Guía docente de Biofísica (2611126)

Requisitos previos: Haber cursado Física, Química física, Matemática General y Estadística,

- Propiedades físico-químicas de las membranas. Difusión y transporte.
- Termodinámica estadística y sus aplicaciones en las ciencias de la vida.
- Bioenergética. Transporte de electrones. Gradiente de protones y síntesis de ATP.
- Electrofisiología. Propiedades eléctricas pasivas y activas de la membrana celular.
- Potencial de membrana. Potencial de acción. Acoplamiento eléctrico mecánico.
- Transformaciones de energía para trabajos celulares de biosíntesis, transporte y mecánico.

SABER:
· Conocer las bases estructurales y termodinámicas de la bioenergética celular y del transporte a través de membranas.
· Conocer bien los mecanismos moleculares responsables de la excitabilidad eléctrica celular y de la generación del potencial de acción.
· Conocer las bases de los abordajes experimentales utilizados en el estudio de las membranas, transporte y propiedades eléctricas.
· Adquirir una visión integrada de los sistemas de comunicación intercelular y de señalización por la matriz extracelular.
· Comprender las bases moleculares de los diferentes citoesqueletos celulares y de la motilidad celular.
SABER HACER:
· Analizar experimentalmente, o sobre datos publicados, los parámetros eléctricos celulares y los flujos iónicos y del transporte en general a través de membranas.
· Analizar experimentalmente, o sobre datos publicados, el proceso de internalización y reciclamiento de proteínas de membrana plasmática.
· Estudiar experimentalmente, o sobre datos publicados, el proceso de señalización a nivel celular de una hormona y un factor de crecimiento.

TEMARIO TEÓRICO: (1,12 ECTS/33h)

Tema 0. INTRODUCCIÓN A LA BIOFÍSICA. Definición de Biofísica. Datos históricos. Áreas de la biofísica. Aplicaciones y temas de actualidad (1 h)

UNIDAD I. BIOFÍSICA MOLECULAR

Tema 1: REVISIÓN DE CONCEPTOS DE TERMODINÁMICA CLÁSICA. Variables termodinámicas. Ecuaciones de estado. Equilibrio termodinámico. Procesos. Primer y segundo principio de la Termodinámica. Interpretación microscópica de la entropía. Otras funciones de estado. Ecuación de Gibbs-Duhem. Criterios de espontaneidad. El potencial químico. La distribución de Boltzmann. Afinidad de una reacción química. (4h T, 1h P)

Tema 2: MOLÉCULAS ANFIFÍLICAS. TERMODINÁMICA DE LA AUTOORGANIZACIÓN. Moléculas anfifílicas. Termodinámica de la autoorganización. Organización en 3D. Tensión superficial. (4h T, 1h P)

Tema 3: INTERFASES. FUNDAMENTOS FÍSICOS DEL POTENCIAL DE MEMBRANA. Interfases. La doble capa eléctrica. Modelo de Helmholtz. Capa difusa. Potenciales de superficie. Primera aproximación al potencial de membrana: el potencial de Nernst. Potenciales de Gibbs-Donnan. (4h T, 1h P)

UNIDAD II. BIOFÍSICA CELULAR

Tema 4. INTRODUCCIÓN A LA TERMODINAMICA DE PROCESOS IRREVERSIBLES EN LA REGIÓN LINEAL. Introducción teórica a la termodinámica de procesos irreversibles. Producción local de entropía y función de disipación. Ecuaciones fenomenológicas y relación de Onsager. Estabilidad de los estados estacionarios fuera del equilibrio. Ejemplo: reacciones químicas acopladas. (4h T)

Tema 5. ANÁLISIS TEÓRICO DEL TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANAS. - Introducción: Tipos de transporte. Transporte pasivo a través de membranas. Flujo y densidad de flujo. Difusión. 1ª y 2ª ley de Fick. Ósmosis y presión osmótica. Intercambio transcapilar de sustancias. Acoplamiento entre transporte y reacción química. Transporte activo primario y secundario. (4h T, 2h P)

Tema 6: PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE MEMBRANAS: TRANSPORTE DE IONES Introducción. Ecuación de Nernst-Planck. Teoría del campo constante. Ecuación GHK en sistemas complejos. Teoría de la carga fija. Circuito equivalente de una membrana biológica. Impulso nervioso. Potencial de acción. Modelo de Hodgkin-Huxley. Propagación del impulso nervioso. (4h T, 2h P)

UNIDAD III. BIOFÍSICA TEÓRICA

Tema 7. TERMODINÁMICA DE PROCESOS IRREVERSIBLES EN LA REGIÓN NO LINEAL: ORDENACIÓN EN EL TIEMPO Y EN EL ESPACIO. Procesos irreversibles alejados del equilibrio. Nociones básicas de ecuaciones diferenciales no lineales. Sistemas homogéneos. Estabilidad de los estados estacionarios. Estabilidad estructural y bifurcaciones. Ejemplos. (2h T, 2h P)

Tema 8. SISTEMAS CON DIFUSIÓN: AUTOORGANIZACIÓN ESPACIO-TEMPORAL. Sistemas con reacción-difusión. Diferenciación celular y morfogénesis. (1h T)

TEMARIO PRÁCTICO:

• Prácticas de Laboratorio (0,4 ECTS/10h)
  • Practica 0: Cuestionario de Teoría de Errores: 2 h.
  • Practicas de Laboratorio: 4 sesiones de 2,5 h
    • Práctica 1. Concentración Micelar Crítica
    • Práctica 2. Concentración Crítica de Coagulación
    • Práctica 3. Potencial eléctrico a través de membranas
    • Práctica 4. Difusión a través de membranas
    • Practica 5: Presión osmótica en una patata
• Seminarios (0,4 ECTS/2h)
  • Exposición y entrega del trabajo de investigación realizado
• Tutorías en grupos reducidos (0,4/10h)
  • Preparación de trabajos: 1 h
  • Resolución de problemas: 6 h

• Temas de biofísica. Javier Buceta Fernández y Elka Koroutcheva. Ed. UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia 2006.
• Introducción a la Termodinámica de los procesos Biológicos. D. Jou y J.E. Llebot. Ed. Labor Universitaria. 1989.
• Física Biológica. P. Nelson. Reverté. 2004.
• Intermolecular and surface forces. 3rd Edition. Israelachvili,, Academic Press, 2011.
• Biofísica: Principios Fundamentales. J. Vázquez. Ed. Eypasa. 1993
• Biofísica. Procesos de autoorganización en biología. F Montero y F. Morán. Ed. Eudema. 1992
• BIOFISICA. Vicente Cordoba, Legaz González. Editorial Síntesis. 1992.
• Introduction to Soft Matter – Revised Edition: Synthetic and Biological Self-Assembling Materials. Hamley. John Wiley & Sons. 2007

• The Physical Basis of Biochemistry; the foundations of Molecular Biophysics. Bergeton. Springer. 2000.
• Nonequilibrium Thermodynamics in Biophysics. A. Katchalsky y P.F. Curran. Harvard University Press. 1975
• Biofísica. M.K. Volkenshtein. Ed. Mir. 1985
• Biophysics. R. Glaser. Springer. 2001.

• Sociedad española de Biofísica http://www.sbe.es/
• INTERNATIONAL UNION FOR PURE AND APPLIED BIOPHYSICS. http://iupab.org/

• MD01. Lección magistral/expositiva 
• MD02. Resolución de problemas y estudio de casos prácticos 
• MD03. Prácticas de laboratorio y/o informática 
• MD05. Orientación y seguimiento de trabajos en grupo y/o individuales 
• MD07. Actividad no presencial de aprendizaje mediante el estudio de la materia, el análisis de documentos, la elaboración de memorias... 

La calificación (0 a 10 puntos) resultará de la evaluación de las diferentes partes de la asignatura de acuerdo a lo estipulado en el documento verificado del Grado en Bioquímica.

• Evaluación de los contenidos teóricos: 40%: parcial 1 (10%) y parcial 2 (30%).
• Resolución de problemas y casos prácticos: 25%: parcial 1 (10%) parcial 2 (15%).
• Evaluación de los seminarios (exposición de trabajos) y asistencia a clase: 25%. Se evaluará el trabajo realizado, conocimientos adquiridos, capacidad de comunicación, claridad de la presentación, participación activa, bibliografía utilizada, actitud crítica, asistencia, participación en clase y entrega de ejercicios…
• Evaluación de las prácticas de laboratorio: 10%. La asistencia a las clases prácticas es obligatoria. Se evaluarán mediante la valoración de un cuestionario/informe de prácticas.

IMPORTANTE: Para aplicar tales porcentajes es obligatorio superar cada uno de los bloques anteriores con al menos un 5 (sobre 10) en cada uno de ellos. Si se ha realizado la evaluación de cualquiera de las partes de la asignatura, en las Actas de la convocatoria ordinaria (junio) aparecerá la calificación correspondiente, aunque no se hayan realizado todos los exámenes parciales.

El alumnado que no haya superado la asignatura por curso (evaluación ordinaria) podrá ser evaluado mediante un examen extraordinario de acuerdo a los criterios de la Universidad de Granada con preguntas teóricas, problemas y cuestiones prácticas relativas a la materia impartida en clase y las prácticas realizadas en el laboratorio. El examen constará de preguntas de teoría/problemas (70%) relativas a la materia impartida en clase y de preguntas correspondientes a la parte práctica realizada en el laboratorio (30%).

(http://www.ugr.es/~minpet/pages/enpdf/normativaevaluacionycalificacion.pdf).

El alumnado que lo solicite y cumpla con la normativa exigida por la Universidad de Granada puede realizar un examen único en vez de la evaluación continua mencionada anteriormente. Esta evaluación consiste en:

• Una prueba escrita con preguntas de teoría/problemas relativas a la materia impartida en clase (70%)
• Una prueba escrita con preguntas correspondientes a la parte relativa a tratamiento de datos obtenidos en un laboratorio (30%).

Alumnado con necesidades específicas de apoyo educativo (NEAE)

Siguiendo las recomendaciones de la CRUE y del Secretariado de Inclusión y Diversidad de la Universidad de Granada, los sistemas de adquisición y de evaluación de competencias recogidos en esta guía docente se aplicarán conforme al principio de diseño para todas las personas, facilitando el aprendizaje y la demostración de conocimientos de acuerdo a las necesidades y la diversidad funcional del alumnado. La metodología docente y la evaluación serán adaptadas a los estudiantes con necesidades específicas de apoyo educativo (NEAE), conforme al Artículo 11 de la Normativa de Evaluación y de Calificación de los estudiantes de la Universidad de Granada, publicada en el Boletín Oficial de la Universidad de Granada nº 112, de 9 de noviembre de 2016.

Inclusión y Diversidad de la UGR

En el caso de estudiantes con discapacidad u otras necesidades específicas de apoyo educativo, el sistema de tutoría deberá adaptarse a sus necesidades, de acuerdo a las recomendaciones de la Unidad de Inclusión de la Universidad, procediendo los Departamentos y Centros a establecer las medidas adecuadas para que las tutorías se realicen en lugares accesibles. Asimismo, a petición del profesorado, se podrá solicitar apoyo a la unidad competente de la Universidad cuando se trate de adaptaciones metodológicas especiales.