Física (plan 2002) 2024-2

FACULTAD DE CIENCIAS, UNAM

BIOFISICA GENERAL

Materia optativa impartida por:

Dr. Arturo Picones Medina, Mtro. Cesar Oliver Lara Figueroa, Biol. Valeria y Fis. Luis Iván Ramírez Román

ANUNCIO DIRIGIDO A TODOS LOS ALUMNOS(AS) INTERESADOS EN CURSAR BIOFÍSICA GENERAL(INCLUIDOS LOS 16 YA INSCRITOS):

LAS CLASES DE TEORÍA SE IMPARTIRÁN LOS VIERNES DE 12 A 15 HR EN EL AULA A DEL EDIFICIO DE CIENCIAS BÁSICAS DEL INSTITUTO DE FISIOLOGÍA CELULAR, UNAM-CU.

Toda pregunta, duda o aclaración favor de dirigirla a:

arturopicones@ciencias.unam.mx y ceoliver@ciencias.unam.mx

PROGRAMA DEL CURSO

OBJETIVOS:

Al finalizar el curso, los alumnos deberán ser capaces de:

1. Identificar los fenómenos físicos subyacentes a la fenología biológica discutida en los contenidos del temario.

2. Encontrarse familiarizados con el concepto de modelo matemático, los distintos formalismos y las ecuaciones específicas analizadas dentro del temario.

3. Aplicar los fundamentos de una caracterización y análisis cuantitativos, a nivel celular y/o molecular, de un fenómeno y/o sistema biológico.

4. Entender críticamente la literatura científica publicada en el área de la Biofísica, tanto en textos generales como en artículos de investigación.

CONTENIDO TEMATICO

I. Definición(es) de Biofísica: Su aproximación conceptual al estudio y análisis de los Fenómenos y Sistemas Biológicos.

II. Introducción a la Biología Molecular. Moléculas de relevancia fundamental en Sistemas Biológicos.

III. Modelos Matemáticos en Física y Biología. Parte 1. Conceptualización y Aplicaciones.

Deducción del Método de Regresión Lineal: Un ejercicio de cuantificación y análisis de un modelo matemático con extensa aplicación en Ciencias Experimentales.

IV. Bioenergética: Termodinámica para Sistemas Biológicos.

Termodinámica Clásica y su Extensión a Sistemas Abiertos.

Conceptos y Funciones Termodinámicas Fundamentales:

Energía, Calor, Trabajo, Temperatura, Funciones de Estado: Energía Interna, Entalpía, Entropía

Las Leyes de la Termodinámica

Procesos Termodinámicos a Presión y Temperatura Constantes.

Energía Libre de Gibbs en Sistemas Biológicos.

Dos Conceptos Básicos: Estructura Disipativa e Irreversibilidad

Bioenergética y Mecánica Molecular de la ATP-Sintetasa (FoF1-ATPasa).

Análisis Energético y Fenomenología Cuántica de la Fotosíntesis.

V. Bioelectricidad.

El Fenómeno de la Difusión: Leyes de Fick.

Conceptos Básicos de Circuitos Eléctricos.

Carga Eléctrica, Campo Eléctrico, Corriente, Voltaje, Resistencia/Conductancia, Capacitancia. Ley de Ohm.

Equivalente Eléctrico de Membrana Biológica: Circuito de Resistencia-Capacitancia en Paralelo

Equilibrio Electroquímico: Ecuaciones de Nernst y Goldman

Propiedades Eléctricas Lineales/Pasivas de Membrana

Teoría Iónica de la Excitabilidad Celular.

Biofísica Molecular: Relación Estructura-Funcuón de Proteínas Formadoras de Canales Iónicos

Modelación Matemática de la Excitabilidad: Formalismo de Hodgkin-Huxley

EVALUACIÓN DE LOS ALUMNOS PARTICIPANTES

A. Dos Exámenes Conceptuales, los cuales comprenderán 50% de la calificación final:

1. Modelación Matemática en Biofísica y Bioenergética

2. Bioelectricidad

B. Prácticas de Laboratorio (Participación y entrega por escrito de reportes: 50% de la calificación final)

C. Tareas en Clase (Número abierto, para ser entregadas antes de la clase siguiente a la que se asignaron).

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

Ackerman E., Ellis L.B.M. and Williams L.E. 1979. Biophysical Science (2° Ed). Prentice Hall, NY.

Alberts B, Johnson A, Lewis J, Morgan D, Raff M, Roberts K, and Walter P. 2015. Molecular Biology of the Cell. Garland Science. 6th Ed. *

Bialek. W. 2012. Biophysics: Searching for Principles. Princeton University Press.

Borgethon P. 1998. Physical Basis of Biochemistry: Foundations of molecular biophysics. Springer Verlag.

Bogdanov K. 2000. Biology in Physics. Academic Press, San Diego.

Cambell G.S. and Norman, J.M. 1998. Environmental Biophysics Springer Verlag.

Cao, et al. 2020. Quantum Biology Revisited. Science Advances. 6(14): doi: 10.1126/sciadv.aaz4888.

Coterril Rodney M.J. 2003. Biophysics. John Wiley &Sons Ltd., England.

Halliday D, Resnick R, and Walker J. 2021. Fundamentals of Physics. John Willey & Sons Inc. 12^th Ed. *

Kargol, A. 2019. Introduction to Cellular Biophysics. Vol.1: Membrane transport mechanics. Morgan & Claypool Publishers.

Nobel PS. 2009. Physicochemical Plant Physiology. Elsevier Inc. 4^th Ed.

Purves D, Augustine GJ, Fitzpatric D, Hall WC, LaMantia A-S, Mooney RD, Platt, Ml and White LE. 2017. Neuroscience. Sinauer Associates. 6th Ed.

Stevens CF. 1995. The Six Core Theories of Modern Physics. Massachusetts Institute of Technology.

Schrödinger, E. What is Life? 1949. Cambridge University Press. 16th Printing (2006 Edition) *

(*): Textos de referencia fundamental, donde se desarrollan los conceptos generales comprendidos en este Curso de Biofísica. Se recomienda su consulta continua.

Se incluirá además la revisión crítica de artículos de investigación básica y la proyección de videos en cada tema del curso.