Didáctica de la Bioquímica a través del método científico

INVESTIGACIO N Y EXPERIENCIAS D ID ACTICAS DIDACTICA DE LA BIOQUIMICA A TRAVES DEL METODO CIENTIFICO LIRAS MARTIN, A. D o. Bioquimica. Facul ad de Medicina, Uni e sidad Au ónoma de Mad id. SUMMARY The eaching o Biochemis y p o ides he s uden s o a i s cou se o Medicine wi h a s ic knowledge abou he biological basis o he unc ion o he di e en o gans and sys ems, as well as he ca haly ic eac ions iha happen he e. The p ac ica1 sessions, on he o he hand, by making use o he scien i ic me hod, cons i u e and adequa e com- plemen o his discipline. The s uden s ge in ouch wi h simple echniques o labo a o y, applicable o in e es- ing clinical-medical p oblems. INTRODUCCION El a ance de la Medicina depende en g an medida del desa ollo de las Ciencias Básicas, po lo que el alum- no, se ha de o ma con una isión de u u o, adqui- iendo los conocimien os básicos que le si an pa a su o mación médica y ul e io desa ollo p o esional. Los obje i os de la asigna u a de bioquimica son do- a al alumno de conocimien os igu osos sob e los un- damen os quimico-biológicos de la unción de los dis- in os ó ganos y sis emas, así como, de las eacciones ca aü icas que en ellos se desa ollan. El p og ama es á es uc u ado de mane a que el alum- no, una ez adqui idos los undamen os eó icos de las dis in as á eas de la bioquímica, oma con ac o con sus aplicaciones a los campos de la clínica y de la medici- na, haciéndose especial én asis en el compo amien o de* los di e en es ó ganos y sis emas biológicos, de acue do con las ley& ciné icas es udiadas. Noso os, los p o eso es de Uni e sidad, debemos se- gui la línea que se iene desa ollando en los Úl imos a ios, an o po p o eso es de EGB como de BUP (Co- min, P., 1984), en su in en o de aplica el mé odo cien- i ico a la didác ica de las ciencias. Los alumnos de un p ime cu so de Facul ad ienen aún disponibilidad de se di igidos. Po ello se les debe se- gui inculcando el uso del me odo cien í ico, ya que una ca e a expe imen al, como puede se Medicina, sin la ú il he amien a que cons i uye el mé odo cien í ico, no endna ningún sen ido. La expe iencia didác ica que se esume en es e a icu- lo,, se ealizó en Mad id du an e el cu so 1983-84, so- b e un o al de 175 alumnos de p ime cu so de Medi- cina, du an e una sesión p ác ica en la disciplina de Bio- química. Se aplicó en es e caso el esquema del mé odo cien i ico: los alumnos con ayuda de la li e a u a cien- í ica elabo a on hipb esis iniciales de abajo a pa i de un p oblema plan eado; ealiza on disenos expe i- men ales y los lle a on a cabo; ob u ie on unos esul- ados a pa i de la obse ación que en iquecían con los conocimien os adqui idos en las clases eó icas, ex- ayendo así, y as una discusión de g upo, eniendo en cuen a las hipó esis de pa ida, unas conclusiones. FUNDAMENTOS DE LA EXPERIENCIA Y PLAN DE TRABAJO La expe iencia se ha desa ollado en la unidad didác- ica de Enzimologi'a, ama de la Bioquímica que a a de aquellas moléculas biológicas llamadas enzimas, cu- ya misión es di igi las eacciones que gobie nan algu- nos p ocesos biológicos; y po o a pa e es udia aque- llos aspec os elacionados con es as molkculas como pueden se : es abilidad, condiciones óp imas de ac ua- ción, especi icidad de sus a o, dis ibución en la na u aleza. La expe iencia se lle ó a cabo con espon aneidad po pa e del p o eso , que se compo a como un expe i- men ado más y que di ige a los alumnos en el abajo de labo a o io, haciendo que el ap endizaje esul e «di- e ido)) y que el alumno se au oes imule en el descu- b imien o de las consecuencias del enómeno que se es á es udiando. ~NSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1985, pp. 96-99 IN VESTIGACIO N Y EXPERIENCIAS D IDACTICAS 1. El p obkma conc e o como pun o de pa ida - El NAD' p esen a un máximo de abso ción en su espec o a 250 nm y el NADHz p esen a dos &i nos, ' Se p opone a los aiumnos el ema de abajo de labo- uno a 2.0 nm y o o a 340 nm, a o io a dcsa oiia . En es e caso se a aba dd es u- pH óp imo de cacci6n pa a el enzima com- dio de aigunas ca ac e ls icas del enzima LBc ico des- p endido en e , y unidades. hid ogenasa (LDH), en co azón y músculo esquelé i- - Los alo es de las Km (Cons an es de Michaelis) y de a 6n, pueden Ic la alo ación de la Su signi icado, pa a el lac a o como sus a o en 10s dos idad enzi nA ica, p opiedada ciné icas, p opiedades de desna u alización. - La empe a u a óp ima de ac uación es de 30' C. Se plan ea el p oblema en conc e o a es ni eles: a) b) T abajo expe"men .l Cómo alo a la ac i idad LDH en es os ejidos; b) Di- e enciación de los isozimas de LDH según la apeci i El alumno alabo a un diseRo expe imen al con la in- cidad de sus a o y c) es udio de es abilidad y di e en- o mación ob enida, eniendo en cuen a el mecanismo ciación de isozimas de LDH en e a dis in os de acción del enzima y la posibilidad de de ec a la apa- desna u alizan es. ición de NADH a 340 nm como p oduc o de la eac- ción a pa i de ac a o en las condiciones óp imas de 2. Consul a y lec u a de la li e a u a cien i ica ensayo: pH del ampón, empe a u a óp ima de eac- ción y concen ación, según la Km, del sus a o, en es- Se in i a a los alumnos, una ez plan eado el p oble- e caso lac ado. ma, a la consul a de a ículos cien i icos publicados en e is as de ámbi o nacional e in e nacional, p e iamen- Discusión en g upo y conclusiona ex aíd.J po los e elegidos po el p o eso , pa a oma con ac o con alumnos cI p oblema, diséla modelos expe imen ales pa a abo - da lo y así ob ene da os que puedan ayuda a Una ez ealizado el abajo expe imen al y desa o- esol e lo. llada una discusión de g upo con los da os ob enidos, los alumnos concluyen que las condiciones de eacción Es necesa io conciencia al alumno de que en odo a- ensayadas son las óp imas pa a la alo ación de ac i- bajo expe imen al de in es igación es imp escindible la idad del enzima en ambos ejidos, ob eniendo una li- consul a de bibliog a ía como comienzo en la aplica- nealidad de es a ac i idad con el iempo de eacción. ción del mé odo cien í ico. 5. Es udio de la especi icidad de sus a o 3. Fo mulación de hipó esis a) Concep os que el alumno debe comp ende y Los alumnos, consul ada la bibliog a ía y analizado el asimila p oblema plan eado en sus es e ien es, in en a ela- Las di e encias de los isozimas es iban en la di e- bo a cie as hipd esis como p emisa5 iniciales en cuan- en e Composición en aminoicidos, es deci , di e en- o a la di e enciación de isozimas, ya sea po la espe- cias en es uc u a p ima ia. cialidad de sus a o o bien po los p ocesos de desna- - La di e encia en la es uc u a p ima ia de la p o- u alización. eína puede in lui en la dis in a composición, en ami- Los da os ex aídos de la bibliog a ía les indican que, nohcidos, de los cen os ac i os y si ios de unión al en o os modelos biológicos, el isozima de músculo es sus a o. más especí ico pa a un ipo de sus a o que el soszima - La localización y el ipo de eacción ca alizada (sen- de co azón. Po o a pa e, ambién descub en en la ido de la eacción e e sible) po uno u o o isozima, . bibliog a ía, que los isozimas de LDH p esen an dis- es án elacionados con el me abolismo del ó gano en in a ulne abilidad a dis in os agen es desna u alizan- cues ión, en lo que a p esión de oxígeno se e ie e. es. - El 2-oxobu i a o puede se u ilizado como sus a- o al e na i o po algún ipo de isozima. El p o eso b inda a los alumnos un equipo de eac i- - En o os modelos biológicos es udiados en la biblio- 'Os y apa a os 'On los que deben 'labo a los g a ía, el isozima de co azón pa ece se el que p esen- expe imen ales y desa olla la in es igación. a si io de unión ambién pa a el 2-oxobu i a o. 4. Valo ación de la ac i idad lhc ico deshid ogenasa b) expe imen al a) Concep os que el debe Comp ende y E1 alumno p epa a y desa olla un p o ocolo expe i- asimila men al en el que compa a la e icacia en la ac i idad - El mecanismo de la eacción enzimá ica que ca ali- enzimá ica en p esencia de lac a o. en las condiciones za el enzima es del ipo- educción. de ensayo ya es ablecidas en la expe imen ación an e- - El enzima pa a su ac uación necesi a la p esencia io , con la e icacia en p esencia de 2-oxobu i a o co- de un coenzima, el pa NAD+/NADH,, que es un mo sus a o al e na i o, en los dos ejidos, co azbn y coenzima de óxido- educción. músculo esquelé ico de a ón. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS 97 -- INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS c) Discusión en g upo y conclusiones ex aidas po los alumnos T as la discusión de g upo con los esul ados ob eni- dos, los alumnos in en an con i ma su hipó esis: el iso- zima de co azón puede, po su me abolismo ae obio, u iliza como sus a o al e na i o algún o o compues- o, como el Zoxobu i a o, eniendo en cuen a, po o a pa e, su di e en e composición en aminoiicidos y los da os encon ados en la bibliog a ia, pudiéndose así di- e encia del isozima de músculo esquelé ico. Po los alo es ob enidos de los cocien es en e ac i i- dad con lac a o y ac i idad con 2-oxobu i a o, en co- azón es e cocien e es semejan e a la unidad, lo que in- dica que la e icacia es la misma an o u ilizando lac a- o como 2-oxobu i a o, lo que con i ma la hipó esis inicial. 6. Es udio de la es abilidad de isozimas y su di e en- ciación en e a ac o es desna u alizan es a) Concep os que el alumno debe comp ende y asimila - La composición di e en e en es uc u a p ima ia puede explica la dis in a es abilidad que p esen an los dis in os isozimas de LDH en e a ac o es desna u alizan es. - Es a dis in a composición en aminoácidos b inda la posibilidad de que exis a capacidad de o mación de puen es de hid ógeno. - La es abilidad de un enzima es á elacionada di ec- amen e con los puen es de hid ógeno que p esen a. - La empe a u a y los desna u alizan es sólidos o - gánicos como la u ea ac úan a ni el de enlaces de hid hgeno. - En el p oceso de desna u alización de un enzima in e ienen dos ac o es, uno el ipo de desna u alizan e y o o el iempo de exposición a és e. - La empe a u a de desna u alización y la concen- ación de u ea es di e en e pa a cada ipo de isozima, ya que el empaque amien o inal en la es uc u a de la molécula es dis in o a las di e encias en es uc u a p i- ma ia de la p o eína. - El isozima de músculo esquelé ico se mues a más sensible a la acción de los desna u alizan es. b) T abajo expe imen al El p o ocolo dise iado po los alumnos se basa en la compa ación de ac i idades enzimá icas, en los dos e- jidos, del enzima na i o, es deci , sin a amien o p e- io desna u alizan e, con la ac i idad después de la in- cubación del enzima a dis in as empe a u as en e 40 y 70°C, y po o a pa e, la compa ación en e ac i i- dad na i a y ac i idad del enzima a ado con u ea a dis in as concen aciones. c) Discusión en g upo y conclusiones ex aídas po los alumnos Los alumnos compa an los cocien es en e la ac i idad na i a y la ac i idad a dis in as empe a u as, y po o a pa e, los cocien es en e la ac i idad na i a y la ac i- idad del enzima en p esencia de dis in as concen a- ciones de u ea, an o en co azdn como en músculo es- quelé ico. La discusión en g upo de los esul ados ob- enidos ae consigo la con i mación de la hipó esis ini- cial o mulada po los alumnos: Se puede lle a a ca- bo una di e enciación de isozimas de LDH po es u- dios de la dis in a es abilidad en e a dis in os desna- u alizan es, hecho que se de i a de las di e encias es- uc u ales en e dichas moléculas. 7. Elabo ación de cuade nos me odológicos de labo a o io Los alumnos una ez inalizada la sesión p ác ica, con- eccionan los cuade nos de labo a o io. En es os cua- de nes los alumnos plasman el desa ollo del mé odo cien i ico seguido: bibliog a ía consul ada, hipó esis iniciales. desa ollo expe imen al, no as acla a o ias, conclusiones e c.. 8. E aluación El endimien o ob enido po los alumnos en es a ex- pe iencia ha sido muy.sa is ac o io. Se ha p es ado a ención a dis in os c i e ios de e aluación, como in- e és pe sonal, abajo en g upo e inquie ud po el des- . , cub imien o a a és de la obse ación. Los alumnos, en gene al, mues an un g an in e és po es e ipo de ap endizaje y una g an capacidad de a- bajo en g upo. DISCUSION Los esul ados ob enidos en la expe iencia ealizada son muy espe anzado es en cuan o al in e és que mues an los alumnos po el mé odo, con i iéndose así, en a - í ices de su p opio abajo educa i o. Los alumnos se sien en sa is echos después de habe ealizado po ellos mismos una e dade a labo in es- igado a, o ganizando su ac i idad, dise iando el p o- pio mé odo expe imen al y abajando en g upo como si de una e dade a comunidad cien í ica se a a a. La ense ianza de las ciencias en el labo a o io deja de se , de es a o ma, una me a aplicación de una « ece- a expe imen al)) y manejo de cienos ins umen os, pa- a con e i se en eso que se denomina ((hace ciencia», es deci , la aplicación de unos conocimien os eó icos a un p oblema en conc e o y que, median e el concu - so de la imaginación cien i ica, se (cimp o ism una apli- cación del mé odo cien i ico pa a log a unos esul ados. Los alumnos ap enden a abo da un p oblema como pun o de pa ida, o mula sus p opias hipó esis, ela- bo a el p o ocolo expe imen al adecuado, desa olla un abajo de discusión en g upo y llega a unas con- clusiones que con i men sus hipó esis iniciales. El a- ENSEAANZA DE LAS CIENCIAS IN VESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS bajo en g upo supone expone las p opias ideas y po o o lado sabe espe a las del o o; la c í ica dc los esul ados ob enidos, en es e sen ido, y discu idos en g upo, es uno,de los componen es más impo an es de cualquie ac i idad in es igado a. Po o a pa e, se ha a ado de que los alumnos ela- bo en sus p opios cuade nos me odológicos de labo- a o io. Es o debe cons i ui un obje i o impo an e en un labo a o io. Un cuade no ep esen a una se ie de p o ocolos expe imen ales, no as acla a o ias, p oble- mas su gidos du an e la expe imen ación, imp o isa- ciones que se han ealizado e c ..., que a la ho a de e- copila esul ados o de ep oduci un expe imen o de- e minado, se conside an esenciales. Re lejan ambien, la ep esen ación de esul ados ya sea en o ma de a- blas o igu as, aspec o és e de mayo o, al menos, de igual ascendencia que la p opia expe imen ación en sí. 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