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Introducción
En la enseñanza de conceptos básicos de bioquímica
uno de los principales retos que se le plantea al profesor de bachillerato
es conseguir que sus alumnos y alumnas capten la estructura tridimensional
de las biomoléculas. Esta cuestión tiene implicaciones de
gran interés en el campo de la biología molecular y es esencial
para poder entender la importancia que tiene la geometría molecular
en muchos procesos biológicos y poner los cimientos de posteriores
conocimientos bioquímicos que implican tridimensionalidad.
El estudio de todos aquellos aspectos de la química y de la biología
relacionados con la forma tridimensional de las moléculas se facilita
con el uso de modelos moleculares (bolas y varillas, de rellenado, de
esqueleto, etc).
Aunque existen en el mercado juegos de modelos moleculares relativamente
baratos diseñados para su manejo por los estudiantes, el uso de
éstos en el aula está limitado debido a la gran cantidad
de piezas necesarias para que todos los estudiantes puedan fabricar y
manejar sus propios modelos moleculares. Esta limitación es claramente
patente a la hora de plantearse hacer modelos moleculares de macromoléculas,
como son la mayoría de la biomoléculas debido a su gran
complejidad y número de átomos.
Por lo anteriormente dicho se puede afirmar que, hasta el momento actual,
cuando un profesor de bachillerato aborda el estudio de la geometría
de las biomoléculas usa exclusivamente modelos moleculares impresos
(principalmente como imágenes del libro de la materia).
Aunque el recurrir a estas representaciones impresas puede ayudar en parte
a la captación por parte del alumnado de aspectos tridimensionales,
fácilmente se puede apreciar que no pueden ser todo lo efectivos
que sería deseable, ya que la representación en una superficie
plana de un modelo que trata de reflejar tridimensionalidad, en muchos
casos, tiene deficiencias sobre todo si se trata de macromoléculas.
En la actualidad la informática juega un papel muy importante en
el campo de la visualización espacial de modelos moleculares ya
que facilita la elaboración y el uso de los mismos. La ventaja
del uso de los modelos moleculares informatizados para ilustrar y explorar
fenómenos en el contexto de la enseñanza de la química
se fundamenta en la facilidad de la construcción de moléculas
de cualquier tamaño, color y presentación.
El modelado molecular por ordenador está siendo muy útil
sobre todo para moléculas muy grandes como las biomoléculas
ya que la construcción de modelos moleculares en estos casos requieren
mucho tiempo y son muy caros.
Visualización de modelos moleculares en páginas web
Existen distintas aplicaciones informáticas dirigidas al estudio
de la geometría molecular. Una de ellas es el plug-in Chemscape
Chime que permite visualizar on-line modelos moleculares en páginas
web.
Chemscape Chime es un plug-in de libre distribución para los navegadores
Netscape Navigator e Internet Explorer; ha sido creado por MDL Information
System, Inc. (http://www.mdli.com) y se puede conseguir en http://www.mdlchime.com/chime.
Allí hay que registrase de modo gratuito como usuario Chime y posteriormente
se puede acceder a la sección de descarga y a otras secciones relacionadas
con el funcionamiento de Chime.
Cuando se encuentra instalado en el navegador, se pueden visualizar directamente
en las páginas web estructuras moleculares tridimensionales a partir
de ficheros de coordenadas moleculares incluidos en dichas páginas.
Estos modelos moleculares no son simples imágenes estáticas
sino que son moléculas “activas” y permiten interactividad.
El usuario puede realizar sobre las moléculas que aparecen en la
pantalla distintas operaciones; entre ellas, giros, desplazamientos y
cambios de tamaño. También se puede cambiar el tipo de representación
molecular (alambre, varillas, bolas y varillas, esferas de espacio relleno,
entre otras), resaltar la estructura secundaria de una proteína
o el esqueleto (backbone) de un ácido nucleico, medir distancias
y ángulos, y otros tipos de operaciones con relativa sencillez.
Existen distintas experiencias de enseñanza-aprendizaje de estructura
proteica utilizando este tipo de modelos moleculares en formato pdb (León
et al 1998).
A continuación se proponen varios sitios de la Web donde se pueden
encontrar guías sobre la manipulación de los modelos moleculares
visualizados con Chemscape Chime. Hay que advertir que todos los sitios
web que se proponen en este trabajo deben ser visualizados con un navegador
al que previamente se le haya instalado este plug-in y que algunos sitios
están optimizados para ser visualizados con el navegador Netscape
Navigator.
Instalación y uso de Chime
URL: http://www2.alcala.es/edejesus/auxiliares/chime.htm
Autor: Ernesto de Jesús Alcañiz. Departamento química
inorgánica. Universidad de Alcalá. Madrid.
El plug-in Chemscape Chime
URL: http://www.pntic.mec.es/mem/moleculares/programa/tutorial/chime.html
Autor: Mª Belén Garrido Garrido, Manuel Castelló Hernández,
Carles Furió Más. Departamento de Didáctica de las
Ciencias Experimentales y Sociales. Universidad de Valencia
Chime tutorial
URL: http://c4.cabrillo.cc.ca.us/projects/chime_tutorial/index.htm
Autor: Harry Ungar. Department of Chemistry Cabrillo College
Chime: How to Use It
URL: http://www.umass.edu/microbio/chime/chimehow/chimehow.htm
Autor: Eric Martz. Department of Microbiology at the University of Massachusetts.
USA
Los archivos de coordenadas moleculares que son leídos por Chemscape
Chime pueden tener distinto formato siendo el más corriente el
formato *.pdb (estructuras de proteínas y ácidos nucléicos
determinadas experimentalmente y recopiladas por el Brookhaven National
Laboratory http://www.pdb.bnl.gov ). Básicamente todos ellos son
archivos en formato de texto donde se encuentran una serie de números
y letras que definen la situación espacial de los átomos
y los tipos de enlace que posee una molécula. Estos valores se
determinan por RMN o por difracción de Rayos X y la creación
de archivos de coordenadas moleculares de biomoléculas a partir
de ellos es muy compleja y lo llevan a cabo especialistas en macromoléculas
utilizando complicados programas informáticos.
Sitios
web relacionados con el estudio de biomoléculas
En la Web existen múltiples sitios que utilizan Chemscape Chime
para el estudio de biomoléculas. Muchas de ellas requieren un alto
nivel de conocimientos bioquímicos pero otras también pueden
ser utilizadas por el profesor de biología de bachillerato como
recurso para el estudio de la estructura molecular. A continuación
se reseñan algunos sitios web que consideramos de interés
para su uso en bachillerato. Además de la dirección se especifica
el autor, idioma y algunas características de interés.
Bioquímica estructural para Enseñanza Secundaria
URL:http://www2.alcala.es/biomodel/model3/inicio.htm
Ángel Herráez Sánchez, Profesor Titular de Bioquímica
y Biología Molecular. Universidad de Alcalá de Henares.
Castellano. Estudio a nivel básico distintas biomoléculas
(gúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucléicos).
Se puede descargar gratuitamente para su uso off-line.
Curso de biomoléculas
URL: http://www.ehu.es/biomoleculas/biomoleculas.htm
Juan Manuel González Mañas, Profesor Titular del Departamento
de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad del
País Vasco. Castellano. Hidratos de Carbono. Lípìdos.
Aminoácidos y Péptidos. Proteínas y enzimas. Ácidos
Nucléicos.
Aula virtual de Biomoléculas
URL:http://www.nitrogeno.uma.es/BMBQ/AV_index.html
Jose Luis Urdiales. Universidad de Málaga. Castellano. Aminoácidos
y enlace peptídico
Aula Virtual de Biología
URL: http://www.um.es/molecula
Elaborado en colaboración entre profesores de la Universidad de
Murcia y del I.E.S. "Ramón y Cajal", bajo los auspicios
de la Secretaría General de Educación y Formación
Profesional del M.E.C.. Castellano. Bioelementos y Biomoléculas.
Agua y Sales Minerales. Glúcidos. Lípidos. Proteínas.
Vitaminas. Ácidos Nucleicos.
Estructura de macromoléculas
URL: http://cbmc.umh.es/jmsanz/est2/est3/estructuras.htm
Jesús M. Sanz, Universidad Miguel Hernández, Elche. Castellano.
Estructura de proteínas. Ácidos nucléicos. Interacción
enzima-sustrato.
Biochemistry 462a: Chime Routines and Animations
URL: http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462a/462a.html
Department of Biochemistry and Molecular Biophysics. Arizona University.
Inglés. Gran variedad de tutoriales de distinta complejidad sobre
biomoléculas.
Biomolecular Structures
URL: http://www.lundberg.gu.se/~orjan/bmstruct/
Örjan Hansson, Department of Chemistry. Göteborg University.
Sweden. Inglés. Amino acids. Peptides. Proteins. Nucleotides. Nucleic
acids
Estructura de proteínas
URL:http://www2.alcala.es/biomodel/model1/prot/2frmcont.htm
José Ramón López López. Profesor Titular de
Bioquímica y Biología Molecular. Facultad de Medicina. Universidad
de Valladolid. Castellano. Aminoácidos. Péptidos. Estructura
secundaria: hélice alfa, beta hoja, hélice colágeno.
Estructura terciaria y cuaternaria. Hemoglobina. Inmunoglobulinas G.
Estructura secundaria de proteínas
URL: http://cbmc.umh.es/jmsanz/est2/est3/Scripts/protsecs/Index.htm
Eric Martz, traducida por Jesús M. Sanz, Universidad Miguel Hernández,
Elche. Castellano. Estructura secundaria de proteínas. Hélice
alfa. Cadenas y láminas beta. Visualizar preferentemente con Netscape
Navigator 4.01 o posterior.
Protein Architecture
URL http://info.bio.cmu.edu/Courses/BiochemMols/ProtG/ProtGMain.htm
William McClure. Department of Biological Sciences. Carnegie Mellon University.
Pittsburgh. USA. Inglés. Estructuras secundarias y terciarias de
las proteínas. Alfa-Helice y beta-Hoja. En laces estabilizadores
de estas estructuras.
Antibody
URL: http://www.umass.edu/microbio/chime/antibody/2frmcont.htm
Eric Martz. Department of Microbiology at the University of Massachusetts.
USA. Inglés. Doble hélice. Complementariedad pares de bases.
Estructura helicoidad. Antiparalelismo. Optimizado para Netscape Navigator
4.01 o posterior. Se puede descargar gratuitamente para su uso off-line.
Hemoglobin
URL: http://www.umass.edu/microbio/chime/hemoglob/2frmcont.htm
Eric Martz. Department of Microbiology at the University of Massachusetts.
USA. Inglés. Distintos niveles de estructuración de la hemoglobina.
Estructura cuaternaria. Grupo Hemo. Optimizado para Netscape Navigator
4.01 o posterior. Se puede descargar gratuitamente para su uso off-line
Insulina
URL: http://www.accefyn.org.co/rasmol/Insulina/Chime_2.htm#insulina
Janneth Vásquez, Academia Colombina de Ciencias Exactas, Físicas
y Naturales. Castellano. Aspectos estructurales de esta hormona peptídica.
INSULIN: Structure of a Protein Hormone
URL: http://c4.cabrillo.cc.ca.us/projects/insulin_tutorial/index.html
Harry Ungar.Department of Chemistry.Cabrillo College. Inglés. Estructura
de la insulina. Enlaces por puente disulfuro. Alfa-hélices. Optimizado
para Netscape Navigator 4.01 o posterior. Se puede descargar gratuitamente
para su uso off-line.
Estructura del DNA
URL:http://www2.alcala.es/biomodel/model1/dna/2frmcont.htm
Ángel Herráez Sánchez, Profesor Titular de Bioquímica
y Biología Molecular. Universidad de Alcalá de Henares.
Castellano. Apareamiento de los nucleótidos. Estructura secundaria
del B-DNA. Otras estructuras del DNA. Se puede descargar gratuitamente
para su uso off-line.
Estructura del DNA
URL: http://www.nitrogeno.uma.es/BMBQ/Pr_DNA/INDEX.HTM
Eric Martz, traducida por M. Gonzalo Claros, Departamento de Biología
Molecular y Bioquímica de la Universidad de Málaga. Castellano.
Aspectos básicos de la estructura del DNA.
DNA Structure
URL: http://www.umass.edu/microbio/rasmol/emartz.htm
Eric Martz. Department of Microbiology at the University of Massachusetts.
USA. Inglés. Doble hélice. Complementariedad pares de bases.
Estructura helicoidad. Antiparalelismo. Optimizado para Netscape Navigator
4.01 o posterior. Se puede descargar gratuitamente para su uso off-line
Estructura del RNA
URL:http://www2.alcala.es/biomodel/model1/rna/2frmcont.htm
Ángel Herráez Sánchez, Profesor Titular de Bioquímica
y Biología Molecular. Universidad de Alcalá de Henares.
Castellano. Ribonucleótidos. RNA de cadena sencilla. Plegamiento
del RNA. RNA de transferencia. Ribozimas. Se puede descargar gratuitamente
para su uso off-line.
Modelo bicapa lipídica
URL:http://www2.alcala.es/biomodel/model2/bicapa/
Ángel Herráez Sánchez, Profesor Titular de Bioquímica
y Biología Molecular. Universidad de Alcalá de Henares.
Castellano. Modelo de Mosaico fluido de las membranas biológicas.
Se puede descargar gratuitamente para su uso off-line.
Elaboración
de páginas web con “moléculas activas”
Además del uso de distintos tutoriales que existen en la web sobre
el estudio de biomoléculas, otra posibilidad de mucho interés
es que el propio profesor o profesora elabore sus propios materiales utilizando
el recurso de Chemscape Chime. La inclusión de archivos de coordenadas
moleculares en una página web no presenta grandes dificultades
cuando se tiene cierta experiencia en confeccionar estas páginas.
Se utiliza el comando “EMBED”con distintos parámetros
específicos que utilizando un lenguaje de comandos específico,
el “Chime Rasmol script”.
En la Web también se encuentran tutoriales para la construcción
de páginas web con archivos visualizados con Chime. Una guía
básica en castellano se puede encontrar en http://www.pntic.mec.es/mem/moleculares/programa/tutorial/pagina.html.
La guía más completa está en http://www.mdlchime.com/chime
y se puede descargar para su uso off-line.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
LEÓN, D., URIDIL, S. AND MIRANDA, J., 1998. Structural Analysis
and Modeling of Proteins on the Web. Journal of Chemical Education, 75,
p. 731-734.
Autora:
Mª Belén Garrido Garrido
belenga@yahoo.com
Colegio Guadalaviar. Valencia
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