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PROGRAMA BIOFISICA NUEVO FORMATO

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Academic year: 2020

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UNIVERSIDAD DE PAMPLONA

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS

DEPARTAMENTO DE FISICA Y GEOLOGIA

DEPARTAMENTO DE FISICA Y GEOLOGIA

PROGRAMA

BIOFISICA

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS

JUSTIFICACION:

La asignatura “Biofísica” constituye el pilar básico de formación e información

sobre aspectos básicos de la Física que luego van a ser aplicados en otras

asignaturas de la carrera de Biología.

En esta asignatura se abordan temas de máxima actualidad donde la principal

idea es desarrollar el conocimiento actual de la materia y las leyes que la rigen

como base de la organización de los seres vivientes y su entorno y las

relaciones entre ambas, los fundamentos de las respuestas de aquel, al

estimulo o a la agresión; que constituyen un bloque de conocimiento que

permite posteriormente el desarrollo de otras asignaturas. Por esta razón,

garantizar el éxito de los alumnos en esta etapa puede ser muy importante para

lograr el éxito en otras etapas de la carrera, razón que puede justificar el

aprendizaje correcto de esta asignatura.

Aptitudes y actitudes de los alumnos hacia la Física

La opinión generalizada de los estudiantes que se les asigna esta asignatura

es que la Física es innecesaria en su formación. Normalmente son alumnos que

han vivido y viven en un entorno social muy preocupado por los problemas

relacionados a sus carreras, sin embargo, no alcanzan a entender aún que el

Medio donde van a desarrollar sus actividades como profesionales está muy

relacionada con la física, que como tal, necesita del rigor científico.

Ante un problema determinado, este rigor debe hacer que comparemos

alternativas y decidamos entre las soluciones posibles mediante el análisis de

indicadores objetivos. La complejidad del mundo real y de los problemas que

plantea el desarrollo científico-tecnológico, representan sin duda un desafío a la

capacidad universitaria. En efecto, resulta cada vez más evidente la necesidad

de que esos problemas sean enfrentados con una perspectiva que integre

diversos puntos de vista, diferentes mentalidades, desde un enfoque

interdisciplinario. Al respecto, la ciencia y la tecnología de hoy han demostrado

ASIGNATURA:

BIOFISICA

CODIGO: 156202

AREA:

FISICA

REQUISITOS:

CORREQUISITO:

(2)

PROGRAMA BIOFISICA

[Escribir texto]

reiteradamente que el impacto del conocimiento en la acción (y especialmente

en la solución de problemas prácticos), requiere de una fuerte interacción entre

las disciplinas implicadas y aún más, en algunos casos hace necesaria la

generación de nuevas disciplinas. De esta manera la interdisciplina de hoy se

convierte en la disciplina del mañana.

Para ello es necesario que el alumno de Medicina reciba una buena formación

en Física, conozca las leyes fisicoquímicas que rigen el comportamiento de

sistemas más complejos como el aparato cardiovascular, respiratorio y el

sistema de termorregulación. Paralelamente, los alumnos deben desarrollar las

habilidades y actitudes adecuadas para la realización de trabajo experimental,

así como la capacidad de

interrelacionarse con las ciencias llamadas

Biomédicas las que determinarán el futuro desarrollo del conocimiento humano.

OBJETIVO GENERAL:

Se pretende ayudar al alumno a conocer aquellos principios básicos de la Física

esenciales para comprender las funciones de los sistemas biológicos,

analizando en cada fenómeno fisiológico, objeto de estudio, su comportamiento

físico y las leyes físicas que lo rigen, además hacer entender al estudiante de

Biología que la Biofísica estudia las propiedades físicas o atributos capaces de

ser medidos de todo aquello que esté en relación con los diferentes sistemas

biológicos y su evolución.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Al finalizar este curso se pretende que el estudiante logre:

1. El estudiante conceptúa e integra la relación entre leyes físicas, químicas y

biológicas, mediante el conocimiento de la estructura, organización y función

de las moléculas vivas.

2. Reconoce que la actividad biológica tiene un marco de referencia en las

leyes físicas, que explican el comportamiento de la materia.

3. Describe el fundamento físico de las funciones biológicas que permiten la

expresión ser humano, en relación a su entorno incluyendo la evolución y el

desarrollo del hombre.

4. Realiza la búsqueda de artículos referentes a un tema, utilizando vías de

acceso a Internet o revistas disponibles y es capaz de realizar una

exposición del mismo.

COMPETENCIAS

DIMENSIÓN CONCEPTUAL

Describir los aspectos más importantes del funcionamiento de los

sistemas biológicos haciendo uso de los principios fundamentales de la

Física.

Explicar de forma panorámica las principales aplicaciones de la Física en

los seres vivos.

Utilizar con éxito el método experimental de los fenómenos físicos al

estudio de sistemas biológicos.

DIMENSIÓN PROCEDIMENTAL

Al finalizar la presente asignatura, el estudiante debe poseer las siguientes

capacidades y habilidades:

(3)

PROGRAMA BIOFISICA

[Escribir texto]

sistemas biológicos usando los conceptos y leyes fundamentales de la física,

manifestando su capacidad de entender a través de esquemas, cuadros,

resúmenes y mapas conceptuales, los principales procesos físicos que

ocurren en los sistemas biológicos.

Explica las principales aplicaciones de la biofísica para la biología en la

investigación de los fenómenos naturales, haciendo uso técnicas de

resúmenes, comentarios u otros esquemas de contenido y mediante el

trabajo en equipo.

Usa adecuadamente técnicas y procedimientos, propios del método

científico, utilizando correctamente los equipos e instrumentos apropiados al

estudio de un determinado fenómeno biofísico.

DIMENSIÓN ACTITUDINAL

Integra metódicamente la teoría y la práctica, reconociendo la importancia

del trabajo en equipo o grupal, valorando su importancia en la lógica del que

hacer científico y profesional.

Valora y aprecia la puntualidad en la entrega de sus trabajos y en sus

actividades académicas.

Participa en clase con espíritu constructivo mostrando una adecuada

pertinencia en la exposición de sus compañeros.

UNIDAD 1(Temas de la unidad. Copie y pegue las casillas de acuerdo al número de unidades)

TEMA CONTACTOHORAS DE

DIRECTO

HORAS DE TRABAJO INDEPENDIENTE DEL ESTUDIANTE

SEM

I. INTRODUCCION

Objetivos de la asignatura.

Aspectos generales: Tema 1. Introducción a la Biofísica: Concepto, objetivos e importancia en Biología. Antecedentes históricos y posibilidades de desarrollo. Contribución histórica de la Física a la Biología. La Biofísica en relación con otras ciencias y especialidades.

Aspectos prácticos sobre el desarrollo del curso de Biofísica. Método científico.

1 hora

2 horas

1

II. MATERIA Y ENERGIA: EL ATOMO

Reseña de la evolución del concepto sobre la organización de la materia. Nivel físico. Materia y Energía, estados físicos de la materia. Conceptos de energía y sus formas de expresión. El átomo. Estructura atómica, concepto actual. Partículas subatómicas: el electrón y el protón, neutrones; quarks. El núcleo atómico, cualidades: carga, masa, spin. La energía del hombre es la expresión de la energía de los elementos que la conforman.

3 horas

6 horas

1-2

III. TERMODINAMICA BIOLOGICA:

La biofísica y su aplicación al conocimiento de las funciones de los organismos biológicos

La termodinámica de 1800 y su importancia actual. Ciclos termodinámicos.

Concepto de sistemas: Aislado, cerrado, abierto. Procesos de transformación de la energía.

La primera y la segunda Ley de termodinámica.

(4)

PROGRAMA BIOFISICA

[Escribir texto]

Entalpía. Entropía.

Fundamentos microscópicos de la termodinámica. Termodinámica Química y estadística, aplicación en los seres vivos. Principios físicos de los sistemas de control, Equilibrio dinámico y hemostasia.

Fundamentos físicos de las funciones biológicas: Calor y temperatura:

Calor, concepto, medida de la intensidad de calor: Temperatura. El calor y la actividad celular. Transporte de electrones y protones en la membrana mitocondrial. Transferencia de calor en el ser humano.

Regulación celular de la temperatura.

Estado gaseoso, naturaleza de los gases:

Concepto, composición del aire. Diferencias entre: Ventilación y respiración.

Leyes de los gases. Presión parcial. Difusión de gases a través de líquidos y tejidos corpóreos

Composición de los gases en sangre y mecanismos de transporte.

IV. Distribución de iones a través de las membranas y actividad eléctrica: Definición. Tipos de soluciones.

Las soluciones acuosas y la concentración por ciento; por ciento / volumen y por ciento / peso.

Densidad y gravedad específica. Molaridad y Molalidad.

Propiedades coligativas de las soluciones. Osmolaridad y Osmolalidad.

Determinación de la Composición por "Freeze drying" (liofilización).

IONES EN EL SISTEMA BIOLOGICO

Concepto. Energía de ionización, Disociación electrolítica, Radio de hidratación, conductividad ionica.

Consecuencias eléctricas. Na, K, Ca, Cl. Las soluciones de electrolitos.

TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

Propiedades físicas de las membranas y los solutos. Transporte de solutos: Iones, moléculas pequeñas no ionizables y macromoléculas.

Transporte de iones. Canal iónico; características básicas de los canales iónicos y su conductancia. Permeabilidad y Permeación.

Transporte "pasivo" y transporte activo. Transporte "facilitado" o cotransporte.

La ATPasas de iones Na + K- ATPasa de K, ATPasa de Ca, ATPasas de protones. Transporte en contra de gradiente. Comentarios.

4 horas

10 horas

7-8

V. ACTIVIDAD ELÉCTRICA DE LAS MEMBRANAS.

FUERZA ELECTROMOTRIZ. Concepto de

electricidad. Carga eléctrica. Ley de Coulomb. Campo eléctrico y potencial eléctrico.

Corriente continua y alterna; Voltaje. Conducción Eléctrica. Resistencia. Excitabilidad eléctrica y canales

iónicos. Aislantes y conductores. Campos

(5)

PROGRAMA BIOFISICA

[Escribir texto]

magnéticos. Importancia en los seres biológicos. Equilibrio en celdas electroquímicas. Potenciales químicos. Diagramas de celda. Tipos de celda. Energía

de Gibbs y potenciales de celda. Ecuación de Nernst. Potenciales de electrodo. Clases de electrodos. Electrodos redox. Clasificación de celdas electroquímicas.

Actividad eléctrica y membranas biológicas. Los transportes electrogénicos y las membranas biológicas.

Superconducción biológica. El par de Cooper. El SQUID.

VI. DINÁMICA DE LOS FLUÍDOS EN COMPARTIMENTOS

Noción de la teoría de Sistema de control y su aplicación en Biología: el "Feedback" negativo, Ejemplos.

Traducción y transmisión de información. Ejemplos. Revisión de la teoría de compartimentos, su aplicación en Biología y el concepto actual. Los sistemas de

Uno, dos y tres compartimentos. Análisis de los comportamientos anatómicos de los fluidos corporales.

Subdivisión química. Interrelaciones funcionales. Los fluidos corporales como Fases. Fuerzas y mecanismos que se observan en los recambios de fluidos: Presión Hidrostática y transporte activo. Recambio con el medio ambiente. Intercambio entre fases extracelulares e intercelulares y su entorno. Conducta osmótica de la célula.

Comentario sobre el equilibrio de Gibbs-Donnan, Fuerzas de Starling. Ecuación de Bernouilli. Fenómeno

de Venturi.

2 horas

6 horas

12

VII. VISCOSIDAD

Concepto. Algunas definiciones: Viscosidad, dinámica. Viscosidad de las soluciones: relación de viscosidad. Número de viscosidad. Referencia a la viscosidad. Ley de Pouseuille-Hagen. Referencia a la viscosidad del agua y su variación con la temperatura.

Revisión de la viscosidad de la sangre y plasma normal. La viscosidad de algunos fluidos corporales. Viscosidad en la bicapa de fosfolípidos. Comentarios pertinentes a la interpretación de la viscosidad in vivo.

TENSIÓN SUPERFICIAL

Concepto de superficie e Interfase: La tensión superficial. La tensión superficial de los líquidos. La energía de la superficie. Medición de la tensión superficial. Elevación y depresión capilar. El ángulo de

contacto. La ecuación de Laplace y su aplicación. Balance de superficie. Superficie de la membrana celular.

(6)

PROGRAMA BIOFISICA

[Escribir texto]

Los fosfolípidos y su acción sobre la tensión superficial del agua. Los detergentes. Interfase líquidograsa.

Características físico - químicas de la interfase sangre- epitelio - aire.

Agentes tensioactivos. El sistema surfactante: Estructura Molecular. Participación de las células del alvéolo pulmonar en el mantenimiento del mismo. Variaciones que ocurren en el transporte y síntesis de moléculas en diversas edades de la vida.

VIII. ONDAS. Radiación no Corpuscular: Fotones; Luz y Difracción. espectroscopia atómica

Fenómeno ondulatorio, Tipos de ondas. Dispersión, interferencia y difracción, reflexión y refracción, Superposición, ondas sinusoidales, estacionarias. Naturaleza de la luz. Polarización de la luz, la visión. Fotoquímica: La rodopsina. Regiones Espectrales. Absorción de la luz. Ley de Lambert-Beer. Efecto fotoeléctrico: Rayos X. Láser

Ejemplos de espectros atómicos: sistemas monoelectrónicos. Sistemas bielectrónicos (los alcalinotérreos). Espectroscopia de rayos X

Radiación Ultravioleta, clasificación y efectos Biológicos. Aplicación biomédica.

Comentarios sobre los espectros de absorción de proteínas y ácidos nucleicos. Conceptos actuales y aplicación en la actividad de las moléculas que integran las células: el fotón y la activación de genes.

VIBRACIONES-ONDAS MECANICAS:

Fenómenos vibratorios, ondas, clases, sonido y emisión, intensidad y resonancia. La voz humana y mecanismos de audición. El sonido, ondas mecánicas longitudinales, velocidad del sonido. Intensidad, la

voz humana. Efecto Dopler, y aplicación. Clasificación del sonido y sus efectos biológicos: Infrasonidos y

efectos contaminantes. Sonido audible, ultrasonidos y aplicaciones biomedicas. Resonancia magnética nuclear.

4 horas

10 horas

14-15

METODOLOGIA

(Debe evidenciarse el empleo de nuevas tecnologías de apoyo a

la enseñanza y al aprendizaje)

Clases teóricas y de problemas, estos problemas serán planteados en el aula

de clase, donde los estudiantes a través de la intuición plantearán la posible

solución. Prácticas de laboratorio y seminarios. Lecturas y exposiciones.

(7)

PROGRAMA BIOFISICA

[Escribir texto]

Las evaluaciones serán de dos tipos:

Las prácticas de laboratorio, con una evaluación continuada y tomando como

base la ejecución de todas y cada una de las prácticas que el alumno va

realizando y talleres que serán evaluados a través de seminarios. Lecturas y

exposiciones de temas relacionados con el área de saber tendrán un porcentaje

de calificación dentro de la parte de talleres.

Una prueba (examen escrito) referida a contenidos teóricos del programa y

problemas planteados como talleres.

BIBLIOGRAFIA BASICA:

FRUMENTO, A.S. Biofísica 3ª edición. Mosby-Doyma. 1995.

GONZÁLEZ IBEAS, J., “Introducción a la Física y Biofísica”. Alhambra, Madrid, 1974.

PARISI, M. Temas de Biofísica. McGraw Hill Interamericana. 2001.

DIEZ DE LOS RIOS, A., “Introducción a la Biofísica y a la Física Médica”, Universidad de Málaga, 1983.

CROMER, A.H., “Física para las ciencias de la vida”. Reverte, 1982.

ORTUÑO ORTIN, M. E. D. GRIJALBO MONDADORI, Física Para Biología, Medicina, Veterinaria y Farmacia S.A. Barcelona. 1996.

ZARAGOZA, J.R. Física e Instrumentación Medicas 2º edición. Ed. Masson-Salvat. 1992.

JOU, D.- LLEBOT, J.E.- PÉREZ GARCÍA, C., Física para las ciencias de la vida”. Schaum, McGraw Hill. 1986

MAC DONALD, G.S.- BURNS, D.M., “Física para las ciencias de la vida y la salud”. Fondo Educativo Interamericano, 1978.

JIMÉNEZ-VARGAS, J. Y MACARULLA, J.M. Fisicoquímica Fisiológica. Interamericana.

KANE, J.W. Y STERNHEIM, M.M. Física. Reverté.

RHOADES, R.A., TANNER G.A. Fisiología Médica. Masson-Little, Brown. GUYTON Y HALL. Tratado de Fisiología MédicaMcGraw-Hill – Interamericana STROTHER, G.K. Física Aplicada a las Ciencias de la Salud Ed. McGraw-Hill Latinoamericana. Bogotá 1981.

ARTIGAS, J.M. Y OTROS. Óptica Fisiológica Interamericana McGraw-Hill. 1995.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

Referencias

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