Este curso trata en su primera parte aspectos sobre la obtención de cristales de forma sistemática, para estudios estructurales, con bases científicas, donde se emplean los conocimientos de la fisicoquímica, que van desde el estudio de la formación de núcleos cristalinos, hasta las técnicas convencionales y no convencionales de obtención de cristales que son parte de la Cristalogénesis Biológica (una de las áreas de la cristalografía), la cual permite obtener cristales con bases fisicoquímicas para estudios estructurales. En la segunda parte del mismo, se estudian los aspectos más importantes de la difracción de rayos-X y técnicas modernas de caracterización estructural (SAXS, Cryo-EM, XFEL) y los fundamentos de cristalografía, así como sus aspectos teóricos. En nuestro días los estudios cristalográficos que emplean difracción de rayos-X y difracción de neutrones, requieren en general monocristales de alta calidad óptica-estructural. En el caso de la difracción de neutrones se requiere tener cristales de tamaños cercanos al milímetro, para poder llevar a cabo estos estudios. El caso opuesto lo ocupan el uso de tecnologías modernas llamadas XFEL (Free Electron Lasers, por sus siglas en inglés). Estas técnicas XFEL, requieren de cristales en la escala de los nanómetros, pero el tamaño de ellos debe ser muy homogéneo para generar una alta precisión de datos en la resolución y obtener la estructura 3D por la vía no convencional. Asimismo, juegan un papel importante las técnicas de Crio-Microscopia Electrónica, la Dispersión de rayos-X a bajo ángulo (SAXS, Small Angle X-ray Dispersión, por sus siglas en inglés). Estas técnicas acopladas a técnicas de modelización, han permitido en algunos casos aproximarse a la determinación estructural, solo con una predicción teórica y computacional de algunas proteínas, lo que hace de estas técnicas una extraordinaria oportunidad para poder trabajar en la elucidación de estructuras de grandes complejos macromoleculares. Finalmente, en la tercera parte del curso se revisarán los métodos y las estrategias de cómo sobre-expresar proteínas recombinantes, su caracterización a través de técnicas biofísicas (dispersión de luz, dicroismo circular y fluorescencia) así como se estudiarán algoritmos, que nos permitirán predecir la cristalizabilidad, el plegamiento y la estructura 3D. Se mostrarán al final del curso, algunos casos de estudio de proteínas que tienen que ver con investigaciones biomédicas importantes en ciencias de la vida.

CAPITULO I. INTRODUCCIÓN GENERAL ACERCA DE GENES Y PROTEÍNAS
1.1. La importancia y el papel de las proteínas en los seres vivos
1.2. De los genes a la obtención de proteínas recombinantes
1.3. Proteínas, diseño racional de fármacos y terapia génica una revisión sucinta.
1.4. Métodos químicos y físicos para caracterizar proteínas

CAPITULO 2. FUNDAMENTOS DE ESTRUCTURA
2.1. Conceptos básicos de simetría en Química del Estado Sólido
2.2. Qué es un cristal y sus propiedades basadas en la estructura
2.2.1. Propiedades y estructura
2.3. Redes y celda unitaria
2.4. Las clases cristalinas y los sistemas cristalinos
2.4.1. Los sistemas cristalinos
2.4.2. Los sistemas cristalinos en 2 dimensiones
2.4.3. Los sistemas cristalinos en 3 dimensiones
2.4.4. Las clases cristalinas
2.4.5. Las redes de Bravais
2.4.6. Los grupos espaciales, el nombre y apellido de los sólidos.
2.5. Como crece un cristal: la nucleación y los mecanismos de crecimiento cristalino
2.5.1. Mecanismos de crecimiento
2.5.2. Técnicas para estudiar el crecimiento de cristales (microscopias ópticas, de fuerza atómica, electrónica)
2.6. Métodos de crecimiento de cristales de bajo peso molecular y macromoléculas
2.7. Aplicaciones tecnológicas.

CAPITULO 3. MÉTODOS DE CRECIMIENTO DE CRISTALES DE MACROMOLÉCULAS BIOLÓGICAS.
3.1. Fundamentos de crecimiento de cristales de sistemas biológicos
3.1.1. Fenómenos de transporte.
3.1.2. Solubilidad de proteínas.
3.1.3. Técnicas físicas de caracterización
3.1.3. El concepto de cristalogénesis y los métodos convencionales de crecimiento de cristales.
3.1.4. Geles: síntesis y estructura.
3.1.5. Geles en los métodos clásicos de cristalización biológica.
3.1.6. El método de acupuntura en geles (GAME) para la cristalización de proteínas.
3.1.7. El método de contra-Difusión (CDM) para la cristalización de proteínas.
3.1.8. Polimorfismo en sólidos de bajo peso molecular y en proteínas
3.1.9. Estrategias modernas empleadas en la determinación estructural de sólidos cristalinos.
3.2. Métodos no-convencionales de crecimiento de cristales
3.2.1. Crecimiento de cristales empleando campos electromagnéticos, ultrasónicos y láseres para la nucleación.
3.2.2. Crecimiento de cristales a través de técnicas de contra-difusión
3.2.3. Crecimiento de cristales en microgravedad
3.2.4. Uso de ligandos en la estabilidad y cristalizabilidad de proteínas.
3.2.5. La Microfluídica aplicada a proteínas y la automatización de la cristalización en masa (Highthroughput).
3.2.6. Criterios para incrementar la calidad cristalina (microsembrado versus templado (annealing por su escritura en inglés) y como analizar la calidad cristalina.

CAPITULO 4. LA CRISTALIZACIÓN DE PROTEÍNAS DE MEMBRANA. (Dr. Moreno)
4.1. Las proteínas membranales: aspectos fundamentales sobre solubilidad y el problema de su cristalización en solventes acuosos.
4.2. Métodos de cristalización empleando fases lipídicas y organogeles
4.3. Biología molecular e ingeniería de proteínas empleados para cristalizar proteínas.
4.4. Perspectivas en la cristalización de proteínas solubles y membranales, aspectos biomiméticos.

CAPITULO 5. MÉTODOS EXPERIMENTALES DE DIFRACCIÓN APLICADOS A LAS PROTEÍNAS
5.1. Difracción de rayos-X, electrones y neutrones.
5.2. La cristalografía de proteínas a partir de la difracción de los rayos-X
5.3. Los cristales de macromoléculas biológicas (proteínas, DNA/RNA, polisacáridos y complejos macromoleculares).
5.4. El solvente contenido en los cristales de proteínas
5.5. Caminos a la determinación estructural
5.6. Métodos para resolver el problema de la fase (remplazo molecular, dispersión anómala, métodos directos)
5.7. La estructura de las proteínas y sus aplicaciones.

BIBLIOGRAFÍA

1. Cristalogénesis Biológica y Fundamentos de Difracción con Rayos-X, Autores: Ma. Eugenia Mendoza-Álvarez & Abel Moreno Cárcamo. Fomento Editorial BUAP 2015 (ISBN: 978 607 487 805 9).
2. Chayen, N., Helliwell, J.R., Snell, E.H. (2010) Macromolecular Crystallization and Crystal Perfection. IUCr-Oxford Science Publications, Oxford University Press.
3. Ducruix, A., Giegé, R. (1999). Crystallization of nucleic acids and proteins: A practical approach, 2nd ed., IRL Press, Oxford.
4. McPherson, A. (1999). Crystallization of Biological Macromolecules, 1st Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York.
5. Bergfors, T. M. (1999) Protein crystallization. Biotechnology Series, Int. Univ. Line. La Jolla, USA.

Se requiere conocimientos físicos y matemáticos elementales para poder tomar el curso, al menos los que se llevan en las los primeros semestres de Matemática en las licenciaturas de física y química.