Programa de bioquímica vegetal




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títuloPrograma de bioquímica vegetal
fecha de publicación25.01.2016
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO

DEPARTAMENTO DE FITOTECNIA

INGENIERO AGRÓNOMO EN AGRICULTURA PROTEGIDA

PROGRAMA DE BIOQUÍMICA VEGETAL
PRESENTACIÓN

La asignatura de bioquímica vegetal pretende proporcionar una educación formativa, integral, crítica, con bases teóricas y metodológicas proporcionando al educando una primera aproximación hacia la comprensión de la organización celular, las características estructurales, función y fuente natural de las biomoléculas, de la función de los metabolitos primarios y secundarios en los vegetales y de algunos procesos de síntesis en los vegetales, así como comprender algunas características de los plaguicidas y su comportamiento en los organismos vivos. Las prácticas de laboratorio le permitirá al estudiante identificar algunas biomoléculas, comprobar sus propiedades fisicoquímicas y desarrollar algunas habilidades y destrezas.
Por lo tanto, estos conocimientos le permitirán entender, interpretar, analizar y resolver problemas básicos de desviaciones y alteraciones de los procesos de desarrollo y rendimiento de las plantas. Siendo la intención de la materia de Bioquímica vegetal el proporcionar un cuerpo básico de conocimientos para la mejor comprensión de los conceptos de la asignatura de Fisiología Vegetal y otros de aplicación tecnológica agrícola que se impartirán a futuro.
OBJETIVOS
GENERAL

Comprender la constitución y función química de los metabolitos primarios y secundarios y los aspectos básicos de funcionamiento de los vegetales, en particular de algunos productos hortícolas para identificar su relación con el desarrollo y caracterización de los vegetales .
ESPECIFICOS

  • Aplicar los conocimientos básicos de bioquímica para explicar los fenómenos fisiológicos que ocurren en los vegetales y comprender las funciones básicas de las biomoléculas en las plantas.

  • Desarrollar habilidades como comprender y analizar algunos fenómenos bioquímicos afín de relacionar estos con la fisiología de algunos productos hortícolas y con materias relacionadas.

  • Aplicar los conceptos fundamentales de Bioquímica para plantear la solución de problemas agrícolas.

  • Valorar los aportes de la Bioquímica afín de comprender el desarrollo de la Agricultura, la Ingeniería Genética y Biotecnología.

  • Interpretar el lenguaje técnico para permita interpretar la información científica que se publica en relación con Bioquímica

  • Desarrollar una actitud crítica y analítica que permita dar respuesta a los problemas y búsqueda de soluciones.


EVALUACIÓN

60 % Teoría

40 % Exámenes Teórico (tres exámenes parciales)

20% Trabajo de Investigación bibliográfica y Seminarios
40 % Laboratorio

30 % Reportes (en formato de un artículo científico)

10 % Examen de Laboratorio
*Para la acreditación del curso se necesita aprobar la teoría y la parte práctica
UNIDAD 1. METABOLISMO PRIMARIO (4.5 h)

Introducción

La bioquímica agrupa a todos los conocimientos relativos al entendimiento de los sistemas biológicos a nivel molecular. En relación con los constituyentes moleculares de los seres vivos y con la forma que interaccionan dichos constituyentes para permitir y regular las operaciones de los sistemas biológicos. Los lípidos, carbohidratos, proteínas y ácidos nucleicos, considerados metabolitos primarios por ser esenciales para el desarrollo de los organismos, en particular de los vegetales, son los pilares de la naturaleza.

Los avances y aportes de la bioquímica ha contribuido sin duda al desarrollo y evolución de otras disciplinas del conocimiento. En particular podría citarse a la Biología molecular, a la Genética, Biotecnología, etc.

Objetivos particulares

  • Destacar la importancia del estudio de la Bioquímica para usar sus conceptos y teorías como base del desarrollo y comprensión de los procesos fisiológicos

  • Comentar la diferencia entre células vegetales y animales para establecer sus diferencias

  • Señalar la ubicación de biomoléculas en la célula afín de destacar su importancia.

  • Integrar las características de las biomoléculas presentes en la célula para comprender su función

  • Analizar las características de los metabolitos primarios para comprender los procesos fisiológicos celulares


Contenido

  1. Importancia y aportes de la Bioquímica Vegetal hacia el conocimiento de los procesos metabólicos de los vegetales

  2. Nivel de integración de vegetales, tejido, célula y biomolécula

  3. Componentes químicos de la célula

  4. Importancia y localización de iones, agua y biomoléculas ebn la célula

  5. Diferencias estructurales entre células vegetales y animales

  6. Características del Metabolismo primario


UNIDAD 2. LÍPIDOS Y MEMBRANA CELULAR (9 h)

Introducción

Los lípidos biológicos constituyen un grupo químicamente diverso de compuestos cuya característica común y definitoria es su insolubilidad en agua. Las funciones biológicas de los lípidos son igualmente diversas. En muchos organismos las grasas y los aceites son las formas principales de almacenamiento energético, mientras que los fosfolípidos y los esteroles constituyen la masa de las membranas biológicas. Otros lípidos, aún estando presentes en cantidades relativamente pequeñas, juegan papeles cruciales como agentes emulsionantes, mensajeros intracelulares, transportadores electrónicos
Objetivos particulares

  • Analizar las características de la membrana celular para comprender su función

  • Señalar la composición lipídica de la membrana celular para describir sus propiedades físicas

  • Señalar las funciones y clasificación de los lípidos afín de enfatizar su importancia en la vida de los organismos


Contenido

  1. La membrana celular

Composición química

Características de la membrana celular

2. Lípidos

Función de los lípidos en los seres vivos

Distribución de los lípidos en los vegetales

Características físicas de los lípidos

Clasificación de acuerdo a su función

Lípidos de interés vegetal

Acidos grasos

Suberina, cutina y ceras

Triglicéridos

Fosfolípidos
UNIDAD 3. FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS Y ENZIMAS (12 h)

Introducción

Los aminoácidos constituyen los bloques de construcción de las proteínas, entre ellos se localizan algunos que se consideran esenciales para el hombre. Las proteínas se estructuran de diversas formas, lo que se manifiesta en las diferentes funciones que presentan. De acuerdo a los niveles de estructuración que manifiestan las proteínas se destacará su función. Como proteínas, las enzimas poseen características peculiares que las hace diferentes a las restantes proteínas, además en los vegetales, éstas pueden servir como indicadores de las deficiencias nutrimentales.
Objetivos particulares

  • Describir a los aminoácidos para destacar su importancia como unidades estructurales de péptidos y proteínas.

  • Analizar la estructura de péptidos y proteínas para entender su función

  • Clasificar a las proteínas de acuerdo a su función afín de destacar su importancia.

  • Describir los principios de la catálisis para comprender la función de las enzimas en los sistemas biológicos .

  • Destacar la importancia de las enzimas afín de analizar su papel en los procesos fisiológicos y en el desarrollo de las plantas.

  • Explicar el significado de los parámetros cinéticos con la finalidad de analizar el comportamiento de una enzima y su papel metabólico.

  • Investigar algunas enzimas como indicadores de deficiencias de macro y micro elementos en los vegetales


Contenido

1.Aminoácidos como bloques de construcción de las proteínas:

Grupos funcionales y nomenclatura

Clasificación

Carácter anfotérico

Función de los aminoácidos no proteícos

  1. Péptidos:

Estructura del enlace peptídico.

Función de algunos péptidos (biocidas)

  1. Proteínas :

Importancia de las proteínas

Clasificación por su función

Niveles de estructuración

Relación entre estructura y función

Desnaturalización

4. Enzimas

Naturaleza química y características de las enzimas

Clasificación y nomenclatura de las enzimas

Cinética de una enzima

Factores que afectan la actividad enzimática

Enzimas indicadoras de deficiencia de elementos en los vegetales
UNIDAD 4. CARBOHIDRATOS Y PARED CELULAR (9 h)

Introducción

Los carbohidratos constituyen la mayor parte de la materia orgánica de la Tierra a causa de sus variadas funciones en todos los seres vivos. En primer lugar, los carbohidratos sirven como almacén o transferencia de energía, son combustibles e intermediarios metabólicos, en general, son sustancias de reserva y estructurales, además son los componentes principales de la pared celular en las plantas. El almidón en los vegetales y el glucógeno en los animales son dos polisacáridos que rápidamente pueden movilizarse para liberar glucosa, el combustible primordial para generar energía. Por lo tanto, analizar estructuralmente a los monosacáridos, identificar a los disacáridos mas comunes presentes en los vegetales y reconocer la importancia de fragmentos de l polisacáridos como parte del mecanismo de defensa de las plantas, permite comprender algunos procesos fisiológicos de los vegetales.
Objetivos particulares

  • Describir las características y función de la pared celular en los vegetales para comprender su función

  • Clasificar a los monosacáridos de acuerdo a su grupo funcional y número de carbonos para entender sus propiedades físicas .

  • Determinar con base a su estructura cuando un carbohidrato es un azúcar reductor para relacionarlos con el proceso de maduración de un fruto.

  • Reconocer la función de los disacáridos y polisacáridos en los vegetales para identificarlos en algunos tejidos vegetales.



Contenido

1. Características de la Pared celular

Función y composición química

2. Carbohidratos

Función en los vegetales

Propiedades físicas de los carbohidratos

Clasificación de los carbohidratos

Características de los Monosacáridos mas comunes en la naturaleza

Serie de aldosas y cetosas

Formas de representación

Disacáridos presentes en los vegetales

Estructura

Fuente vegetal

Polisacáridos

Estructura

Fuente vegetal

Papel de las oligosacarinas en mecanismos de defensa de vegetales
UNIDAD 5. ACIDOS NUCLEICOS (9 h)

Introducción

Los ácidos nucleicos son los compuestos biológicos de mayor peso molecular existentes en la naturaleza. Existen dos tipos de polinucleótidos: el ácido desoxiribonucleico o ADN y el ácido ribonucleico o ARN, ambos constituidos por diferente tipo de azúcar, y con una misión diferente. El primero se considera depositario de la información genética en los seres vivos, y el segundo esta directamente implicado en la síntesis de proteínas. Los nucleótidos, considerados las unidades de los ácidos nucleicos, también tienen otras funciones, en particular el ATP vinculado a los procesos energéticos en el metabolismo celular.
Objetivos particulares

  • Destacar la importancia de los ácidos nucleicos en los seres vivos para comprender sus aplicaciones en la ingeniería genética .

  • Señalar las diferencias estructurales entre el ADN y ARN para reconocer su función en las células.

  • Destacar la función del ARN en los organismos para describir su importancia en la síntesis de proteínas.


Contenido

1. Ácidos nucleicos

Importancia y papel biológico de los ácidos nucleicos

Estructura química

Diferencias químicas

Nucleósidos y nucleótidos

Diferencias estructurales entre los ácidos nucleicos

Niveles de estructuración

Procesos de los ácidos nucleicos

Replicación del ADN

Replicación del ADN

Transducción del ARN

Síntesis de proteínas

Mutaciones

2. Nucleótidos

Papel del ATP

Producción y utilización de la energía

Función en el metabolismo energético
UNIDAD 6. METABOLISMO SECUNDARIO (9 h)

Introducción

Los vegetales producen una diversidad de sustancias, producto del metabolismo secundario, algunas responsables de la coloración y aromas de flores y frutos, otras vinculadas con interacciones ecológicas, como es el caso de la atracción de polinizadores. Actualmente, se ha demostrado que principalmente la mayoría de ellos participan en el mecanismo de defensa de las plantas. Entre estos últimos, se consideran a las fitoalexinas, los alelopáticos, por mencionar algunos. La razón de ser de estos metabolitos permite una gama de usos en la agricultura y en la medicina. Adicionalmente, las múltiples funciones que presentan en los vegetales permite la búsqueda de nuevos agroquímicos naturales, como insecticidas, herbicidas, reguladores de crecimiento, etc.

Objetivos particulares

  • Señalar la importancia de los metabolitos secundarios afín de entender su razón de ser en la fisiología de las plantas.

  • Reconocer el papel de los metabolitos secundarios para comprender el mecanismo de defensa de los vegetales contra el ataque de herbívoros y patógenos.


Contenido

1.Metabolito secundario

Concepto y características de metabolito secundario

Función de los metabolitos secundarios

Importancia

2. Terpenoides

Características generales y función

Carotenos como pigmentos de hortalizas

3. Compuestos fenólicos

Características generales y función

Antocianinas como pigmentos de flores y frutos

4. Alcaloides

Características generales y función

Betalaínas como pigmentos de algunas hortalizas y frutos

5. Glucósidos cianogénicos

Características generales y función
UNIDAD 7. REGULADORES DE CRECIMIENTO (9 h)

Introducción

Es importante conocer las acciones de las fitohormonas y de los reguladores de crecimiento. Las hormonas vegetales comprende un pequeño grupo de sustancias químicas que producen un gran número de efectos en la fase de desarrollo de los vegetales. Algunos de ellos varían tanto que sugieren una gran variedad de mecanismos de acción diferentes, estos metabolitos están involucrados en la absorción de agua, el crecimiento, el metabolismo, el transporte de nutrientes, la fotosíntesis, el alargamiento celular, senescencia, cierre estomático, floración, producción de etileno, maduración, por mencionar algunas. Es importante señalar que el balance o interacción de las hormonas, mas que la suma de sus acciones individuales, lo que da como resultado el desarrollo óptimo. Finalmente, se considera un regulador de crecimiento aquella sustancia exógena, sintética que es aplicada a la planta, a diferencia de un hormona que es un metabolito producido por la misma planta.
Objetivos particulares

    • Destacar la función de cada uno de los grupos de reguladores de crecimiento para entender su importancia en la fisiología vegetal

    • Enlistar las funciones y características de los reguladores de crecimiento para agruparlos de acuerdo a su función

    • Investigar el papel que juegan en cultivo in vitro para logar el desarrollo y propagación de plántulas de algunas especies

    • Investigar algunas alteraciones hormonales debido a estrés o a la invasión de algunos patógenos afín de comprender sus implicaciones en el desarrollo de algunos cultivos .


Contenido

1. Reguladores crecimiento y fitohormonas

Concepto

2. Abscisinas. Estructura química y función

3. Giberelinas. Estructura química y función

4. Auxinas. Estructura química y función

5. Citocininas. Estructura química y función

6. Etileno. Estructura química y función

7. Brasinoesteroides y ácido jasmónico. Estructura química y función
UNIDAD 8. BIOQUÍMICA DE PLAGUICIDAS (6 h)

Introducción

Se consideran sustancias naturales o sintéticas que sirven para combatir una gran número de plagas en los vegetales. El uso de agroquímicos sintéticos ha permitido aumentar notablemente el rendimiento y la rentabilidad de los cultivos, pero el uso constante de éstos ha alterado el medio biológico existente, además de encarecer la producción de cualquier cultivo. Es por ello que se ha dado impulso a la investigación del control biológico que conlleve al descubrimiento de compuestos de origen natural o plaguicidas naturales que por ser biodegradables a corto plazo se puedan aprovechar en el control de plagas.

Objetivos particulares

  • Analizar las características estructurales y propiedades fisicoquímicas de los diversos grupos de plaguicidas sintéticos para entender su mecanismo de acción

  • Describir los beneficios y principales sustancias naturales con actividad para promover su uso en la agricultura

  • Construir una tabla con las características físicas de algunos plaguicidas para relacionarlos con su estructura química


Contenido

1. Plaguicidas

Concepto y Clasificación

Reacciones bioquímicas

2. Organoclorados

Estructura

Propiedades físico-químicas

Metabolismo

3. Organofosforados

Estructura

Propiedades físico-químicas

Metabolismo

4. Carbamatos y piretroides

Estructura

Metabolismo

  1. Plaguicidas naturales



BIBLIOGRAFÍA


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PRÁCTICAS DE LABORATORIO

Práctica

Título

Objetivo

__

Cuidados en el laboratorio

Describir los cuidados que se deben tener en el laboratorio con la finalidad de evitar accidente

1

Indice de saponificación de lípidos


Determinar el índice de saponificación de algunos aceites vegetales, mediante la reacción de hidróxido de potasio bajo condiciones controladas, para identificar a los lípidos saponificables de los no saponificables.

2

Identificación de lípidos


Determinar por el método de Wijs, el índice de yodo en una muestra de aceite o grasa para identificar el grado de instauración por la presencia de ácidos grasos saturados e insaturados en una muestra.

3

Identificación de aminoácidos

Extraer proteínas de reserva de algunas leguminosas para poder identificar el tipo de aminoácidos presentes en el tejido vegetal mediante reacciones coloridas específicas.

4

Separación de aminoácidos por cromatografia en papel

Emplear los principios físicos de la capilaridad y de afinidad para separar e identificar diferentes aminoácidos presentes en una mezcla problema pro cromatografía en papel.

5

Cinética de las reacciones enzimáticas


Esquematizar a través de una gráfica, la cinética de reacción de una enzima para determinar la actividad de la catalasa, empleando un extracto de tejido vegetal, mediante la liberación de oxígeno de la mezcla de reacción.

6

Identificación de carbohidratos en jugo de frutas


Aplicar distintas reacciones coloridas y formar derivados cristalinos a muestras que contienen carbohidratos para identificar cualitativamente y diferenciar azúcares reductores de no reductores, cetosas de aldosas, monosacáridos de disacáridos y diferentes monosacáridos por la formación de ozasonas.

7

Cuantificación de azúcares reductores en tres estados de maduración de una fruta

Cuantificar los azúcares reductores en tres estados de maduración del fruto, realizando con Reactivo de Fehling la titulación de la muestra para comprobar desde el punto de vista químico su estado de madurez (plátano).

8

Extracción del ácido desoxirribonucleico del kiwi


Extraer la molécula de ADN de un producto vegetal, por medio del rompimiento de las membranas celular y nuclear, para obtener un precipitado que posteriormente podrá ser identificado.

9

Separación de los pigmentos de los tejidos vegetales

Separar los pigmentos presentes en el tejido de los vegetales empleando una técnica versátil, como es la técnica de cromatografía en columna para identificar a las xantofilas, clorofilas y carotenos.

10

Estabilidad del color de las antocianinas y betalaínas


Relacionar la estabilidad del color de algunos pigmentos naturales a diferentes valores de pH para diferenciar las antocianinas de las betalaínas presentes en los extractos flores y betabel

11

Cuantificación de clorofilas en vegetales frescos


Emplear las propiedades físico-químicas de las clorofilas fresco para cuantificar el contenido de clorofilas a, b y clorofila total en diferentes extractos de material vegetal .

12

Efecto del ácido giberélico en hipocotilos de lechuga

Evaluar el efecto del ácido giberélico a distintas concentraciones, mediante la medición de la longitud de los hipocótilos de semillas germinadas para comprobar su efecto sobre el desarrollo de una planta con hábito de roseta.

13

Acción diferencial de herbicidas hormonales

Evaluar el efecto de un herbicida a diferentes concentraciones para comprobar el efecto de concentración sobre el desarrollo de plántulas (talluelos y radículas) de fríjol y trigo.

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