Guía docente de Microcalorimetría: Aplicaciones Biotecnológicas (M43/56/2/49)

1.  Calorimetría diferencial de barrido, (DSC)
   • Aspectos Instrumentales.
   • Diseño y principios de funcionamiento de los calorímetros de barrido DASM 4, MC2 y VP-DSC.
   •  Experimento calorimétrico.
   • Preparación del experimento. Línea base instrumental. Barrido con la muestra de biopolímero. Calibrado y corrección dinámica. Calorimetría diferencial de barrido,(DSC).
   • Análisis de datos. Obtención de la capacidad calorífica molar parcial de la proteína. Análisis de los termogramas.
   •  Ajuste de las curvas de capacidad calorífica molar parcial con el modelo de equilibrio de dos estados y otros modelos de equilibrio.

2.    Calorimetría Isotérmica de Titulación, (ITC).

• Aspectos Instrumentales.
• Diseño y principios de funcionamiento de calorímetros isotérmicos de titulación, prototipos e instrumentos comerciales.
• El experimento estándar en ITC, parámetros experimentales. Experimentos en casos de muy alta o muy baja afinidad de las especies que participan en la reacción de unión.
• Análisis de datos. Formulación y análisis de datos.

Los propios del máster

El alumno sabrá/comprenderá:

• Los fundamentos termodinámicos y, en general, químico físicos necesarios para el estudio y comprensión de las técnicas y métodos calorimétricos.
• El análisis de la interacción entre una macromolécula y un ligando en función del número y clases de sitios de unión
• Las interacciones no covalentes responsables del plegamiento de una macromolécula biológica y de su interacción con ligandos.
• La disección de las posibles contribuciones energéticas en los procesos de interacción obtenidas por CIT.
• Algunos de los posibles modelos para el análisis de datos calorimétricos.
• Los fundamentos de las técnicas calorimétricas de alta sensibilidad para muestras biológicas in vitro, Calorimetría Diferencial de Barrido (CDB) ("Differential Scanning Calorimetry, DSC") y Calorimetría Isotérmica de Titulación (CIT) ("Isothermal Titration Calorimetry, ITC").
• Las posibles aplicaciones de estas técnicas calorimétricas a sistemas de interés biológico, especialmente al estudio del plegamiento de proteínas y a las interacciones proteína-ligando, proteína-proteína, proteína-ADN, etc.
• Los principios de diseño e implementación de la CDB y la CIT. Las aproximaciones y limitaciones de ambas técnicas experimentales.
• Los métodos de análisis de los termogramas específicos de cada técnica calorimétrica para obtener la máxima información termodinámica posible.
• Analizar los resultados de CDB en términos de estabilidad de las proteínas estudiadas y los mecanismos moleculares que determinan su plegamiento.
• Analizar los resultados de ITC en términos de los mecanismos moleculares que determinan la energética de la interacción macromolécula-ligando o macromolécula-macromoléculas.

El alumno será capaz de:

• Manejar con soltura los conceptos y relaciones termodinámicas necesarias en el curso. Analizar los datos de interacción macromolécula-ligando obtenidos por técnicas no calorimétricas.
• Correlacionar hasta cierto punto la relación entre funciones termodinámicas obtenidas por calorimetría con procesos y características a escala molecular.
• Diseñar conjuntos de experimentos de CDB y CIT que permitan obtener la máxima información termodinámica posible de los sistemas bajo estudio
• Analizar los termogramas de CDB y CIT según diferentes modelos de plegamiento e interacción posibles.
• Determinar el modelo de plegamiento y/o interacción que mejor represente el comportamiento experimental observado

Tema 1: Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC): Aspectos Instrumentales. Diseño y principios de funcionamiento de los calorímetros de barrido. Diseño del experimento calorimétrico: preparación del experimento; línea base instrumental; barrido con la muestra de biopolímero; calibrado y corrección dinámica. Análisis y ajuste de los datos experimentales y modelos matemáticos de ajustes.

Tema 2: Aplicaciones Biotecnológicas de la Calorimetría Diferencial de Barrido: En la industria farmacológica: Caracterización de estabilidad de fármacos . Caracterización y selección de las condiciones o candidatos más estables para el desarrollo bioterapéutico y determinación de la vida media. Optimización de estrategias de purificación.  Validación de biocompatibiliad de diversos lotes de un mismo producto. Industria Biotecnológica: Identificación de dianas de proteínas de interés biotecnológico y caracterización de afinidad. Caracterización de nanopartículas y nanotransportadores. Diseño y caracterización de interruptores moleculares y biosensores.

Tema 3: Calorimetría Isotérmica de Titulación (ITC): Aspectos Instrumentales. Diseño y principios de funcionamiento de calorímetros isotérmicos de titulación. El experimento estándar en ITC, parámetros experimentales. Experimentos en casos de muy alta o muy baja afinidad de las especies que participan en la reacción de unión. Análisis de datos y modelos matemáticos más utilizados.

Tema 4: Aplicaciones Biotecnológicas de la Calorimetría Isotérmica de Titulación: Cuantificación de la afinidad de enlace. Diseño dirigido termodinámicamente de fármacos Desarrollo de nuevos fármacos. Estudio de metabolismo celular. Validación de los valores IC50 y EC50. Caracterización del mecanismo de acción. Diseño de nuevos fármacos. Estudios de cinética y catálisis Enzimática.

PRÁCTICA 1: Análisis de los datos experimentales de DSC (datos obtenidos por el alumno o proporcionados por el profesor).

PRÁCTICA 2: Análisis de los datos experimentales de ITC (datos obtenidos por el alumno o proporcionados por el profesor).

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https://www.affinimeter.com/site/

https://www.malvernpanalytical.com

https://www.tainstruments.com

La evaluación se realiza mediante controles basados en:

• Calificación de ejercicios de cálculo propuestos individualmente o por grupos, sobre cuya resolución trabajarán los alumnos en sus horas de estudio. Competencias evaluadas: CB6, CB7, CB8, CB9, CB10, CE1, CE3, CE4, CE6, CE9, CE40
• Un examen final, si se considerara necesario en caso de problemas de asistencia. El examen consistirá en ejercicios de razonamiento, cálculos y análisis de datos. Competencias evaluadas: CE1, CB9, CB10, CB7.

La calificación final responde al siguiente baremo:

• Actitud y participación de los estudiantes en clase: 40%
• Evaluación de los resultados obtenidos en el laboratorio a través de la actividad diaria y/o elaboración de una memoria: 30%
• Evaluación mediante examen de los conocimientos y/o habilidades adquiridas: 30%

El artículo 19 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que los estudiantes que no hayan superado la asignatura en la convocatoria ordinaria dispondrán de una convocatoria extraordinaria. A ella podrán concurrir todos los estudiantes, con independencia de haber seguido o no un proceso de evaluación continua. De esta forma, el estudiante que no haya realizado la evaluación continua tendrá la posibilidad de obtener el 100% de la calificación mediante la realización de una prueba y/o trabajo.
Examen presencial teórico/problemas que representará el 100% de la nota

El artículo 8 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que podrán acogerse a la evaluación única final, el estudiante que no pueda cumplir con el método de evaluación continua por causas justificadas.
Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura o en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad al inicio de las clases o por causa sobrevenidas. Lo solicitará, a través del procedimiento electrónico, a la Coordinación del Máster, quien dará traslado al profesorado correspondiente, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.
Examen presencial teórico/problemas que representará el 100% de la nota

Horarios de tutorías según establecido en el POD