Biología (plan 1997) 2014-1

Primer Semestre, Física

Física en el curriculum de Biología

Actualmente la convergencia de enfoques de diferentes disciplinas académicas para describir y entender fenómenos y sistemas complejos, se ha vuelto casi imprescindible para diversas áreas, como Bionanotecnología, C. Genómicas, C. de la Tierra, Física Médica o Biofísica.
Este es un curso introductorio, ofrecido en el primer semestre, sin embargo deben irse presentando los aspectos básicos de problemas contemporáneos, los cuales se desarrollarán a profundidad en cursos posteriores.
El curso está basado en el programa aprobado para la asignatura en 1997, y apoya entre otras asignaturas posteriores al primer semestre: Biología Celular, Biología Molecular III, Biología Funcional de los Animales.

Considerando la necesidad de dar una orientación interdisciplinaria a las materias básicas de la Licenciatura, trabajamos partiendo de estas nociones centrales:

1) Los alumnos aprenderán de manera definitiva sólo aquello que les sea significativo.

2) Es muy provechoso partir para la presentación de los materiales de cada clase, de las experiencias y pre-conceptos más generalizados entre los alumnos, para modificarlos si fuese necesario a través de las propias clases.

3) El trabajo de laboratorio es indispensable.

4) Ofrecemos materiales opcionales para los alumnos que requieran adecuar su nivel de estudio, o que deseen profundizar en algún tema.

5) Es muy importante comprender textos en inglés.

I.- Electricidad

Introducción ¿Por qué es relevante el estudio de los fenómenos eléctricos en los seres vivos?.

a) Discusión sobre las propiedades excitables de los tejidos biológicos: nervioso, muscular y cardiaco. Significado informacional de las señales bioeléctricas.

¿Sólo hay fenómenos eléctricos en las células animales?

b) Instrumentación

Conceptos Básicos: Corriente-e, Resistencia, Ley de Ohm, Carga eléctrica y modelos atómicos de la materia. Iones e Isótopos. Configuraciones electrónicas. Fluorescencia y fosforescencia. Ejemplos y relevancia en sistemas biológicos.

• Algunas historias acerca de las propiedades curativas de los peces eléctricos
• ¿Puedes tú detectar la corriente eléctrica generada por un pez? ¿Cómo cambia tu percepción de la corriente eléctrica si enlazas tus manos a las de tus compañeros? ¿De qué depende su intensidad?
• ¿Y si remplazamos a los compañeros por algún otro material para hacer un modelo?
• Circuitos de Resistencias, Ley de OHM
• Polarización estática por inducción y por contacto.
• Potencial de Campo Eléctrico.
• Capacitancia eléctrica. Botellas de Leyden. Máquinas electrostáticas
• Trabajo eléctrico. Diferencia de Potencial Eléctrico y Voltaje.
• Fuentes de Voltaje. Pila voltaica, su descripción fisicoquímica. Pilas de "limón".

Correlación con los fenómenos observados a través de una membrana biológica:

a) Diferencia de Potencial a través de una membrana. Equilibrio electroquímico

b)Capacitancia de Membrana.

c) Resistencias y Conductancias Iónicas

d) Modelo eléctrico de una membrana celular. Propiedades pasivas

Laboratorio. Prácticas necesarias

1) Observación y construcción de un electroscopio sencillo. Observación y explicación de los fenómenos de polarización aparentes en distintos materiales. ¿Cómo se construyó la idea de dos cargas eléctricas diferentes?.

2) Observación y análisis de Máquinas electrostáticas y el Generador Vander Graef . Visita a museos con exhibición ad hoc. Comentar acerca de los aceleradores de partículas y su aplicación para obtener sustancias radioactivas de uso en estudios clínicos.

3) Construcción de una Botella de Leyden. Análisis de su carga y descarga

4) Pila Voltaica, oxidación y reducción de los metales. Pilas de “limón”. Electrolitos. Celdas de Combustible. Bacterias electrogénicas

5) Propiedades magnéticas de los materiales. Bacterias magnetotácticas

6) Ley de Ohm. Resistencias y condensadores. Circuitos eléctricos elementales de resistencias

7) Osciloscopio. Fundamentos. Medición de señales directas y alternas. Amplitud, Frecuencia-Periodo.

I.2 Las señales eléctricas en los organismos vivos.

Potencial de Membrana de la Célula Nerviosa. Trabajo electro-osmótico. Gradientes de concentraciones de iones. Equilibrio de Donnan, Potenciales de Nernst-Plank. Goldman-Katz
Modelo Nernst-Planck. Limitaciones

Capacitancia de membrana.

Modelo de Cable de la Membrana (R-C). Propiedades pasivas del axón

Flujos iónicos a través de la membrana. Conductancias

Potencial de Acción. Simulaciones Computacionales

Laboratorio

1) Medición de potenciales electroquímicos en una cámara de Ussing.

2) Sesión demostrativa del registro del potencial del acción en el ciático de la rana o en el corazón de un pez. Medición de la vel. de conducción; de los periodos de refractoriedad; de la curva de excitabilidad.

3 ) Fundamentos de Electrocardiografía y registro en los alumnos. Discusión sobre un conductor de volumen.

Presentación: ¿Por qué es relevante el estudio de la óptica para la biología? La luz y los organismos

• El origen del Universo. La luz y las estrellas. Los primeros átomos
• De los tactismos a la percepción visual
• Lentes delgadas. Evolución y adaptaciones visuales de algunos organismos.
• De las manchas oculares al cristalino.
• Reflexión y refracción. Adaptaciones de algunos organismos. Empleo de juegos de lentes
• Microscopios y Telescopios. Técnicas de iluminación
• Interferencia y difracción. Adaptaciones de algunos organismos
• Revisión de las teorías de la naturaleza de la luz.
• Efecto fotoeléctrico. Moléculas fotoactivas

1. Lentes simples y lentes finas.

Adaptaciones de la visión en algunos organismos. De las manchas oculares al cristalino.

Reflexión y refracción. Adaptaciones de algunos organismos. Empleo de juegos de lentes

Microscopios y Telescopios. Técnicas de iluminación

Interferencia y difracción. Adaptaciones de algunos organismos

Revisión de las teorías de la naturaleza de la luz.

Efecto fotoeléctrico. Moléculas fotoactivas

Laboratorio

1) Diseño y construcción de una cámara oscura

2) Diseño y construcción de un microscopio compuesto

Apoyo para clase

http://hp.fciencias.unam.mx/~hgg/Pez-e.pdf

http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl

http://www.visionlearning.com/en