Guía docente de Biofísica (26711G2)

Se recomienda haber cursado y aprobado la materia Física de formación básica y Termodinámica. En el caso de utilizar herramientas de IA para el desarrollo de la asignatura, el estudiante debe adoptar un uso ético y responsable de las mismas. Se deben seguir las recomendaciones contenidas en el documento de "Recomendaciones para el uso de la inteligencia artificial en la UGR" publicado en esta ubicación: https://ceprud.ugr.es/formacion-tic/inteligencia-artificial/recomendaciones-ia#contenido0

Los contenidos de la materia de Biofísica se dividen en dos partes, de acuerdo con diferentes niveles de estructuración de un sistema biológico y de acuerdo con la fenomenología que se pretenda estudiar.

Éstas son:

• Biofísica Celular o supramolecular
• Biofísica de los sistemas complejos

• Conocer las características específicas de los sistemas biológicos que los diferencian de los sistemas sin vida.
• Conocer los diferentes niveles de estructuración de un sistema biológico.
• Conocer los principales problemas planteados sobre el comportamiento de los sistemas biológicos.
• Conocer investigaciones actuales en el ámbito de la Biofísica
• Conocer la descripción de sistemas en situaciones de no-equilibrio
• Conocer las bases de la Física lineal y no-lineal
• Aprender a plantear investigaciones en Biofísica
• Aprender a aplicar los métodos de la Física para el estudio de sistemas complejos
• Conocer planteamientos interdisciplinares

INTRODUCCIÓN

TEMA 1.INTRODUCCIÓN. Introducción a la Biofísica. Características de los sistemas biológicos. Métodos de análisis de los biosistemas a diferentes niveles de estructuración: Biofísica molecular, celular y de los sistemas complejos. Investigaciones recientes en Biofísica. Programa teórico y práctico de la asignatura. Metodología docente. Bibliografía

BIOFÍSICA DE LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS COMPLEJOS. Comportamiento de sistemas biológicos. Teoría no lineal

TEMA 2. INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA DE LOS PROCESOS IRREVERSIBLES. Generalización del Segundo Principio de la Termodinámica para sistemas abiertos. Función de disipación. Relaciones lineales entre flujos y fuerzas termodinámicos conjugados. Intervalo de validez de la Termodinámica Lineal. Propiedades de los coeficientes fenomenológicos. Las relaciones de Onsager. Teorema de mínima producción de entropía. Estabilidad de los estados estacionarios en las proximidades del equilibrio. Criterio de estabilidad. Procesos muy alejados del equilibrio. Criterio de evolución. Problemas. Bibliografía

TEMA 3. ORDENACIÓN EN EL TIEMPO: PROCESOS IRREVERSIBLES ALEJADOS DEL EQUILIBRIO. Procesos cinéticos considerados como ecuaciones diferenciales. Soluciones estacionarias. Modelo de Lotka-Volterra. Estabilidad de las soluciones estacionarias: Método de las perturbaciones. Trayectorias: soluciones de los sistemas de ecuaciones diferenciales. Tipos de estabilidad. Análisis de la estabilidad en el modelo de Lotka-Volterra. Ordenación en el tiempo: relojes biológicos. Estabilidad estructural y bifurcaciones. Modelo de Brusselator. Clasificación de los diferentes tipos de comportamiento dinámico. Problemas. Bibliografía

TEMA 4.ORDENACIÓN EN EL ESPACIO: SISTEMAS CON DIFUSIÓN. Autoorganización espacio-temporal. Ecuaciones de reacción-difusión. Soluciones de estas ecuaciones. Ejemplos. Problemas. Bibliografía

TEMA 5. CAOS EN SISTEMAS BIOLÓGICOS. Introducción. Atractores. Atractores extraños o caóticos. Definición y propiedades del caos. Ubicuidad: caos en sistemas biológicos. Universalidad: Rutas hacia el caos. Estructura fractal. Fractales. Propiedades de los fractales: Dimensión fractal. Reflexiones sobre el caos en sistemas biológicos. Bibliografía.

BIOFÍSICA CELULAR. Fenómenos de transporte y de membrana

TEMA 6. BIOFÍSICA DEL POTENCIAL DE MEMBRANA. Introducción. Primera aproximación al potencial de membrana: potencial de Nernst. Potenciales de Gibbs-Donnan. Potenciales superficiales. Problemas. Bibliografía

TEMA 7. ANÁLISIS BIOFÍSICO DEL TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANAS: TRANSPORTE PASIVO. Ecuación de Nernst-Planck. Teoría del campo constante. Ecuación GHK en sistemas complejos. Teoría de la carga fija. Transmisión del potencial de acción. Análisis del transporte mediante TPI. Fenómenos electrocinéticos. Problemas. Bibliografía.

TEMA 8. TRANSPORTE FACILITADO. CANALES IÓNICOS. TRANSPORTADORES. Introducción. Características del transporte facilitado mediante transportadores y canales iónicos. Modelo de transporte de oxígeno mediante hemoglobina basado en la Termodinámica de los procesos irreversibles. Problemas. Bibliografía.

TEMA 9. TRANSPORTE ACTIVO: EFECTO DE REACCIONES QUÍMICAS SOBRE LOS PROCESOS DE TRANSPORTE. Reacciones químicas y gradientes de concentración en estado estacionario. Descripción fenomenológica del transporte activo. La bomba sodio-potasio. Fosforilación oxidativa. Problemas. Bibliografía

Prácticas de Laboratorio:

Práctica 1. Determinación del coeficiente de difusión de sales comunes en los sistemas biológicos.

Práctica 2. Determinación del potencial de Nernst para el ión K+ y su aplicación en el estudio de Biomembranas.

Práctica 3. Determinación de los números de transporte de los iones Cl- y Na+ : implicaciones en los fenómenos de transporte en biomembranas.

Práctica 4. Estudio de un fenómeno de auto-organización: Dinámica de la reacción de Belousov-Zhabotinsky. Determinación del periodo de oscilación y análisis del comportamiento disipativo no-lineal.

Práctica 5. Estudio de un fenómeno de auto-organización: Dinámica de la reacción Briggs-Rauscher. Determinación del periodo de oscilación y análisis del comportamiento disipativo no-lineal.

BIBLIOGRAFÍA FUNDAMENTAL:

DIVULGACIÓN

Coveney, P., Highfield, R. La flecha del tiempo, Ed. Orbis. 1993.

Heisemberg, W. La imagen de la naturaleza en la física actual, Ed. Orbis. 1985.

Prigogine, I. Las leyes del caos, Ed. Crítica, Grakontos. 1997.

Schrödinger, E. ¿Qué es la vida?, Ed. Orbis. 1984.

Waddington, C.H. Hacia una biología teórica, Alianza Editorial. 1976.

BIOFÍSICA GENERAL

Jou, D. Llebot, J.E. Introducción a la termodinámica de los procesos biológicos, Ed. Labor Universitaria. 1989.

Laskowski, W., Pohlit, W. Biofísica, Ed. Omega. 1976.

Van Holde K.E., Bioquímica Física, Ed. Alhambra, Col. Exedra, Madrid, 1979.

Vazquez, J. Biofísica: Principios fundamentales, EYPASA. 1993.

Vicente Córdoba, C., Legaz González, M.E. Biofísica, Ed. Síntesis. 1992.

Volkenshtein, M.K. Biofísica, Ed. Mir. 1985.

TEMODINÁMICA DE LOS PROCESOS IRREVERSIBLES

Katchalsky, A., Curran, P.I. Nonequilibrium Thermodynamics in Biophysics. Harvard University Press, England, 1975.

Montero, F. Morán, F. Biofísica. Procesos de autoorganización en Biología. Eudema Universidad, S.A., Madrid, 1992.

Prigogine, I. Introduction to Thermodynamics of Irreversible Processes, Interscience Publishers, N.Y., 1967.

BIOFÍSICA MOLECULAR

Horta Zubiaga, A. Macromoléculas, Ed. UNED, Madrid, 1991.

• Artículos de investigación incluidos en el capítulo 1 actualizados cada curso.

https://www.biofisika.org/en

https://www.ub.edu/portal/web/fisica-es/masteres-universitarios/-/ensenyament/detallEnsenyament/10195206

http://sbe.es/index.php

http://www.biophysics.org/

http://www.cell.com/biophysj/

http://biophysics.berkeley.edu/

• MD01. Lección magistral/expositiva 

Sistema de evaluación de la Adquisición de las Competencias:

• Prueba escrita sobre los contenidos de la asignatura (60%)
• Resumen de un artículo de investigación (10%)
• Realización de las prácticas: diseño, metodología y trabajo en el laboratorio (15%)
• Presentación de los resultados obtenidos: informe y presentación oral de un póster (15%)

Los estudiantes que resuelvan los problemas propuestos y los presenten en clase tendrán como máximo un punto extra en la calificación del examen.

Para aprobar la asignatura es necesario obtener una calificación de al menos 5 tanto en la prueba escrita como en las prácticas

Evaluación por incidencias:

Podrán solicitar evaluación por incidencias, los estudiantes que no puedan concurrir a las pruebas finales de evaluación (ordinaria, extraordinaria y única final) por alguna de las circunstancias recogidas en el artículo 9 de la Normativa de evaluación y de calificación de los estudiantes de la Universidad de Granada, siguiendo el procedimiento indicado en dicha normativa.

Será un único examen de toda la asignatura (la prueba será escrita sobre los contenidos de teoría y problemas (70%) y los contenidos de prácticas (30%) de la asignatura).

Evaluación única final:
De acuerdo con la Normativa de Evaluación y de Calificación de los Estudiantes de la UGR, se contempla la realización de una evaluación única final a la que podrán acogerse aquellos estudiantes que no puedan cumplir con el método de evaluación continua por algunos de los motivos recogidos en el Artículo 8.
Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura, en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad, o más tarde si hay causa sobrevenida, lo solicitará a través de la sede electrónica, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.

La prueba (escrita) consistirá en un examen único sobre los contenidos teóricos (70%) y prácticos de la asignatura (30%) de la asignatura.

Alumnos con necesidades específicas de apoyo educativo (NEAE):
Siguiendo las recomendaciones de la CRUE y del Secretariado de Inclusión y Diversidad de la UGR, 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 al alumnado con NEAE, conforme al Artículo 11 de la Normativa de Evaluación y de Calificación de estudiantes de la UGR, publicada en el Boletín Oficial de la UGR nº 112, de 9 de noviembre de 2016.

Inclusión y Diversidad de la UGR:
En el caso de estudiantes con discapacidad u otras NEAE, el sistema de tutoría se adaptará a sus necesidades, de acuerdo a las recomendaciones de la Unidad de Inclusión de la UGR, 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.

Prácticas de laboratorio:
El estudiante recibirá, al inicio del curso, información sobre las Normas de Seguridad y del correcto desarrollo de las prácticas. El documento estará disponible en la plataforma PRADO de la asignatura. Este documento es de obligada lectura y aplicación durante el desarrollo de las prácticas, el no cumplimiento del mismo por parte del estudiante exime de cualquier responsabilidad al profesor que imparte las prácticas y al departamento donde se desarrollen las mismas.

Información de interés para estudiantado con discapacidad y/o Necesidades Específicas de Apoyo Educativo (NEAE): Gestión de servicios y apoyos (https://ve.ugr.es/servicios/atencion-social/estudiantes-con-discapacidad).