PROMOVER MODELOS EXPLICATIVOS SOBRE LAS INTERACCIONES QUÍMICAS DEL FELODIPINOCITOCROMO P450: UNA PROPUESTA DIDÁCTICA BASADA EN LA MODELIZACIÓN

Amador-Rodríguez, Rafael; Insuasty, Daniel; Méndez-López, Maximiliano; Márquez, Edgar

doi:10.21577/0100-4042.20170784

Rafael Amador-Rodríguez ^**e-mail: ryamador@uninorte.edu.co

Grupo Cognición y Educación, Instituto de Estudios en Educación, Universidad del Norte, km 5 vía puerto Colombia, Barranquilla, Colombia

https://orcid.org/0000-0003-2182-6402

Daniel Insuasty

Grupo de Química y Biología, Departamento de Química y Biología, Universidad del Norte, km 5 vía puerto Colombia, Barranquilla, Colombia

Maximiliano Méndez-López

Grupo de Química y Biología, Departamento de Química y Biología, Universidad del Norte, km 5 vía puerto Colombia, Barranquilla, Colombia

Edgar Márquez

Grupo de Química y Biología, Departamento de Química y Biología, Universidad del Norte, km 5 vía puerto Colombia, Barranquilla, Colombia

*e-mail: ryamador@uninorte.edu.co

Modelo explicativo	Pregunta a explicar	Característica
Intencional	¿Cuál es el propósito por explicar un fenómeno?	La explicación dada incluye una declaración del propósito que se aborda y otorga una idea de la importancia del fenómeno que se quiere explicar. En la explicación proporcionada se manifiesta el origen, el alcance y los límites del fenómeno. En relación con la enseñanza de las ciencias, es una justificación de las acciones realizadas en la actividad científica escolar por los estudiantes.
Descriptiva	¿Cuáles son las propiedades del fenómeno?	Es un resumen de las medidas o características de las partes que componen al fenómeno. Un fenómeno que aparentemente no cambia se le determina reiteradamente un valor o característica, el cual será tan cierto como el instrumento lo permita. En relación con la enseñanza de las ciencias, es una aclaración del significado del fenómeno estudiado por los estudiantes en la actividad científica escolar.
Interpretativa	¿De qué se compone el fenómeno?	Son declaraciones no solo sobre la naturaleza del fenómeno sino también sobre cómo es su distribución en el espacio y cómo esa distribución cambia con el tiempo. En otras palabras, los estudiantes recurren a la teoría para explicar el fenómeno estudiado.
Causal	¿Por qué el fenómeno se comporta como lo hace?	Es la formulación de un mecanismo explicando el comportamiento observado a través de la operación de causa y efecto en las entidades de las cuales está compuesto el fenómeno. Es decir, si el estudiante explica el fenómeno por medio de la causalidad: el fenómeno sucede ya que una causa puede producir un evento o varios.
Predictiva	¿Cómo se comportará el fenómeno bajo otras condiciones específicas?	Una predicción significa anticipar el comportamiento del fenómeno a futuro, partiendo de la idea que será diferente a uno conocido, pero los modelos construidos permiten tomar decisiones, por ejemplo, generar una explicación.

Momento	Modelo Explicativo Interpretativo (MEI)
Momento	Ejemplos de respuestas construidas por los estudiantes	Análisis desde el contenido químico de los MEI de los estudiantes
2	Existen fuerzas intermoleculares que hacen posible la interacción entre ellos. Pueden existir enlaces por puente de hidrógenos pues con aminoácidos tienen el grupo amino que puede enlazarse por este medio y también ambos son moléculas polares por lo que podrían interaccionar por enlaces dipolo-dipolo, son polares por la presencia de átomos altamente electronegativos.	Estos modelos recurren a la noción de enlace para resaltar la existencia de distintas fuerzas intermoleculares en las dos estructuras químicas del felodipino haciendo énfasis en la formación de fuerzas dipolo-dipolo y puente de hidrógeno.
3	El A tiene una mayor interacción molecular, la entropía disminuye, ya que interacciona con dos aminoácidos, este compuesto, tiene una entropía (al interaccionar con la enzima). - ΔS. Por lo tanto, su ΔG será negativo. El B tiene una interacción molecular con la enzima respecto al A, pero al ser solo una su ΔG igual será negativo, pero mayor al A. Por lo tanto, el A tendrá una mayor eficacia al inhibir la cadena de transferencia electrónica en la enzima porque su ΔG será más negativo que el ΔG del B.	Estos modelos recurren a nociones de termoquímica y de fuerza intermolecular para establecer distinción en las estructuras del felodipino y aclarar que cada estructura interactúa diferente, interpretando valores de entalpía, entropía y energía libre de Gibbs.
4	El Felodipino interactúa químicamente adhiriéndose a la cadena de aminoácidos que se encuentra en el sitio activo de la enzima 2NNJ, la cual cataboliza la dilatación de arterias periféricas y logra inhibir la cadena de transferencia electrónica. Pueden existir enlaces como puentes de hidrógeno entre ambas cosas. El hecho de que existan enantiómeros distintos para el fármaco quiere decir que no se unirán igual a la enzima, ya que tendría secuencias diferentes, es por esto que tendrían energía libre de Gibbs diferentes. La unión entre el Felodipino y una enzima está definida por su entalpía ΔH, al unirse los dos está estaría disminuyendo por los que se energía libre de Gibbs sería menor a 0, naciendo la interacción espontanea. También, la entropía estaría disminuyendo ya que las moléculas sueltas se organizarían el unirse al fármaco.	Estos modelos refieren acuden a nociones de fuerzas intermoleculares, termoquímica e isomería para explicar la interacción de los dos isómeros del felodipino vinculando los valores de energía libre de Gibbs e interpretando la entalpía y la entropía de cada estructura del felodipino.

Momento	Modelo Explicativo Descriptivo (MED)
Momento	Ejemplos de respuestas construidas por los estudiantes	Análisis desde el contenido químico de los MED de los estudiantes
2	Compuesto A: ingresa la proteína e interactúa con la treonina y con la asparagina. Formando puentes de hidrógeno e interacciones dipolares. Compuesto B. Ingresa la proteína e interactúa fuertemente con la treonina. Forma también puentes de hidrógeno e interacciones π- π.	Estos modelos aluden a la noción de fuerzas intermoleculares de tipo puente de hidrógeno y/o dipolo-dipolo para detallar la existencia de estas fuerzas entre los isómeros del felodipino y la proteína.
3	Todo esto genera que se forme el complejo felo-enzima, disminuyendo el ΔS, lo que libera energía porque es una reacción de formación ΔH<0: como resultado la ΔG es negativo por lo que es una reacción espontánea ΔG<0.	Estos modelos recurren a nociones de energía libre de Gibbs, entropía y/o entalpía (termoquímica) para relatar la reacción entre el felodipino y la enzima.
4	El fármaco y el complejo enzimático se unen mediante fuerzas intermoleculares distintas, dependiendo de los grupos funcionales -ubicados en sitio activo de la enzima- con los que actúa el felodipino. Por ejemplo, si encontramos entre grupos funcionales un OH, claramente se forma liberan energía, haciendo que la entalpía sea negativa (cabe decir, la interacción del medicamento con la enzima es dominado por el calor generado), es decir, es una reacción exotérmica. La energía libre de Gibbs, depende por su parte de la entalpía, siendo así negativa (menor que 0) y definiendo la interacción del complejo y fármaco como reacción espontánea. La entropía disminuye en la reacción, porque disminuye el desorden del sistema. Analizando las estructuras de los isómeros de felodipino, podemos decir que el isómero A es más activo que el isómero B. Isómero A=R; Isómero B=S. Determinamos esto por la energía de Gibbs de tales isómeros.	Estos modelos evocan nociones de interacción intermolecular, energía libre de Gibbs, entropía y/o entalpía y de isomería para describir la reacción entre las estructuras del felodipino y la proteína.

Momento	Modelo Explicativo Causal (MEC)
Momento	Ejemplos de respuestas construidas por los estudiantes	Análisis desde el contenido químico de los MEC de los estudiantes
4	El felodipino A es S, debido a esto es correcto decir que tiene mayor fuerza de interacción por eso su ΔG es menor. Mientras que el felodipino B es R porque no tiene mayor fuerza de interacción que el felodipino A, por eso es que su ΔG es mayor que el del felodipio A	Estos modelos recurren a nociones de fuerzas intermoleculares, termoquímica e isomería para explicar cómo se origina la interacción entre las estructuras del felodipino y la proteína, apoyándose en la comprensión de los conceptos de energía libre de Gibbs, entropía y/o entalpía.

Momento	Modelo Explicativo Predictivo (MEP)
Momento	Ejemplos de respuestas construidas por los estudiantes	Análisis desde el contenido químico de los MEP de los estudiantes
4	Existen fuerzas intermoleculares que hacen posible la interacción entre ellas. Pueden existir enlaces por puentes de hidrógeno pues los aminoácidos tienen el grupo amino que puede enlazarse por este medio. Otro aspecto es que ambas son moléculas polares por lo que podrían enlazarse dipolo-dipolo y son polares por la presencia de átomos altamente electronegativos. Así mismo se presenta un cambio en la energía libre de Gibbs, pues sus componentes, en este caso la entalpía y entropía se hace más negativa y se reduce respectivamente al momento de la unión. Esto debido a que la unión libera energía y el fármaco pasa a un estado con menos desorden.	Estos modelos aluden a nociones de termoquímica, isomería y noción de fuerza intermolecular para predecir que uno de los compuestos del felodipino pueda tener mayor número de interacciones al analizar la presencia de puentes de hidrógeno entre aminoácidos y el felodipino, los valores de entalpía, entropía y energía libre de Gibbs

MEI Momento 4	Algunos modelos Recurre a las nociones de:
	Fuerzas intermoleculares, termoquímica e isomería para explicar la interacción de las dos estructuras del felodipino desde los valores de energía libre de Gibbs vinculados a los isómeros R y S del felodipino.
	Fuerzas intermoleculares, termoquímica e isomería para explicar la interacción de las dos estructuras del felodipino desde los valores de energía libre de Gibbs vinculados a los isómeros del felodipino.
	Termoquímica y de fuerza intermolecular para establecer distinción en las estructuras del felodipino y aclarar que cada estructura interactúa diferente, interpretando valores de entropía.
	Termoquímica para establecer distinción en las estructuras del felodipino y aclarar que cada estructura interactúa diferente, interpretando valores de energía libre de Gibbs.
	Fuerza intermolecular y de termoquímica para explicar la interacción del felodipino interpretando valores de entalpía y entropía.
	Fuerzas intermoleculares, termoquímica e isomería para explicar la interacción de las dos estructuras del felodipino desde los valores de entalpía, entropía y energía libre de Gibbs vinculados a los isómeros del felodipino.
	Fuerzas intermoleculares y termoquímica para explicar la interacción del felodipino desde los valores de entalpía, entropía y energía libre de Gibbs.
	Fuerzas intermoleculares y termoquímica para explicar la interacción de las estructuras del felodipino desde los valores de energía libre de Gibbs.
	Enlace para resaltar la existencia de distintas fuerzas intermoleculares en el felodipino haciendo énfasis en la formación de puentes de hidrógeno.
	Fuerzas intermoleculares, termoquímica e isomería para explicar la interacción del felodipino desde el concepto de energía libre de Gibbs vinculado al concepto de isómero.
	Fuerzas intermoleculares e isomería para explicar la interacción del felodipino vinculado el concepto de isómero.
	Termoquímica e isomería para explicar la interacción del felodipino vinculado los conceptos de entropía, entalpía e isomería.
	Fuerzas intermoleculares, termoquímica e isomería para explicar la interacción de las dos estructuras del felodipino desde los valores de entalpía y entropía vinculados a los isómeros del felodipino.
	Fuerzas intermoleculares, termoquímica e isomería para explicar la interacción del felodipino desde el concepto de entropía vinculado al concepto de isómero.

[1] *e-mail: ryamador@uninorte.edu.co

Modelización	Tipo	Característica
	Expresiva	Los estudiantes describen o explican eventos mediante la formulación de modelos existentes o nuevos.
	Exploratoria	Los estudiantes indagan las características de un modelo existente participando de este y observando sus efectos.
	Experimental	Los estudiantes formulan hipótesis a partir de modelos y los ponen a prueba.
	Evaluativa	Los estudiantes comparan modelos alternativos que explican el mismo fenómeno, evalúan sus ventajas y limitaciones y eligen el más apropiado.
	Cíclica	Los estudiantes participan en ciclos completos de modelización.

Momento	Ejemplos de respuestas construidas por los estudiantes	Vinculación con el Modelo Explicativo Interpretativo
2	El Felodipino interactúa con la enzima 2NNJ y crea puentes de hidrógeno lo cual no permite que se den las uniones normales.
3	La interacción de fármacos con enzimas o proteínas tiene relación directa con las entalpias y su impacto en la energía libre de Gibbs; para que un fármaco sea efectivo, siempre deberá existir una energía negativa, que facilite las condiciones de interacción, además deberá haber una disminución de la entropía, pues el desorden cuando dos sustancias se unen tiende a disminuir. Impacto exitoso de las sustancias es igual a una energía libre Gibbs negativa.
4	El Felodipino ingresa al organismo y a la célula haciendo un complejo enzima-sustrato con la enzima 2NNJ, para que se de esa interacción se requiere de fuerzas intermoleculares y electroestáticas. Los puentes de hidrogeno son la clave para la interacción de estos dos componentes ya que el grupo carboxilo del aminoácido con el grupo OH presente en varios radicales, pudiendo interactuar el hidrogeno (H) del Felodipino con el oxígeno del aminoácido o viceversa. Cabe resaltar que esta interacción hace que el desorden disminuya y por ende aumente la energía libre de Gibbs, este aumento depende en gran medida de cual configuración (cual isómero) interactúe con la enzima, ya que como mencionamos la interacción química de cada uno será diferente y tendrá una estabilidad diferente, siendo el que libera menor energía de Gibbs (A) el que tiene más estabilidad viene siendo este un proceso más espontaneo.

Momento	Ejemplos de respuestas construidas por los estudiantes	Vinculación con el Modelo Explicativo Descriptivo
2	El Felodipino crea un puente de hidrogeno y un enlace dipolo-dipolo en una misma zona.
3	Todo esto genera que se forme el complejo Felo-enzima, disminuyendo el ΔS, lo que libera energía porque es una reacción de formación ΔH<0: como resultado la ΔG es negativo por lo que es una reacción espontánea ΔG<0.
4	El fármaco y el complejo enzimático se unen mediante fuerzas intermoleculares distintas, dependiendo de los grupos funcionales -ubicados en sitio activo de la enzima- con los que actúa el Felodipino. Por ejemplo, si encontramos entre grupos funcionales un OH, claramente al formarse liberan energía, haciendo que la entalpía sea negativa (cabe decir, la interacción del medicamento con la enzima es dominado por el calor generado), es decir, es una reacción exotérmica. La energía libre de Gibbs, depende por su parte de la entalpía, siendo así negativa (menor que 0) y definiendo la interacción del complejo y fármaco como reacción espontánea. La entropía disminuye en la reacción, por que disminuye el desorden del sistema. Analizando las estructuras de los isómeros de Felodipino, podemos decir que el isómero A es más activo que el isómero B. (Isómero A=R; Isomero B=S). Determinamos esto por la energía de Gibbs de tales isómeros.

MED Momento 4	Algunos modelos Recurre a las nociones de:
	Energía libre de Gibbs, entropía y/o entalpía (termoquímica) y de isomería para describir la reacción entre las estructuras del felodipino y la proteína.
	Interacción intermolecular, energía libre de Gibbs, entropía y/o entalpía (termoquímica) y de isomería para describir la reacción entre las estructuras del felodipino y la proteína.
	Interacción intermolecular, energía libre de Gibbs, entropía y/o entalpía (termoquímica) para describir la reacción entre las estructuras del felodipino y la proteína
	Entropía y/o entalpía (termoquímica) para describir la reacción entre las estructuras del felodipino y la proteína.
	Interacción intermolecular para describir la reacción entre las estructuras del felodipino y la proteína.
	Interacción intermolecular, y de isomería para describir la reacción entre las estructuras del felodipino y la proteína.

Brasil

Brasil

PROMOVER MODELOS EXPLICATIVOS SOBRE LAS INTERACCIONES QUÍMICAS DEL FELODIPINOCITOCROMO P450: UNA PROPUESTA DIDÁCTICA BASADA EN LA MODELIZACIÓN

PROMOTING EXPLANATORY MODELS ON FELODIPINE-CYTOCHROME P450 INTERACTION: A DIDACTIC PROPOSAL MODELING-BASED