Química Bioinorgânica

Código:

Q206

Sigla:

Q206

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Química

Ocorrência: 2014/2015 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	https://moodle.up.pt/course/view.php?id=2441
Unidade Responsável:	Departamento de Química e Bioquímica
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Química

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:AST	0	Plano de Estudos a partir de 2008	3	-	7,5	-	202,5
L:B	0	Plano de estudos a partir de 2008	3	-	7,5	-	202,5
L:CC	0	Plano de estudos de 2008 até 2013/14	3	-	7,5	-	-
L:F	0	Plano de estudos a partir de 2008	3	-	7,5	-	202,5
L:G	2	P.E - estudantes com 1ª matricula anterior a 09/10	3	-	7,5	-	202,5
		P.E - estudantes com 1ª matricula em 09/10	3	-	7,5	-	202,5
L:M	0	Plano de estudos a partir de 2009	3	-	7,5	-	202,5
L:Q	19	Plano de estudos Oficial	2	-	7,5	-	202,5

Língua de trabalho

Português

Objetivos

 Esta unidade curricular é uma introdução à química bioinorgânica, com especial relevância para o papel desempenhado por iões metálicos em processos biológicos. Assim, o principal objectivo do curso é proporcionar formação básica nesta área interdisciplinar, aplicando os conhecimentos básicos de química já adquiridos pelos estudantes (química de coordenação, ácido-base, oxidação-redução, termodinâmica e cinética) a casos selecionados de bioinorgânica. Serão abordados os seguintes temas: 1) Papel dos metais em sistemas biológicos; 2) Metaloenzimas com funções hidrolíticas; 3) Metaloproteínas de transferência electrónica; 4) Papel dos metais em transporte e ativação de dioxigénio; 5) Metais envolvidas em reações radicalares; 6) Química bioinorgânica ambiental; 7) Aplicações de compostos inorgânicos em medicina.

Resultados de aprendizagem e competências

No final do curso os estudantes deverão ser capazes de:

• Aplicar os princípios básicos de química inorgânica e química geral a problemas interdisciplinares na área da química bioinorgânica.
• Descrever os principais papéis dos iões metálicos em processos biológicos, identificando as características químicas adequadas para cada função.
• Descrever o papel de metais em enzimas envolvidas em reações de ácido-base. 
• Descrever o papel de metais em processos de transferência electrónica em sistemas biológicos.
• Descrever como é efetuado o transporte de oxigénio em diversas espécies e identificar quais os centros metálicos envolvidos nesta função.
• Descrever o tipo de centros metálicos envolvidos na ativação de dioxigénio.
• Identificar os principais mecanismos de toxicidade de metais e as defesas biológicas contra tais efeitos.
• Identificar algumas aplicações de compostos inorgânicos em medicina.
• Determinar experimentalmente atividades enzimáticas por espetrofotometria usando software adequado (Excel).
• Usar dados experimentais para obter informação sobre a estrutura molecular do centro metálico em metaloproteínas.
• Extrair metaloproteínas de algumas fontes naturais.
• Comunicar de forma oral e escrita usando a linguagem específica da área e recorrendo a software comum (Word, Powerpoint).

Adicionalmente, os estudantes deverão também ter melhorado as suas competências transversais, nomeadamente:

• Capacidade de trabalho em grupo.
• Utilização de meios informáticos para tratamento de dados e comunicação.
• Utilização de ferramentas web para pesquisa de informação.
• Capacidade de comunicação escrita e oral científica.

Capacidade de análise e interpretação de dados.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Os estudantes devem ter frequentado e de preferência ter tido aprovação a Fundamentos de Química (Q101), Química Inorgânica (Q212) Laboratórios de Química I (Q111), Laboratórios de Química II (Q122), Laboratórios de Química Inorgânica (Q213), ou outras unidades curriculares equivalentes. De preferência os alunos devem estar a frequentar ou ter frequentado Química Biológica (Q244) ou Química Biológica Computacional (Q254).

Programa

1. Aspectos básicos de bioquímica e biologia: biosfera; organismos vivos; células e seus componentes; biomoléculas; tipos de reações bioquímicas; cinética enzimática.

2. Distribuição dos elementos: distribuição dos elementos na crosta terrestre, oceanos e organismos vivos; ciclos biogeoquímicos; elementos inorgânicos em sistemas biológicos.

3. Química de coordenação: compostos de coordenação; teoria de campo de ligando (revisões); energia de estabilização de campo de ligando; aspectos termodinâmicos da formação de complexos; efeito quelante; reações de substituição de ligandos; reações de oxidação-redução; compostos organometálicos; regra dos 18 electrões; reações de compostos organometálicos.

4. Reações de ácido-base em sistemas biológicos e papel dos catiões metálicos: tipos de reações de ácido-base (revisões); escala de acidez e carácter ácido de catiões metálicos; factores cinéticos; resíduos de aminoácidos envolvidos em reações de ácido-base; enzimas dependentes de magnésio; enzimas dependentes de zinco; enzimas dependentes de outros metais.

5. Efeitos estruturais de catiões metálicos: catiões metálicos e polinucleótidos; efeito estrutural; iões metálicos catalíticos; regulação génica; ribozimas.

6. Reações de oxidação-redução: tipos de reações em sistemas biológicos; potencial de redução; proteínas hémicas e enzimas; proteínas de ferro-enxofre; proteínas de cobre; proteínas de molibdénio e tungsténio; exemplos de algumas proteínas envolvidos em processos de oxidação-redução em sistemas biológicos.

7. Processos de transporte de oxigénio e activação de doxigénio: ligação química no dioxigénio e espécies relacionadas; ligação reversível de dioxigénio; mono-oxigenases; dioxigenases.

8. Reações radicalares mediadas por centros metálicos: radicais livres relevantes em sistemas biológicos; reatividade de radicais livres; enzimas dependentes de coenzima B12; redutases de ribonucleótido dependentes de ferro.

9. Outros elementos essenciais: azoto; fósforo; enxofre; selénio; boro; silício; vanádio; crómio; halogénios.

10. Fisiologia relacionada com metais: metabolismo do ferro em mamíferos; metabolismo do ferro em bactérias, fungos e plantas; metabolismo do cobre; metabolismo do zinco; papel do sódio e cálcio em processos fisiológicos; zinco e funcionamento neuronal; sensores para moléculas pequenas; navegação magnética; esqueletos biológicos.

11. Química bioinorgânica ambiental: toxicidade de compostos inorgânicos; mecanismos moleculares; exemplos; defesas biológicas contra toxicidade; bio-remediação de metais.

12. Aplicações médicas de compostos inorgânicos: exemplos de aplicações em terapia (cisplatina, bleomicina, compostos de vanádio, lítio) e em diagnóstico (agentes de contraste para imagem por ressonância magnética, testes rápidos de diagnóstico em nanotecnologia).

Bibliografia Obrigatória

E. Ochiai; Bioinorganic Chemistry-a survey, Academic Press, 2008
Chris J.Jones; d- and f- block Chemistry, Tutorial Chemistry texts RS.C, 2001
Robert R. Crichton; Biological Inorganic Chemistry, Elsevier, 2012. ISBN: 978-0-444-53782-9
Glen E. Rodgers; Introduction to coordination, solid state and descriptive inorganic chemistry, McGraw-Hill, 1994

Bibliografia Complementar

Wolfgang Kaim and Brigitte Schwederski; Bioinorganic Chemistry:Inorganic elements in the chemistry of life, John Wiley & Sons , 1994
Rosette M.Roat-Malone; Bioinorganic Chemistry- a short course, John Wiley & Sons , 2002
Robert R. Crichton; Biological Inorganic Chemistry – An Introduction, Elsevier, Amsterdão, 2008

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

 Os tópicos serão apresentados e discutidos com os estudantes nas aulas, com recurso a estudo de casos para reforçar e aplicar os conhecimentos adquiridos. Nestes estudos de casos serão também abordadas algumas técnicas para caracterização e os estudantes efetuarão exercícios de análise e interpretação de dados. Estes estudos de caso serão também usados para treinar as capacidades de busca de informação relevante na internet, bem como as capacidades de comunicação oral e escrita. A unidade curricular inclui também uma componente laboratorial, onde se aprenderão algumas técnicas de extração, purificação e caracterização de biomoléculas.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Participação presencial	10,00
Teste	60,00
Trabalho escrito	10,00
Trabalho laboratorial	20,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	67,50
Frequência das aulas	135,00
Total:	202,50

Obtenção de frequência

Os estudantes não poderão faltar a mais de 1/4 das aulas previstas, quer sejam teóricas, teórico-práticas ou práticas.

Fórmula de cálculo da classificação final

O aluno é aprovado à unidade curricular se a sua nota final (NF) for igual ou superior a 9,5. A avaliação será efectuada através das seguintes componentes:

- Cinco mini-testes a efectuar durante as aulas.
- 4 trabalhos laboratoriais e respetivos relatórios
- Participação nas atividades das aulas
- Monografia/apresentação oral.

A nota final é calculada pela seguinte fórmula:

NF= 0,6 x T + 0,2 x L + P + 0,1 x M

em que T é a média das classificações obtidas nos mini-testes (0-20);
L é a média das classificações obtidas nos trabalhos laboratoriais (0-20)
P é a classificação obtida na participação nas atividades das aulas (0; 0,5; 1; 1,5 ou 2).
M é a classificação obitda na monografia/apresentação oral.

No caso de um estudante não efectuar qualquer das avaliações a classificação a essa componente será zero.

Provas e trabalhos especiais

Não aplicável

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os estudantes que não possam frequentar a unidade curricular por razões bem justificadas e de força maior, poderão ser avaliados através de monografias e de um exame final, a combinar com a regente da unidade curricular.

Melhoria de classificação

Os estudantes que tenham obtido aprovação à unidade curricular em 2103/2014 poderão fazer melhoria da classificação teórica através de um exame final concebido para avaliar o programa lecionado em 2013/2014.
Os estudantes que forem aprovados no presente ano poderão fazer melhoria a um ou dois dos mini-testes, em data a combinar, na semana de preparação para exames de época normal.