Guía docente de la asignatura

Biofísica

Curso 2021 / 2022
Fecha última actualización: 21/06/2021
Fecha de aprobación: 21/06/2021

Grado

Grado en Física

Rama

Ciencias

Módulo

Biofísica y Geofísica

Materia

Biofísica

Curso

3

Semestre

1

Créditos

6

Tipo

Optativa

Profesorado

Teoría

  • Fernando Vereda Moratilla. Grupos: B
  • María José Gálvez Ruiz. Grupos: A
  • Stefania Nardecchia . Grupos: A

Prácticas

  • María José Gálvez Ruiz. Grupos: 1
  • Matthew Bennett Terkel . Grupos: 3
  • Stefania Nardecchia . Grupos: 2 y 4

Tutorías

Fernando Vereda Moratilla

fvereda@ugr.es
  • Jueves de 11:00 a 14:00 (Despacho 8)
  • Lunes de 11:00 a 14:00 (Despacho 8)

María José Gálvez Ruiz

mjgalvez@ugr.es
    Segundo semestre
    • Lunes de 10:00 a 13:00 (Despacho 4)
    • Miércoles de 10:00 a 13:00 (Despacho 4)
    Primer semestre
    • Martes de 9:00 a 12:00 (Despacho 4)
    • Miércoles de 11:00 a 14:00 (Despacho 4)

Stefania Nardecchia

stefania@ugr.es
  • Jueves de 9:00 a 11:00 (Despacho 36)
  • Martes de 9:00 a 11:00 (Despacho 36)
  • Miércoles de 9:00 a 11:00 (Despacho 36)

Matthew Bennett Terkel

mterkel@ugr.es
  • Martes de 10:00 a 11:30 (Sala Pif)

Prerrequisitos y/o Recomendaciones

Se recomienda haber cursado y aprobado las asignaturas de Física y Termodinámica. 

Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Grado)

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

Éstas son:

Biofísica Molecular

Biofísica Celular o supramolecular

Biofísica de los sistemas complejos

Competencias asociadas a materia/asignatura

Competencias generales

  • CG01 - Capacidad de análisis y síntesis
  • CG02 - Capacidad de organización y planificación
  • CG03 - Comunicación oral y/o escrita
  • CG06 - Resolución de problemas
  • CG07 - Trabajo en equipo
  • CG08 - Razonamiento crítico
  • CG09 - Aprendizaje autónomo
  • CG10 - Creatividad
  • CG11 - Iniciativa y espíritu emprendedor
  • CG12 - Sensibilidad hacia temas medioambientales

Competencias específicas

  • CE01 - Conocer y comprender los fenómenos y las teorías físicas más importantes.
  • CE02 - Estimar órdenes de magnitud para interpretar fenómenos diversos.
  • CE03 - Comprender y conocer los métodos matemáticos para describir los fenómenos físicos.
  • CE04 - Medir, interpretar y diseñar experiencias en el laboratorio o en el entorno
  • CE05 - Modelar fenómenos complejos, trasladando un problema físico al lenguaje matemático.
  • CE06 - Elaborar proyectos de desarrollo tecnológico y/o de iniciación a la investigación científica.
  • CE07 - Trasmitir conocimientos de forma clara tanto en ámbitos docentes como no docentes.
  • CE08 - Utilizar herramientas informáticas para resolver y modelar problemas y para presentar sus resultados.
  • CE09 - Aplicar los conocimientos matemáticos en el contexto general de la física.

Resultados de aprendizaje (Objetivos)

  • 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

Programa de contenidos teóricos y prácticos

Teórico

INTRODUCCIÓN

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.

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

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.

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.

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

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

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

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

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.

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.

 

Práctico

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.

Prácticas suplentes:

Práctica 6. Determinación de la concentración crítica de coagulación (CCC) de un sistema coloidal.

Práctica 7. Determinación de la concentración micelar crítica (CMC) de tensioactivos.

Bibliografía

Bibliografía fundamental

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.

 

Bibliografía complementaria

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

Metodología docente

  • MD01 Lección magistral/expositiva
  • MD02 Sesiones de discusión y debate
  • MD03 Resolución de problemas
  • MD04 Prácticas de laboratorio
  • MD07 Seminarios y/o exposición de trabajos
  • MD09 Análisis de fuentes y documentos

Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final)

Evaluación ordinaria

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%)

Evaluación extraordinaria

Será un único examen de toda la asignatura (teoría, prácticas y problemas).

Evaluación única final

Se contempla una evaluación única final para aquellos estudiantes que acogiéndose a la normativa vigente en la UGR la soliciten. La prueba consistirá en un examen sobre los contenidos teóricos (70%) y prácticos de la asignatura (30%).

Información adicional

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.

ESCENARIO A (ENSEÑANZA-APRENDIZAJE PRESENCIAL Y TELE-PRESENCIAL)

Horario (Según lo establecido en el POD)

Pulse el siguiente enlace para consultar lugar y horario de tutorías: http://fisicaaplicada.ugr.es/pages/profesorado

Herramientas para la atención tutorial (Indicar medios telemáticos para la atención tutorial)

En escenario semipresencial, salvo excepciones, se atenderán las tutorías por videoconferencia (Google Meet o cualquier otra herramienta proporcionada por la UGR) o correo electrónico institucional. Las tutorías individuales tendrán lugar previa petición del estudiante. El profesor podrá proponer en horario de tutorías, tutorías grupales, obligatorias u optativas, si lo estima oportuno como herramienta de retorno formativo en caso de que hubiera que impartir clases virtuales en modo asíncrono.

Medidas de adaptación de la evaluación (Instrumentos, criterios y porcentajes sobre la calificación)

  • La proporción entre clases virtuales y presenciales será la que establezca la coordinación del grado en Física. En la medida de lo posible, en las clases virtuales se concentrará la enseñanza de índole teórica, y en las presenciales se primará la impartición de problemas. En caso de que el número de estudiantes por grupo sea superior a 20, probablemente no puedan acudir todos los estudiantes a la clase presencial prevista y habría que repetirla en semanas alternas. En esta situación, el temario teórico propuesto se reducirá al menos en un 40%. Esta situación puede cambiar caso de disponer para la impartición de la asignatura un aula con cámara para poder impartir clases de forma síncrona a la mitad del grupo y presencial a la otra mitad.
  • Las clases prácticas presenciales se impartirán en el laboratorio docente de Biofísica del Departamento de Física Aplicada salvo indicación contraria por parte del servicio de prevención de riesgos laborales de la UGR y de la dirección del departamento de Física Aplicada. Cada grupo teórico se divide en dos grupos prácticos. Dadas las dimensiones y condiciones del laboratorio y considerando un número máximo de 10 estudiantes por grupo práctico, cada estudiante acudirá sólo a dos sesiones presenciales de laboratorio, ya que el aforo máximo del mismo, siguiendo las medidas de seguridad y distanciamiento social, es de 5 estudiantes y un profesor. En horario de clases prácticas y de manera síncrona se impartirá docencia práctica virtual explicando los objetivos prácticos a realizar, la metodología y funcionamiento de las diferentes técnicas, los materiales a utilizar, las normas que se deben observar en el laboratorio, el tratamiento de los datos tomados en el mismo y toda la información necesaria para que cada estudiante pueda realizar un informe de su objetivo práctico. En caso de que el número de estudiantes por grupo práctico sea superior a 10, toda la docencia práctica será virtual y se les proporcionará a los estudiantes los datos necesarios para que puedan realizar su proyecto de prácticas. En cualquiera de los casos y siguiendo la metodología empleada en la docencia práctica de esta asignatura, cada estudiante debe presentar un protocolo de actuación en el laboratorio que será supervisado y evaluado antes de acudir al laboratorio o de realizar su proyecto práctico.
  • Las clases virtuales se impartirán utilizando las plataformas Google Meet o las que dicte la UGR en su momento. Se primará la impartición síncrona, aunque las circunstancias sanitarias (enfermedad del profesor o familiar, conciliación familiar,…) podrían imponer un escenario asíncrono, en cuyo caso se grabarían las clases presenciales, que serían compartidas por Google drive  y se complementarían con actuaciones de seguimiento y retorno formativo específicas para ese fin (tutorías, tareas, entregas,…)
  • Las plataformas descritas (Prado, Google Meet, Consigna UGR, Google Drive a través de cuenta @go.ugr, correo institucional,…) son las actualmente autorizadas por la UGR. Podrían verse modificadas si las instrucciones de la UGR al respecto cambiasen durante el curso.
  • Como medida adicional, se prestaría especial atención en facilitar material docente a los estudiantes a  través de la plataforma Prado, Consigna UGR y/o Google Drive.

Se procurará la máxima presencialidad posible en función de lo que establezcan las autoridades sanitarias y la UGR y se tendrá en cuenta el plan de adaptación de la docencia del Grado.

Evaluación ordinaria

  • La evaluación de la asignatura se dividirá en 3 ítems:
  • Realización de un resumen de un artículo de investigación reseñado en el capítulo 1 y participación en clase, tanto presencial como virtual síncrona, presentando problemas realizados por cada estudiante: 10%
  • Prácticas: Protocolo experimental (diseño y metodología) y trabajo en el laboratorio: 15%
  • Prácticas: Tratamiento de los datos e informe final, incluida la presentación oral del mismo en forma de póster: 15%
  • Examen: Temas teóricos y problemas: 60%

Las pruebas, examen y presentación de las prácticas, tendrán lugar, si la situación lo permite, de forma presencial. Si no fuese posible, las pruebas se realizarían a través de la plataforma Prado Examen, Google Meet, etc. siempre siguiendo las instrucciones que dictase la UGR en su momento.

 

Evaluación extraordinaria

  • Un único examen de toda la asignatura (teoría, prácticas y problemas)

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.

El examen tendrá lugar, si la situación lo permite, de forma presencial. Si no fuese posible, se realizaría a través de la plataforma Prado Examen, Google Meet, etc. siempre siguiendo las instrucciones que dictase la UGR en su momento.

Evaluación única final

  • Se contempla una evaluación única final para aquellos estudiantes que acogiéndose a la normativa vigente en la UGR la soliciten. La prueba consistirá en un examen sobre los contenidos teóricos (70%) y prácticos de la asignatura (30%).

El examen tendrá lugar, si la situación lo permite, de forma presencial. Si no fuese posible, se realizaría a través de la plataforma Prado Examen, Google Meet, etc. siempre siguiendo las instrucciones que dictase la UGR en su momento.

ESCENARIO B (SUSPENSIÓN DE LA ACTIVIDAD PRESENCIAL)

Horario (Según lo establecido en el POD)

Pulse el siguiente enlace para consultar lugar y horario de tutorías: http://fisicaaplicada.ugr.es/pages/profesorado

Herramientas para la atención tutorial (Indicar medios telemáticos para la atención tutorial)

En escenario B, se atenderán las tutorías por videoconferencia (Googel Meet) o correo electrónico institucional. Las tutorías individuales tendrán lugar previa petición del estudiante. El profesor podrá proponer tutorías grupales, obligatorias u optativas, si lo estima oportuno como herramienta de retorno formativo en caso de que hubiera que impartir clases virtuales en modo asíncrono.

Medidas de adaptación de la evaluación (Instrumentos, criterios y porcentajes sobre la calificación)

  • Todas las clases serían virtuales. Se impartirán utilizando las plataformas Google Meet o las que dicte la UGR en su momento. Se primará la impartición síncrona, aunque las circunstancias sanitarias (enfermedad del profesor o familiar, conciliación familiar,…) podrían imponer un escenario asíncrono, en cuyo caso se grabarían las clases presenciales, que serían compartidas por Google drive  y se complementarían con actuaciones de seguimiento y retorno formativo específicas para ese fin (tutorías, tareas, entregas,…)
  • Las plataformas descritas (Prado, Prado Examen, Google Meet, Google Drive a través de cuenta @go.ugr, correo institucional,…) son las actualmente autorizadas por la UGR. Podrían verse modificadas si las instrucciones de la UGR al respecto cambiasen durante el curso.
  • Como medida adicional, se prestaría especial atención en facilitar material docente a los estudiantes a través de la plataforma Prado, Consigna UGR y/o Google Drive.

Evaluación ordinaria

  • La distribución de pruebas y tareas evaluables sería la misma que en escenario A.
  • La entrega del resumen del artículo se realizará a través de la plataforma PRADO o por correo electrónico institucional. La participación en clase, a través de la resolución de problemas previamente realizados por cada estudiante, se hará en las clases virtuales o presentándolos a través de la plataforma PRADO o por correo electrónico institucional. La entrega de prácticas, protocolos y metodología, así como el tratamiento de datos, previamente suministrados por los profesores, e informe final se realizarán a través de la plataforma Prado o correo electrónico institucional, siempre siguiendo las instrucciones que dictase la UGR en su momento.
  • El examen se realizará a través de la plataforma Prado Examen.

Evaluación extraordinaria

Un único examen de toda la asignatura (teoría, prácticas y problemas). El examen se realizará a través de la plataforma Prado Examen.

Evaluación única final

Se contempla una evaluación única final para aquellos estudiantes que acogiéndose a la normativa vigente en la UGR la soliciten. La prueba consistirá en un examen sobre los contenidos teóricos (70%) y prácticos de la asignatura (30%). El examen se realizará a través de la plataforma Prado Examen.