Logo UAB
2021/2022

Biologia Molecular

Codi: 102523 Crèdits: 6
Titulació Tipus Curs Semestre
2501922 Nanociència i Nanotecnologia OB 2 2
2502444 Química OT 4 0
La metodologia docent i l'avaluació proposades a la guia poden experimentar alguna modificació en funció de les restriccions a la presencialitat que imposin les autoritats sanitàries.

Professor/a de contacte

Nom:
Alicia Roque Córdova Roque Cordova
Correu electrònic:
Alicia.Roque@uab.cat

Utilització d'idiomes a l'assignatura

Llengua vehicular majoritària:
espanyol (spa)
Grup íntegre en anglès:
No
Grup íntegre en català:
No
Grup íntegre en espanyol:
Sí

Equip docent

Sandra Villegas Hernández

Prerequisits

No hi ha pre-requisits oficials específics.

Objectius

Aquesta assignatura integra la descripció els mecanismes moleculars que es donen en els processos de transmissió de la informació genètica (replicació, transcripció i traducció) amb la seva aplicació tècnica.


Objectius concrets:
- Conèixer les diferents estructures que adopten els àcids nucleics, així com els diferents graus d'empaquetament del DNA segons el tipus d'organisme i el moment del cicle cel·lular.
- Conèixer els mecanismes de replicació, recombinació, i reparació del DNA que mantenen la integritat de la informació genètica; així com les modificacions epigenètiques que es transmeten entre generacions.
- Comprendre la funció de les diferents RNA polimerases i els mecanismes de control de la transcripció segons el tipus d'organisme.
- Conèixer l'estructura i funció dels ribosomes, les diferències entre procariotes i eucariotes, i els mecanismes de control de la traducció.
- Introduir les eines de DNA recombinant i les seves aplicacions.
- Introduir les eines de genòmica que permeten una aproximació global a l'estudi dels diferents processos de transmissió de la informació genètica.

Competències

    Nanociència i Nanotecnologia
  • Adaptar-se a noves situacions.
  • Aplicar els conceptes, principis, teories i fets fonamentals relacionats amb la nanociència i la nanotecnologia a la resolució de problemes de natura quantitativa o qualitativa en l'àmbit de la nanociència i la nanotecnologia.
  • Aplicar les normes generals de seguretat i funcionament d'un laboratori i les normatives específiques per a la manipulació de la instrumentació i dels productes i materials químics i biològics tenint en compte les seves propietats i els riscos.
  • Aprendre de manera autònoma.
  • Comunicar-se oralment i per escrit en la llengua pròpia.
  • Demostrar motivació per la qualitat.
  • Demostrar que es comprenen els conceptes, principis, teories i fets fonamentals relacionats amb la nanociència i la nanotecnologia.
  • Desenvolupar treballs de síntesi, caracterització i estudi de les propietats dels materials en la nanoescala a partir de procediments establerts prèviament.
  • Gestionar l'organització i la planificació de tasques.
  • Interpretar les dades obtingudes mitjançant mesures experimentals, incloent-hi l'ús d'eines informàtiques, identificar-ne el significat i relacionar-les amb les teories químiques, físiques o biològiques apropiades.
  • Manipular els instruments i materials estàndards propis dels laboratoris d'assaigs físics, químics i biològics per a l'estudi i l'anàlisi de fenòmens en la nanoescala.
  • Mantenir un compromís ètic.
  • Mostrar sensibilitat en qüestions mediambientals.
  • Obtenir, gestionar, analitzar, sintetitzar i presentar informació, incluent-hi la utilització de mitjans telemàtics i informàtics.
  • Operar amb un cert grau d'autonomia.
  • Proposar idees i solucions creatives.
  • Raonar de forma crítica.
  • Reconèixer els termes relatius als àmbits de la física, la química, la biologia, la nanociència i la nanotecnologia en llengua anglesa i fer servir l'anglès de manera eficaç per escrit i oralment en l'àmbit laboral.
  • Resoldre problemes i prendre decisions.
  • Treballar en equip i cuidar les relacions interpersonals de treball.
    Química
  • Adaptar-se a noves situacions.
  • Aplicar els coneixements químics a la resolució de problemes de naturalesa quantitativa o qualitativa en àmbits familiars i professionals.
  • Aprendre de manera autònoma.
  • Comunicar-se oralment i per escrit en la llengua pròpia.
  • Demostrar que es comprenen els conceptes, els principis, les teories i els fets fonamentals de les diferents àrees de la química.
  • Gestionar l'organització i la planificació de tasques.
  • Gestionar, analitzar i sintetitzar informació.
  • Manejar instruments i material estàndard en laboratoris químics d'anàlisi i síntesi.
  • Manipular amb seguretat els productes químics.
  • Mostrar sensibilitat en qüestions mediambientals.
  • Obtenir informació, incloent-hi la utilització de mitjans telemàtics.
  • Proposar idees i solucions creatives.
  • Raonar de forma crítica.
  • Reconèixer i analitzar problemes químics i plantejar respostes o treballs adequats per a resoldre'ls.
  • Resoldre problemes i prendre decisions.
  • Treballar en equip i cuidar les relacions interpersonals de treball.

Resultats d'aprenentatge

  1. Adaptar-se a noves situacions.
  2. Aplicar els mètodes bàsics de la tecnologia del DNA recombinant.
  3. Aprendre de manera autònoma.
  4. Comprendre textos i bibliografia en anglès sobre bioquímica, biologia molecular, microbiologia, immunologia i sobre els temes relacionats amb nanociència i nanotecnologia.
  5. Comunicar-se oralment i per escrit en la llengua pròpia.
  6. Demostrar motivació per la qualitat.
  7. Descriure els mecanismes moleculars implicats en la perpetuació, manteniment i generació de variabilitat de la informació genètica.
  8. Descriure els models estructurals de plegament del DNA als cromosomes.
  9. Descriure l'estructura i propietats topològiques del DNA, i la relació estructura-funció dels àcids nucleics.
  10. Descriure la regulació diferencial de l'expressió gènica en procariotes i eucariotes.
  11. Descriure les estratègies utilitzades per a la modificació del genoma de diferents organismes.
  12. Descriure les metodologies bàsiques de la tecnologia del DNA recombinant per aplicar-les a l'expressió de proteïnes recombinants.
  13. Descriure les propietats fonamentals dels àcids nucleics.
  14. Dissenyar i executar l'amplificació, la clonació i la hibridació molecular d'un cDNA partint de mRNA.
  15. Dur a terme procediments bàsics d'enginyeria genètica i d'enginyeria de proteïnes.
  16. Explicar els mecanismes moleculars de la transmissió de la informació genètica, des dels àcids nucleics fins a les proteïnes.
  17. Gestionar l'organització i la planificació de tasques.
  18. Gestionar, analitzar i sintetitzar informació.
  19. Identificar els mecanismes que regulen les funcions vitals dels éssers vius.
  20. Identificar els riscos associats a la manipulació de mostres i reactius biològics.
  21. Identificar i distingir els protocols de manipulació d'equipaments complexos de caracterització, anàlisi i manipulació de biomolècules i cèl·lules.
  22. Identificar i situar l'equipament de seguretat del laboratori.
  23. Interpretar els resultats analítics i la seva qualitat.
  24. Interpretar els resultats obtinguts als laboratoris biològics de microbiologia i cultiu de cèl·lules animals.
  25. Interpretar els resultats obtinguts en tècniques d'enginyeria genètica i de proteïnes.
  26. Justificar els resultats obtinguts al laboratori en processos de separació, purificació i caracterització de biomolècules partint dels coneixements sobre la seva estructura i les seves propietats.
  27. Manipular correctament els equips de separació i anàlisis emprades als laboratoris de bioquímica i biologia molecular.
  28. Manipular els microorganismes i cèl·lules animals amb seguretat.
  29. Manipular reactius químics i bioquímics amb seguretat.
  30. Manipular reactius químics i compostos orgànics amb seguretat.
  31. Mantenir un compromís ètic.
  32. Mostrar sensibilitat en qüestions mediambientals.
  33. Obtenir informació, incloent-hi la utilització de mitjans telemàtics.
  34. Obtenir, gestionar, analitzar, sintetitzar i presentar informació, incluent-hi la utilització de mitjans telemàtics i informàtics.
  35. Operar amb un cert grau d'autonomia.
  36. Proposar estratègies per a l'obtenció de mutants d'una proteïna recombinant i per a la purificació d'aquesta.
  37. Proposar idees i solucions creatives.
  38. Raonar de forma crítica.
  39. Reconèixer els termes anglesos empleats a bioquímica, Biologia molecular, microbiologia, immunologia i en els temes relacionats amb nanociència i nanotecnologia.
  40. Reconèixer les tècniques de DNA recombinant i d'anàlisi a gran escala.
  41. Resoldre problemes bioanalítics basats en enzims, anticossos i DNA com a analit o com a element de bioreconeixement en els camps ambiental, clínic i d'aliments.
  42. Resoldre problemes i prendre decisions.
  43. Treballar en equip i cuidar les relacions interpersonals de treball.
  44. Treballar experimentalment amb material biològic (atmosferes inertes, asèptiques i/o controlades).
  45. Utilitzar correctament el material de laboratori, els microorganismes i les cèl·lules emprades als laboratoris biològics.
  46. Utilitzar correctament les eines informàtiques necessàries per a interpretar i exposar els resultats obtinguts.
  47. Utilitzar els coneixements de Biologia molecular per a comprendre i interpretar les tècniques de seqüenciació a gran escala.
  48. Utilitzar els instruments dels laboratoris de bioquímica, microbiologia, cultius cel·lulars i bioanàlisi amb seguretat.
  49. Utilitzar les estratègies adequades per a l'eliminació segura dels reactius, microorganismes, cèl·lules i nanomaterials.
  50. Utilitzar les estratègies adequades per a una manipulació i eliminació segures de material biològic.
  51. Valorar la perillositat de mostres i reactius biològics en un marc concret.
  52. Valorar la perillositat i els riscos de l'ús de mostres i reactius, i aplicar les precaucions de seguretat oportunes per a cada cas.

Continguts

TEORIA

1. INTRODUCCIÓ: ÀCIDS NUCLEICS. NIVELLS D'ESTRUCTURACIÓ.

Estructura química i composició. Propietats químiques del DNA i modificacions. Topologia. Nivells d'estructuració de la cromatina eucariota.

2. REPLICACIÓ

Mecanismes de replicació. DNA polimerases I i III. Helicasas, proteïnes d'unió, ligases i primasas. Inici i acabament de la replicació en E. coli. DNA polimerases eucariotes. Telòmers i telomerases. Transcriptasa inversa i retrotransposició.

3. RECOMBINACIÓ I REPARACIÓ DEL DNA

Mutacions puntuals. Mecanismes de reparació del DNA. Sistemes de reparació i càncer. Recombinació del DNA. Recombinació homòloga. Recombinació específica de lloc. Transposició. Altres reordenaments genètics.

4. TRANSCRIPCIÓ

Estructura tridimensional de la RNA polimerasa procariota i unió al promotor. Iniciació, elongació i terminació de la transcripció. RNA polimerases nuclears i control de la transcripció: Promotors tipus I i III. Promotors tipus II: factors de transcripció, elements de resposta, potenciadors i mediador. Processament del pre-mRNA: addició del cap, poliadenilació, splicing i edició. Processament d'altres RNAs.

5. REGULACIÓ DE L'EXPRESSIÓ

Generalitats. Regulació de l'expressió en procariotes. Operó lac i operó trp. Regulació de l'expressió en eucariotes

6. TRADUCCIÓ 

Naturalesa del codi genètic. Aminoacil tRNA sintetases. Estructura del ribosoma. Síntesi peptídica: iniciació, elongació i terminació. Control de la traducció en eucariotes: Inhibició / potenciació de l'inici, RNA d'interferència i silenciació gènica.

7. MODIFICACIÓ D'ÀCIDS NUCLEICS IN VITRO

Sistemes de modificació-restricció bacterians. Enzims de restricció. Isosquizòmers. Anàlisi de digestions i mapes de restricció. Altres enzims que modifiquen el DNA.

8. TÈCNIQUES DE CLONACIÓ

Manipulació gènica: clonació i selecció. Vectors de clonació. Llibreries genòmiques.

9. Reacció en cadena de la polimerasa (PCR)

Generalitats. Disseny i optimització de la reacció. RT-PCR. PCR quantitativa.

10. Tècniques d'hibridació

Generalitats. Tècniques d'hibridació amb i sense separació electroforètica.

11. Enginyeria de proteïnes.

Producció de proteïnes recombinants. Mutagènesi dirigida. Edició del genoma mitjançant CRISPR / CAS.

12. GENÒMICA

Tècniques de seqüenciació. DNA fingerprinting. Tècniques massives d'anàlisi genòmic (High-Throughput).

PROBLEMES
El contingut d'aquest apartat consisteix en una quantitat determinada de problemes relacionats amb els temes desenvolupats a Teoria.

PRÀCTIQUES
L'objectiu de les pràctiques és realizar les tècniques més freqüents al laboratori de Biologia Molecular i la seva aplicació: (i) Utilització de la tècnica de PCR per l'anàlisi de polimorfismes d'interès biomèdic/forense; (ii) Identificació fenotípica i genotípica d'un plasmidi.
Les sessions de pràctiques s'organitzen d'acord al següent calendari:

Sessió

Determinació de polimorfismes humans per PCR

Identificació fenotípica i genotípica d’un plasmidi

1

Extracció de DNA genòmic

PCR del gen CCR5

Transformació d’un plasmidi en E.coli

Sembra en medi de cultiu

2

Electroforesi

Lectura dels transformants

Purificació de DNA plasmídic

Digestió amb enzims de restricció

3

Anàlisi dels resultats

Electroforesi

Anàlisi espectrofomomètric del DNA

Anàlisi dels resultats

*Llevat que les restriccions imposades per les autoritats sanitàries obliguin a una priorització o reducció d’aquests continguts.”

Metodologia

METODOLOGIA DOCENT I ACTIVITATS FORMATIVES
Les activitats formatives consten de classes de teoria, classes de problemes i classes pràctiques. Cadascuna d'elles té la seva metodologia específica.

Classes de teoria
La professora explicarà el contingut del temari amb el suport de material audiovisual que estarà a disposició dels estudiants al Campus Virtual de l'assignatura, amb antelació. Aquestes sessions expositives constituiran la part més important de l'apartat de teoria. És recomanable que els estudiants disposin del material publicat al CV en forma impresa per tal de poder seguir les classes amb més comoditat. Sota el guiatge del professor, els coneixements d'algunes parts del temari hauran de ser objecte de aprofundiment per part dels estudiants, mitjançant aprenentatge autònom. Per tal de facilitar aquesta tasca es proporcionarà informació sobre localitzacions a llibres de text, pàgines web, etc.


Classes de problemes
Hi haurà 8 sessions de problemes per grup, en les dades anunciades en el calendari. Per aquestes sessions, el grup de teoria es dividirà en dos subgrups de la mateixa mida, les llistes dels quals es faran públiques a començaments de curs. Els estudiants assistiran a les sessions programades pel seu grup.

A començaments de semestre es lliurarà a través del Campus Virtual un dossier d'enunciats de problemes de l'assignatura que s'aniran resolent al llarg de les sessions. En un nombre limitat de sessions repartides al llarg del semestre, els professors de problemes exposaran els principis experimentals i de càlcul necessaris per treballar els problemes, explicant les pautes per la seva resolució, i impartint al mateix temps una part de la matèria complementària a les classes de teoria.
Els estudiants treballaran els problemes en classe i fora de l'horari de classe. Les sessions presencials no expositives es dedicaran a la resolució de problemes. Al final de cada bloc de contingunts es realitzarà un lliurament per parelles, a classe o pel Moodle, d'un problema nou proposat pel professor. 

Classes pràctiques
L'assistència a les pràctiques d'aquesta assignatura és obligatòria atès que impliquen una adquisició de competències.
Hi haurà 3 sessions de pràctiques de laboratori per grup, en les dades anunciades en el calendari. Els alumnes realitzen el treball experimental en grups de 2 i sota la supervisió del professor responsable.Els protocols de pràctiques estaran disponiblesen el Campus Virtual de l'assignatura. Abans de començar una sessió de pràctiques l'alumne ha d'haver llegit el protocol i conèixer per tant, els objectius de la pràctica, els fonaments i els procediments que ha de realitzar. És obligació de l'alumne conèixer les mesures de seguretat específiques i de tractament de residus.
A les sessions de pràctiques cal portar:
- Protocol.
- Una llibreta per a recollir la informació del treball experimental.
- Bata de laboratori.
- Ulleres de protecció.
- Retolador permanent.

*La metodologia docent proposada pot experimentar alguna modificació en funció de les restriccions a la presencialitat que imposin les autoritats sanitàries.

Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, per a la complementació per part de l'alumnat de les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura/mòdul.

Activitats formatives

Títol Hores ECTS Resultats d'aprenentatge
Tipus: Dirigides      
Classes de problemes 8 0,32 1, 3, 5, 8, 12, 14, 17, 18, 25, 31, 35, 36, 37, 38, 40, 41, 42, 43
Classes de teoria 30 1,2 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 19, 38, 39, 40, 47
Pràctiques de laboratori 15 0,6 1, 2, 3, 5, 6, 15, 17, 18, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 35, 37, 38, 43, 44, 45, 46, 48, 49, 50, 51, 52
Resolució de problemes 18 0,72 2, 13, 14, 19, 40
Tipus: Autònomes      
Aprenentatge autònom 27 1,08 7, 8, 9, 10, 12, 13, 16, 19, 36, 40
Estudi de teoria 48 1,92 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 16, 19, 36, 39, 40, 41, 47

Avaluació

Consideracions generals:

-Per superar l'assignatura cal obtenir una qualificació global igual o superior a 5 punts sobre 10, i la qualificació mínima de 4 en les dues proves parcials de teoria. Si en alguna d'aquestes proves la qualificació és inferior a 4, la qualificació global màxima serà de 4 punts sobre 10.

-Per participar a la recuperació, l'alumnat ha d'haver estar prèviament avaluat en un conjunt d'activitats el pes de les quals equivalgui a un mínim de dues terceres parts de la qualificació total de l'assignatura o mòdul. Per tant, l'alumnat obtindrà la qualificació de "No Avaluable" quan les activitats d'avaluació realitzades tinguin una ponderació inferior al 67% en la qualificació final.

-L'avaluació de l'assignatura es durà a terme de manera diferenciada entre teoria, problemes i pràctiques de laboratori.


Teoria
Les classes d'aula s'avaluaran mitjançant una avaluació continuada que consistirà en dues proves parcials, corresponents cadascuna a aproximadament una meitat del temari de teoria. Cada prova d'avaluació consistirà en respondre un qüestionari amb preguntes tipus test.
(*) PER APROVAR ÉS IMPRESCINDIBLE QUE LA NOTA DE TEORIA SIGUI SUPERIOR AL 40% DE LA MÀXIMA. Aquells alumnes que no hagin superat el 40% d'una o de les dues proves parcials (teoria) hauran de realitzar una recuperació final del/s parcial/s no superat/s. La prova final també estarà oberta a qualsevol estudiant que, tot i haver superat l'avaluació continuada, desitgi millorar la nota obtinguda; en aquest cas però, queda anul·lada la nota parcial.

Problemes
Avaluació grupal amb un component addicional d'avaluació individual:

50% de la nota de problemes correspondrà als lliuraments en parelles de problemes proposats a l'aula.

50% de la nota de problemas correspondrà a un examen de maduresa final (individual) on es resoldrà un o dos problemes prèviament no tractats a classe i que es farà a la data fixada per l'examen del segon parcial de teoria.

El pes de l'avaluació de problemes serà del 20% del total de l'assignatura. La nota obtinguda en l'examen de maduresa es pot millorar el dia de l'examen final de la assignatura tenint en compte que queda anul·lada la nota obtinguda amb anterioritat.

Pràctiques

Les pràctiques s'avaluaran amb un examen en la darrera sessió de pràctiques, el qual inclou els continguts tractats i l'anàlisi de resultats. El pes de l'avaluació de pràctiques serà del 15% del total de l'assignatura.

La nota final obtinguda es calcularà de la següent manera:
a) Due proves parcials de teoria: 6.5 punts (Promig dels dos parcials, ordinaris o de recuperació, sempre que es superi el 40% de la nota en cada parcial).
b) Problemes: 1.0 punt avaluació grupal + 1.0 punt examen de maduresa
c) Pràctiques de laboratori: 1.5 punts Examen.

*L’avaluació proposada pot experimentar alguna modificació en funció de les restriccions a la presencialitat que imposin les autoritats sanitàries.

 

Activitats d'avaluació

Títol Pes Hores ECTS Resultats d'aprenentatge
Examen parcial de teoria 1 3.25 1 0,04 3, 4, 7, 8, 9, 10, 13, 16, 18, 19, 38, 39
Examen parcial de teoria 2 3.25 1 0,04 1, 3, 4, 10, 11, 12, 13, 17, 18, 25, 36, 38, 39, 40, 47
Problemes 2 2 0,08 1, 3, 5, 6, 8, 9, 12, 13, 14, 17, 23, 25, 26, 31, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43
Pràctiques de laboratori 1.5 0 0 1, 2, 3, 5, 6, 12, 14, 15, 17, 18, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 35, 37, 38, 42, 43, 44, 45, 46, 48, 49, 50, 51, 52

Bibliografia

Llibres de referència:

Lewin's Genes XII. Jones & Bartlett Learning. 2017.

Fundamentals of Biochemistry: Life at the molecular level (5th edition). D. Voet & J.G. Voet Ed. John Wiley & Sons Inc. 2016

Recombinant DNA: Genes and Genomes. A Short Course. J.D. Watson, R.M. Myers, A.A. Caudy and J.A.Witkowski. 3rd ed. 2007. Ed. Freeman
 
Principles of Gene Manipulation and Genomics. S.B. Primrose and R.M. Twyman. 8th ed. 2016. Ed Blackwell
 
Molecular Biotechnology: Principles and Applications of Recombinant DNA (5th edition). B.R. Glick, J. J. Pasternak and C.L. Patten. 2017. Ed AMS

Programari

No procedeix