Pla docent de l'assignatura

 

 
Tanca imatge de maquetació

 

Imprimeix

 

Dades generals

 

Nom de l'assignatura: Biofísica

Codi de l'assignatura: 360615

Curs acadèmic: 2023-2024

Coordinació: Jaume Casademunt Viader

Departament: Departament de Física de la Matèria Condensada

Crèdits: 6

Programa únic: S

 

 

Hores estimades de dedicació

Hores totals 150

 

Activitats presencials i/o no presencials

52
 

-  Teoria

Presencial

  

39
 

-  Teoricopràctica

Presencial

  

13

Treball tutelat/dirigit

8

Aprenentatge autònom

90

 

 

Recomanacions

 


Requisits

360570 - Càlcul de Diverses Variables (Recomanada)

360564 - Fonaments d'Ones, Fluids i Termodinàmica (Recomanada)

360563 - Fonaments de Mecànica (Recomanada)

360580 - Física Estadística (Recomanada)

360569 - Càlcul d'una Variable (Recomanada)

360571 - Equacions Diferencials i Càlcul Vectorial (Recomanada)

360574 - Termodinàmica (Recomanada)

360575 - Electromagnetisme (Recomanada)

 

 

Competències / Resultats d'aprenentatge que es desenvolupen

 

   -

Cultura general en física: estar familiaritzat amb els camps més importants de la física.

(La qualificació atorgada a aquesta competència específica és l’obtinguda per a la qualificació final de l’avaluació de l’aprenentatge de l’assignatura.)
   -

Familiaritat amb les fronteres de la investigació i els descobriments nous: tenir un coneixement actualitzat sobre algunes de les especialitats de la física.

Objectius d'aprenentatge

 

Referits a coneixements

Comprendre els aspectes físics més rellevants dels sistemes biològics relacionats principalment amb la cèl·lula i les biomolècules. Aplicar de manera pràctica els fonaments de física implicats en els fenòmens biològics (per exemple, moviment brownià, difusió, fricció, dissipaciói, energia lliure, forces entròpiques). Desenvolupar aplicacions variades en els contextos de motors moleculars, membranes biològiques, citoesquelet, motilitat cel·lular, activitat neuronal, entre d’altres.

 

Combinar conceptes de diverses disciplines de la física en els àmbits de física estadística, termodinàmica, electrostàtica, i mecànica de fluids, en la resolució de problemes específics en l’àmbit dels sistemes biològics.

 

 

Blocs temàtics

 

1. Introducció a la biofísica

*  Es motiva l’estudi de la biofísica moderna des de la perspectiva del físic. Així mateix es descriuen les estructures cel·lulars bàsiques així com els blocs fonamentals de la matèria biològica.

1.1. Física i biologia. Autoorganització i informació. Perspectiva evolutiva

1.2. Anàlisi d’escala en sistemes biològics

1.3. Components i organització de la matèria biològica

1.4. Àcids nucleics i proteïnes. Dogma central de la biologia molecular

2. Forces i energies

*  Es descriuen i comparen les diferents forces i interaccions físiques en el context de la biologia cel·lular, i especialment les d’origen entròpic.

2.1. Consideracions generals sobre forces i energies

2.2. Interaccions electrolítiques. Longitud de Bjerrum

2.3. Equació de Poisson-Boltzmann. Longitud de Debye

2.4. Ponts d’hidrogen. Hidrofobicitat

2.5. Forces entròpiques. Pressió osmòtica. Forces de depleció

3. Transport difusiu i camins aleatoris

*  Es descriuen el moviment i el transport difusius des de diferents perspectives, macroscòpica i microscòpica, i l’aplicació dels conceptes de camins aleatoris en la descripció de proteïnes flexibles.

3.1. Equació de difusió

3.2. Moviment brownià. Relació d’Einstein. Equació de Langevin

3.3. Caminants aleatoris i polímers

3.4. Permeació i captura de molècules

4. Fluxos viscosos i forces de fricció

*  Es presenten nocions bàsiques d’hidrodinàmica rellevants per a l’estudi de sistemes biològics, amb aplicacions diverses. Es fa especial èmfasi en la física a nombres de Reynolds baixos i les seves implicacions en la propulsió cel·lular.

4.1. Equació de Navier-Stokes i nombre de Reynolds. Flux de Stokes

4.2. Fluids ideals i fluids viscosos. Flux de Poiseuille. Sistema cardiovascular

4.3. El món a baix nombre de Reynolds. Micronedadors

4.4. Cilis i flagels

5. Forces químiques

*  Es presenten nocions bàsiques de química rellevants en el context biològic, amb especial èmfasi en el concepte de potencial químic i en el control de la cinètica de reaccions químiques mitjançant enzims i forces mecàniques

5.1. Potencial químic i equilibri

5.2. Llei d’acció de masses. Equacions cinètiques

5.3. Càrrega molecular i pH

5.4. Cinètica de Michaelis-Menten

5.5. Sistemes de dos estats. Cinètica química en presència de forces mecàniques

6. Enzims, motors i dispositius moleulars

*  Es descriuen els diferents tipus de motors i dispositius moleculars, amb especial èmfasi en el concepte de potencial electroquímic i en el transport d’ions a través de la membrana, amb aplicació a l’impuls nerviós. S’introdueixen models físics senzills de motors moleculars.

6.1. Classificació de dispositius i màquines. Trinquet de polarització i translocació

6.2. Màquines en membranes. Potencial electroquímic. Potencial de Nernst

6.3. Bombes iòniques

6.4. Introducció a l’impuls nerviós

6.5. Models senzills i caracterització de proteïnes motores

 

 

Metodologia i activitats formatives

 

S’utilitzen els mètodes matemàtics habituals de la física estadística, la termodinàmica, la mecànica i l’electromagnetisme. S’inclouen parts descriptives amb les nocions bàsiques de biologia necessàries per a seguir el curs. En les classes presencials s’utilitzen mètodes audiovisuals com a complement gràfic d’imatges i vídeo.

 

 

Avaluació acreditativa dels aprenentatges

 

  • Avaluació acreditativa (oral i/o escrita) a través d’assistència a classe, d’exercicis i/o treballs a entregar i de proves escrites al llarg del curs. La qualificació de les proves presencials escrites pesarà un 25%. La resta de qualificacions d’activitats incloent entregues d’exercicis i treballs pesarà un altre 15%.
  • Prova final (examen final escrit): 60 %.



Reavaluació

Igual que l’avaluació única.

 

Avaluació única

Examen escrit i/o oral: 100 %.