Introducción a la Biofísica
Código: 100165 Créditos ECTS: 5| Titulación | Tipo | Curso | Semestre |
|---|---|---|---|
| 2500097 Física | OT | 3 | 1 |
Contacto
- Nombre:
- Daniel Campos Moreno
- Correo electrónico:
- Daniel.Campos@uab.cat
Uso de idiomas
- Lengua vehicular mayoritaria:
- catalán (cat)
- Algún grupo íntegramente en inglés:
- No
- Algún grupo íntegramente en catalán:
- Sí
- Algún grupo íntegramente en español:
- No
Equipo docente
- Juan Camacho Castro
Prerequisitos
Es recomendable tener conocimientos básicos de química y biología, pero muy simples, a nivel de Bachillerato.
Los campos de la física más utilitzados en la asignatura son la termodinàmica, la elasticidad, la electricidad y magnetismo, y la física de radiaciones. Por tanto, conviene haber trabajado estos campos en las asignaturas previas del Grado, i en particular es muy recomendable haber cursado previamente las asignaturas de Electromagnetismo y la de Estructura de la Materia y Termodinámica.
Objetivos y contextualización
Esta asignatura pretende ofrecer una introducción relativamente panorámica, pero no exhaustiva, de la biofísica. El objetivo principal es que los estudiantes de física tengan un primer contacto con el análisis físico de problemas que caen en la frontera entre la física, la biología (y, en ocasiones, la bioquímica) y que sean conscientes de la enorme riqueza de problemas que la biología plantea y en los cuales la física proporciona marcos conceptuales y herramientas de gran utilidad. Asimismo, pretende formular algunas ideas básicas que resulten útiles para un posterior contacto con asignaturas relacionadas com la biología, la biotecnología, la bioinformática o los sistemas complejos.
Competencias
- Actuar con responsabilidad ética y con respeto por los derechos y deberes fundamentales, la diversidad y los valores democráticos.
- Actuar en el ámbito de conocimiento propio valorando el impacto social, económico y medioambiental.
- Aplicar los principios fundamentales al estudio cualitativo y cuantitativo de las diferentes áreas particulares de la física.
- Comunicar eficazmente información compleja de forma clara y concisa, ya sea oralmente, por escrito o mediante TIC, y en presencia de público, tanto a audiencias especializadas como generales.
- Conocer las bases de algunos temas avanzados, incluyendo desarrollos actuales en la frontera de la Física, sobre los que poder formarse posteriormente con mayor profundidad.
- Desarrollar la capacidad de análisis y síntesis que permita adquirir conocimientos y habilidades en campos distintos al de la Física y aplicar a los mismos las competencias propias del Grado en Física, aportando propuestas innovadoras y competitivas.
- Introducir cambios en los métodos y los procesos del ámbito de conocimiento para dar respuestas innovadoras a las necesidades y demandas de la sociedad.
- Razonar críticamente, poseer capacidad analítica, usar correctamente el lenguaje técnico, y elaborar argumentos lógicos.
- Trabajar autónomamente, usar la propia iniciativa, ser capaz de organizarse para alcanzar unos resultados, planear y ejecutar un proyecto.
- Usar las matemáticas para describir el mundo físico, seleccionando las herramientas apropiadas, construyendo modelos adecuados, interpretando resultados y comparando críticamente con la experimentación y la observación.
Resultados de aprendizaje
- Aplicar correctamente las ecuaciones de transporte pasivo y activo a la propagación de señales nerviosas en membranas excitables.
- Aplicar el modelo del cable eléctrico a la descripción de la forma y velocidad del potencial de acción en membranas excitables.
- Calcular el potencial de Nernst en sistemas físicos y biológicos.
- Comunicar eficazmente información compleja de forma clara y concisa, ya sea oralmente, por escrito o mediante TIC, y en presencia de público, tanto a audiencias especializadas como generales.
- Conocer las bases de técnicas de observación biomédica (electrocardiografía, electroencefalografía, magnetoencefalografía).
- Describir las ideas básicas de aprendizaje en redes neuronales y las principales características morfológicas y funcionales del cerebro.
- Describir las principales técnicas básicas de la física médica.
- Describir los fundamentos de algunas técnicas de imagen médica (RMN, PET, tomografía).
- Describir los fundamentos de radiación sincrotrón y su aplicación a la estructura de proteínas.
- Describir los pasos básicos de la síntesis de proteínas y el código genético.
- Describir los principales problemas abiertos en biofísica (plegamiento de proteínas, secuenciación física del DNA, bases físicas del código genético y epigenético, motores moleculares, redes neuronales).
- Distinguir los campos de aplicación de los diferentes tipos de microscopios (óptico, electrónico, de efecto túnel o de fuerza atómica).
- Establecer los aspectos físicos básicos de proteínas y ácidos nucleicos.
- Establecer los conceptos básicos de física de membranas, transporte activo y pasivo y aplicarlos al potencial de acción en el sistema nervioso.
- Explicar el codi deontològic, explícit o implícit, de l`àmbit de coneixement propi.
- Identificar las implicaciones sociales, económicas y medioambientales de las actividades académico- profesionales del ámbito de conocimiento propio.
- Identificar situaciones que necesitan un cambio o mejora.
- Modelizar procesos biológicos diversos (crecimiento de tumores, ondas de excitación cardíaca, aprendizaje en redes neuronales, sistema inmunitario,…).
- Razonar críticamente, poseer capacidad analítica, usar correctamente el lenguaje técnico, y elaborar argumentos lógicos.
- Trabajar autónomamente, usar la propia iniciativa, ser capaz de organizarse para alcanzar unos resultados, planear y ejecutar un proyecto.
- Trabajar problemas de dosimetría de radiación ionizante y sus efectos Biológicos para posterior formación en física médica.
Contenido
Programa
1. Bases químicas de la biofísica.
Metodología
Iniciamos el curso con un repaso breve de las macromoléculas biológicas esenciales, y centramos la atención en las proteinas y el DNA (sus constituentes, estructura, y propiedades mecánicas y eléctricas). A continuación pasamos a estudiar algunos aspectos particulares de las moléculas, especialmente motores y bombas moleculares. A nivel celular, introducimos ideas básicas sobre el metabolismo, y las propiedades estructurales y de transporte de la membrana celular, dedicando atención especial al funcionamiento del sistema nervioso (neuronas, redes neuronales, cerebro). Finalmente se introducen ideas básicas sobre la evolución biológica y el papel que juega en ella la física, la dinámica de poblaciones para ecosistemas sencillos, y una presentación final sobre la radioactividad y sus efectos biológicos.
Actividades
| Título | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|
| Tipo: Dirigidas | |||
| Clases de problemas | 14 | 0,56 | 1, 2, 3, 18 |
| Clases de teoría | 27 | 1,08 | 5, 8, 9, 10, 11, 6, 7, 12, 13, 14, 19, 21 |
| Tipo: Autónomas | |||
| Estudio | 53 | 2,12 | 5, 8, 9, 10, 11, 6, 7, 12, 13, 14 |
| Trabajo y problemas autónomos | 18 | 0,72 | 2, 3, 11, 18, 21 |
| Tutorías | 5 | 0,2 | 18 |
Evaluación
Parciales: Dos exámenes parciales, el segundo de los cuales tiene un peso mayor sobre la nota final (ya que la cantidad de materia que entrará también es algo mayor).
Trabajo presentación: Consiste en desarrollar un tema (por parejas, cada grupo con un tema propio) relacionado con un proyecto de investigación actual en el campo de la biofísica o afín. Esta actividad tendrá el formato de una presentación oral en video para evaluar las capacidades de síntesis y comunicativas (los estudiantes tendrán acceso a los equipos y espacios necesarios para la grabación).
Para poder aprobar el curso será necesario haber obtenido una nota mínima de 3,5 en cada uno de los parciales.
Aquellos alumnos que se presenten a los exámenes parciales pero no alcancen la nota de 3,5 (o no lleguen a una nota media de 5) tendrán la opción de presentarse a un examen de recuperación. El examen de recupración será único, de manaera que no se podrán recuperar los parciales por separado.
El Trabajo escrito y el Trabajo presentación serán consideradas actividades no recuperables.
Actividades de evaluación
| Título | Peso | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|---|
| 1r parcial | 35/100 | 2 | 0,08 | 1, 2, 3, 5, 8, 9, 10, 11, 6, 7, 12, 13, 14, 18, 19, 21 |
| 2o parcial | 40/100 | 2 | 0,08 | 1, 2, 3, 5, 8, 9, 10, 11, 6, 7, 12, 13, 14, 18, 21 |
| Trabajo escrito | 10/100 | 2 | 0,08 | 4, 16, 15, 17, 19, 20 |
| Trabajo presentación | 15/100 | 2 | 0,08 | 1, 2, 3, 21 |
Bibliografía
Textos de referencia
P. Nelson, Física biológica, Ed. Reverté, Barcelona, 2005 (disponible online a través de la biblioteca UAB)
F. Cleri. The physics of Living Systems. Springer-Verlag, 2016 (disponible online a través de la biblioteca UAB)
R. Phillips, J. Kondev, J. Theriot, H. G. García, Physical biology of the cell, Garland Science (Taylor and Francis group), London, 2013
Introducciones sencillas a la física para biòlogos
F. Cussó, C. López and R. Villar, Física de los procesos biológicos, Ariel, Barcelona,
2004
D. Jou, J. E. Llebot i C. Pérez-García, Física para las ciencias de la vida, Mc Graw
Hill, Madrid, 1994
M. Ortuño, Física para biología, medicina, veterinaria y farmacia, Crítica, Barcelona,
1996
J. W. Kane i M. M. Sternheim, Física para las ciencias de la vida, Reverté, Barcelona,
1987
B. B. Benedek and F.M.H. Villars, Physics, with illustrative examples from biology (3
vols), Addison-Wesley, 1979
Textos de biología
J. Darnell, H. Lodish, D. Baltimore, Biología celular y molecular, Labor, Barcelona,
1988
H. Lodish, A. Berk, S.L. Zipursky, P. Matsudaira, D. Baltimore and J. Darnell, Biología
molecular y celular, Ed. Médica panamericana, Buenos Aires, 2002
J. L. Ingraham i C. A. Ingraham, Introducció a la microbiologia, Reverté, Barcelona,
1999
B. Alberts, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J.D. Watson, Molecular biology of
the cell, Garland, New York, 1989
D. Purves, G.J.Augustine, D. Fitzpatrick, L.C. Katz, A.S. Lamantia, J.O. McNamara,
Introduction to Neurosciences, Sinauer Assoc, Sunderland, Mass, 1997
Textos de biofísica avanzada
D. S. Goodsell, Our molecular nature: the body’s motors, machines and messages,
Springer, New York, 1996
D. S. Goodsell, Bionanotechnology. Lessons from nature, Wiley-Liss, Hoboken, New
Jersey, 2004
P. Nelson, Física biológica, Ed. Reverté, Barcelona, 2005
M. V. Volkenshtein, Biophysics, MIR, Moscou, 1990
C. Sybesma, Biophysics. An introduction, Kluwer Academic Publishers, 1989
T. F. Weiss, Cellular biophysics (2 vols), Bradford Books, MIT Press, Cambridge,
Mass, 1996
R.K. Hobbie, Intermediate physics for medicine and biology, Wiley, Toronto, 1978
F. Cleri. The physics of Living Systems. Springer-Verlag, 2016
W. Bialek. Biophysics: Searching for principles. Princeton Univ. Press, 2012
C. Blomberg. Physics of life. Elsevier, 2007