluconeogénesis 3.3 Catabolismo 3.3.1 Glucólisis (aerobia, anaerobia) 3.3.2 Regulación y balance global 3.4 Efecto de la fertilización en las rutas metabólicas de carbohidratos de interés agroindustrial: sacarosa, almidón, celulosa, fructanos, etc.

5.- TEMARIO (Continuación) Unidad 4

Temas Metabolismo energético

4.1 4.2

4.3 4.4 4.5

Subtemas Ciclo de Krebs. La cadena respiratoria mitocondrial: localización, composición, funcionamiento e inhibidores Sistemas de transporte mitocondriales Fosforilación oxidativa: concepto, mecanismos y regulación. Efecto del uso de agroquímicos en el funcionamiento de la mitocondria.

5

Lípidos

5.1 Estructura, propiedades y función. 5.1.1 Lípidos simples 5.1.2 Lípidos complejos 5.1.3 Terpenos de interés biológico: vitaminas. 5.2 Biosíntesis. 5.2.1 Lípidos saturados. 5.2.2 Lípidos insaturados. 5.2.3 Lípidos complejos. 5.3 Catabolismo de lípidos. 5.3.1 β-oxidación. 5.4 Efecto de la fertilización en las rutas metabólicas de lípidos de interés agroindustrial: aceites, vitaminas, jabones, ceras, etc.

6

Ácidos nucleicos

6.1 Estructura, características, propiedades y funciones: ADN y ARN. 6.2 Organización del material genético en procariotas y eucariotas. 6.3 Replicación de ADN. 6.4 Transcripción: biosíntesis de ARN. 6.5 Biosíntesis de nucleótidos: purinas y pirimidinas. 6.6 Catabolismo de nucleótidos: purinas y pirimidinas. 6.7 Efecto del uso de agroquímicos en la replicación de ADN.

5.- TEMARIO (Continuación) Unidad 7

8

Temas Metabolismo secundario

Subtemas 7.1 Definición, estructura, propiedades y función de los metabolitos secundarios. 7.2 Principales rutas metabólicas de: terpenos, compuestos fenólicos, alcaloides y otros compuestos nitrogenados. 7.3 Efecto de la fertilización en las rutas metabólicas de: colorantes, saborizantes, aromas y medicinales.

Integración y control 8.1 Especialización metabólica de los distintos tejidos de plantas. del metabolismo primario y secundario 8.2 Flujo de sustratos y productos metabólicos entre tejidos. 8.3 Efecto del manejo agronómico en agricultura protegida en el comportamiento del metabolismo primario y secundario de cultivos de interés agroindustrial.

6.- APRENDIZAJES REQUERIDOS Conocimientos generales de: • Fórmulas de compuestos inorgánicos y orgánicos • Estructura general y características fisiológicas de células microbianas, vegetales y animales • Manejo y representación gráfica de ecuaciones algebraicas de primer y segundo grado

7.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS • • • • • • • • • •

• • • • • •

Elaboración de material didáctico por parte de los estudiantes, tales como modelos de las biomolèculas en unicel, u otro material disponible, diagramas de las rutas metabólicas de las biomoléculas, etc. Discusión de subtemas en grupo, considerando continuamente su relación con la producción en agricultura protegida. Incorporar continuamente como refuerzo didáctico, material biológico o muestras de cultivos y agroquímicos, relacionados con el subtema correspondiente. Realización reporte individual de las prácticas de laboratorio. Asistencia a eventos científicos y tecnológicos relacionados con la asignatura; así como asistencia a exposiciones del sector agrícola y visitas a agroindustrias. Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura (procesador de texto, hoja de cálculo, base de datos, graficador, Internet, etc.). Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisis-síntesis, las cuales encaminan al alumno hacia la investigación. Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: identificación manejo y control de de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, de trabajo en equipo. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así como con las prácticas de una agricultura sustentable. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Utilizar medios audiovisuales para una mejor comprensión del estudiante., cuando los temas lo requieran

8.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN • • • • • • • •

Cumplimiento de tareas. Exposición de temas. Examen escrito. Revisión de trabajos de investigación. Reportes de prácticas de laboratorio y de campo. Reportes de la asistencia a eventos científicos, tecnológicos, exposiciones y agroindustrias. Participación en clase y laboratorio Autoevaluación

9.- UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Introducción a la Bioquímica Objetivo Educacional

Actividades de Aprendizaje •

Explicará los antecedentes y aplicaciones actuales de la Bioquímica en los sistemas de producción con agricultura protegida.

• •

• •

Investigar en diferentes fuentes de información. Exponer los subtemas en equipo. Identificar un uso de la bioquímica para la obtención productos agrícolas: alimento, saborizante, aroma, colorante, compuesto medicinal, etc. Discutir en el grupo los conceptos principales de cada subtema. Elaborar un resumen individual de cada subtema.

Fuentes de Información 1 2 4 5 7 8 13 14 15 17 23

Unidad 2: Proteínas Objetivo Educacional

Actividades de Aprendizaje •

Analizará las estructuras y características de las proteínas, sus actividades enzimáticas y su regulación.

• • • • •

• •

Elaborar en equipo un mapa conceptual del tema y material didáctico. Exponer los subtemas en equipo. Comparar las estructuras de las proteínas. Clasificar las actividades enzimáticas. Aplicar los conceptos proteína-enzima en la solución de problemas relacionados con la medición de actividad enzimática. Analizar ejemplos en que los agroquímicos afectan la actividad de enzimas, tanto en plantas como en plagas y microorganismos responsables de enfermedades. Elaborar un resumen individual de cada subtema. Realizar práctica de laboratorio

Fuentes de Información

2 3 5 8 10 14 16 17 23

Unidad 3: Carbohidratos Objetivo Educacional Inferirá las relaciones que pueden existir entre la estructura química, ruta metabólica y su control, en la acumulación y propiedades de los carbohidratos de interés agroindustrial.

Actividades de Aprendizaje • • • • • •

• •

Elaborar en equipo un mapa conceptual del tema y material didáctico. Exponer subtemas en equipo. Comparar las estructuras de los carbohidratos. Analizar las principales rutas de biosíntesis y degradación. Relacionar los conceptos ruta metabólicapropiedades de los carbohidratos producidos, a su uso como materia prima. Analizar ejemplos del efecto de la fertilización, en las rutas metabólicas de carbohidratos de interés agroindustrial y sus niveles de producción. Elaborar un resumen individual de cada subtema. Realizar práctica y visita a agroindustria.

Fuentes de Información

2 3 6 7 8 11 12 17 23

Unidad 4: Metabolismo energético Objetivo Educacional Identificará las • estructuras y funciones de la célula • relacionadas con la • generación de energía y su regulación. •

•

Actividades de Aprendizaje

Fuentes de Información

Elaborar en equipo un mapa conceptual del tema y material didáctico. Exponer subtemas en equipo. Analizar la fisiología y los principales procesos bioquímicos que ocurren en la mitocondria, tanto para la generación de energía (ATP), como su participación en las rutas metabólicas de biomoléculas. Analizar ejemplos del efecto de agroquímicos en la mitocondria, tanto en plantas como en plagas y microorganismos responsables de enfermedades. Elaborar un resumen individual de cada subtema.

3 5 7 9 16 17 18 19 20 23

Actividades de Aprendizaje

Fuentes de Información

Unidad 5: Lípidos Objetivo Educacional Deducirá las relaciones que pueden existir entre la estructura química, ruta metabólica y su control, en la acumulación y propiedades de lípidos de interés agroindustrial.

• • • • • •

• •

Elaborar en equipo un mapa conceptual del tema y material didáctico. Exponer subtemas en equipo. Comparar las estructuras de los lípidos. Analizar las principales rutas de biosíntesis y degradación. Aplicar los conceptos ruta metabólicapropiedades de los lípidos a su uso agroindustrial. Analizar ejemplos del efecto de la fertilización, en las rutas metabólicas de lípidos de interés agroindustrial y sus niveles de producción. Elaborar un resumen individual de cada subtema. Realizar práctica y visita a agroindustria.

1 4 8 11 12 13 14 15 17 18 19 20 23

Unidad 6: Ácidos nucleicos Objetivo Educacional Analizará las relaciones que pueden existir entre la estructura química y la ruta metabólica de los ácidos nucleicos.

Actividades de Aprendizaje • • • • •

• •

Elaborar en equipo un mapa conceptual del tema y material didáctico. Exponer subtemas en equipo. Comparar las estructuras de los ácidos nucleicos. Analizar las principales rutas de biosíntesis y degradación de ADN, ARN y sus nucleótidos. Analizar ejemplos del efecto de agroquímicos en la replicación de ADN, tanto en plantas como en plagas y microorganismos responsables de enfermedades. Elaborar resumen individual de cada subtema. Realizar práctica.

Fuentes de Información

2 5 9 10 11 15 17 21 22 23

Unidad 7: Metabolismo secundario Objetivo Educacional

Actividades de Aprendizaje • • •

Inferirá las relaciones que pueden existir entre la estructura • química, ruta metabólica y su • control, en la acumulación y propiedades de • metabolitos secundarios de interés agroindustrial. • •

Elaborar en equipo un mapa conceptual del tema y material didáctico. Exponer subtemas en equipo. Comparar las estructuras de los metabolitos secundarios. Analizar las principales rutas de biosíntesis y degradación. Aplicar los conceptos ruta metabólicapropiedades de los metabolitos secundarios, a su uso agroindustrial. Analizar ejemplos del efecto de fertilización, en las rutas metabólicas de metabolitos secundarios de interés agroindustrial y sus niveles de producción. Elaborar resumen individual de cada subtema. Realizar práctica y visita a agroindustria.

Fuentes de Información

2 3 7 9 10 12 17 21 22 23

Unidad 8: Integración y control del metabolismo primario y secundario Objetivo Educacional Identificará las relaciones que pueden existir entre el metabolismo primario y secundario, ruta metabólica y su control, en la acumulación y propiedades de productos de interés agroindustrial,

Actividades de Aprendizaje • • •

•

•

Elaborar en equipo un mapa conceptual del tema y material didáctico. Exponer subtemas en equipo. Analizar las principales rutas de biosíntesis y degradación de metabolitos primarios y secundarios, con relación a los tejidos en los que ocurren y en los que se acumulan productos de interés agroindustrial. Analizar ejemplos de manejo agronómico en agricultura protegida y su efecto en el comportamiento del metabolismo primario y secundario, así como en los niveles de acumulación de productos de interés agroindustrial. Elaborar resumen individual de cada subtema.

Fuentes de Información

1 3 7 9 10 14 17 18 23 24 25 26

10.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Bailey, S. P. & Bailey A. C. Química Orgánica: conceptos y aplicaciones, Ed. Prentice Hall. Quinta edición. México. 1998. 2. Burton, D. J. & Routh, J., Química Orgánica y Bioquímica, Ed. Mc Graw Hill. México, 1981 3. Clark, J. M., Bioquímica experimental, Ed. Acribia. Zaragoza, España, 1995 4. Cox, M. M. & Nelson D. L. Lehninger, Principios de bioquímica, Ediciones Omega, España, 2006 5. Garritz, A. & Chamizo, J. A., Química, Ed. Addison Wesley Iberoamericana, S. A. México, 1994 6. Harper, Harold A., Manual de química fisiológica, Ed. el Manual Moderno, S. A. México, 1980 7. Lehninger, A. L., Bioquímica, las bases moleculares de la estructura y función celular, Ediciones Omega, S. A. Barcelona, España, 1991 8. Mathews, C. K., Bioquímica, Madrid Pearson Education D.L. España, 2002 9. McKee, T., Bioquímica la base molecular de la vida, Ed. McGraw-Hill. Madrid, 2003 10. Olvera-Díaz, G., Bioquímica y fisiología, Ed. Interamericana. México. 1987. 11. Peña-Arroyo & Gómez-Tapia, Bioquímica, Ed. Limusa, México, 1981 12. Quintero-Ramírez, Rodolfo, Ingeniería bioquímica. Teoría y aplicaciones, Ed. Alhambra Mexicana, México, 1990

13. Stephenson K. W., Introducción la bioquímica, Ed. Limusa, México, 1991. 14. Stryer, L., Bioquímica, Ed. Reverté, Barcelona, 2003 15. Thorpe, B. J. Bioquímica. Segunda reimpresión. Editorial CECSA. México. 1976. 16. Vega, de K. J. C., Química orgánica: para estudiantes de ingeniería, Ed. Alfaomega, Segunda edición, México, 2000 17. Campbell, M.K. & S.O. Farell, Bioquímica, Internacional Thomson Editores. México, 2004 18. Melo-Ortiz, V. & Cuamatzi-Tapia, O., Bioquímica de los procesos metabólicos, Reverté Ediciones. UAM Xochimilco, México, 2004. 19. McKee, T., Bioquímica. La base molecular de la vida, 3ª Edición, Ed. Mc Graw-Hill, España, 2003 20. Hames, B.D. & Hooper, N.M.. Biochemistry. Instant notes. 2nd edition. Springer-Verlang. New York. 2000. 21. Campbell, P.N. & Smith. A.D., Biochemistry illustrated, 2nd edition, Churchill Livingstone, Edinburgh, U.K., 1988 22. Stephenson, W.K., Introducción a la bioquímica, 2a edición, Ed. Limusa. México, 2004 23. Peretó, J., Sendra, R., Pamblanco & Bañó, C., Fundamentos de bioquímica, 5a edición, Universidad de Valencia, España, 2005. 24. Kaufman, P.B. Cseke, L.J. Warber, S., Duke, J.A. & Brielmann, H.I., Natural products from plants, Boca. CRC Press. Raton (USA). 1999. 25. Wink, M., Biochemistry of plant secondary metabolism, CRC Press. Raton (USA), 1999 26. Wink, M., Functions of plant secondary metabolites and their explotation in Biotechnology, CRC Press. Raton (USA). 1999. Complementaria: Revisiones y artículos actuales publicados en las revistas que se detallan a continuación: - Biotechnology - Current Opinion in Plant Biology* - Plant Cell, Tissue and Organ Culture - Trends in Biotechnology* - Trends in Plant Science* (*Revistas de revisiones) Sitios de interés • • • •

http://bcs.whfreeman.com/biochem5 Página de apoyo al libro Bioquímica de Stryer ¿ http://bcs.whfreeman.com/lehninger/default.asp Página de apoyo al libro Bioquímica de Lehninger http://www.aw-bc.com/mathews/ Página de apoyo al libro Bioquímica de Mathews http://mhhe.com/mckee/ Página de apoyo al libro Bioquímica de McKee

• • •

http://www.biorom.uma.es/ Manual tutelado interactivo para el estudio de la Bioquímica http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/ Nomenclatura de Enzimas http://www.rcsb.org/pdb/ Protein Data Bank

11.- PRÁCTICAS PROPUESTAS Extracción, identificación cualitativa y determinación cuantitiva de: Práctica 1. Proteínas Práctica 2. Carbohidratos Práctica 3. Lípidos Práctica 4. Acidos nucléicos Practica 5. Metabolitos secundarios (al menos uno de los siguientes): • colorantes • saborizantes • aromas • medicinales Práctica 6. Evalución de la fertilización en la acumulación: • de sacarosa (metabolito primario, sabor dulce) • color rojo (metabolito secundario, color rojo) • en tomates cultivados en maceta Las materias primas para la realización de las prácticas podrán ser las de mayor disponibilidad regional o estacional.