
Introducció a la Biofísica
Codi: 100165Crèdits: 5
| Titulació | Tipus | Curs |
|---|---|---|
| Física | OP | 3 |
Professor/a de contacte
- Nom :
- Daniel Campos Moreno
- Correu electrònic :
- daniel.campos@uab.cat
Equip docent
- Juan Camacho Castro
Idiomes dels grups
Podeu consultar aquesta informació al final del document.
Prerequisits
És recomanable tenir coneixements bàsics de química i biologia (bàsics) a nivell de Batxillerat.
Els camps físics més emprats són termodinàmica, elasticitat, mecànica estadística i electromagnetisme. Per tant, convé haver treballat tots aquests camps en les assignatures prèvies del Grau, i en particular és molt recomanable haver cursat les assignatures de Electromagnetisme i Estructura de la Matèria i Termodinàmica. Pel que fa a la mecànica estadística es pot fer l'assignatura en paral·lel a la de Termodinàmica i Mecànica Estadística, ja que els aspectes pràctics que es treballen en aquesta assignatura complementen el formalisme teòric de la TerMec.
Objectius
Aquesta assignatura pretén oferir una introducció relativament panoràmica, però no exhaustiva, de la biofísica. L'objectiu principal és que els estudiants de física tinguin un primer contacte amb l'anàlisi física de problemes que cauen a la frontera amb la biologia (i, en ocasions, la bioquímica), i que siguin conscients de l'enorme riquesa de problemes que la biologia planteja i en els quals els instruments i marcs conceptuals de la física resulten de gran utilitat. Alhora, pretén formular algunes idees bàsiques que resultin útils per a l'estudi posterior d'assignatures relacionades amb la biologia, la biotecnologia, la bioinformàtica o els sistemes complexos.
Resultats d'aprenentatge
- Comunicar eficaçment informació complexa de manera clara i concisa, ja sigui oralment, per escrit o mitjançant TIC, i en presència de públic, tant a públics especialitzats com generals.
- Raonar críticament, tenir capacitat analítica, usar correctament el llenguatge tècnic i elaborar arguments lògics.
- Establir els aspectes físics bàsics de proteïnes i àcids nucleics.
- Descriure els passos bàsics de la síntesi de proteïnes i el codi genètic.
- Establir els conceptes bàsics de física de membranes, transport actiu i passiu i aplicar-los al potencial d'acció en el sistema nerviós.
- Descriure les idees bàsiques d'aprenentatge en xarxes neuronals i les principals característiques morfològiques i funcionals del cervell.
- Descriure les principals tècniques bàsiques de la física mèdica.
- Distingir els camps d'aplicació dels diferents tipus de microscopis (òptic, electrònic, d'efecte túnel o de força atòmica).
- Descriure els fonaments d'algunes tècniques d'imatge mèdica (RMN, TEP, tomografia).
- Descriure els fonaments de radiació de sincrotró i la seva aplicació a l'estructura de proteïnes.
- Aplicar correctament les equacions de transport passiu i actiu a la propagació de senyals nerviosos en membranes excitables.
- Calcular el potencial de Nernst en sistemes físics i biològics.
- Treballar en problemes de dosimetria de radiació ionitzant i els seus efectes biològics per formar-se posteriorment en física mèdica.
- Descriure els principals problemes oberts en biofísica (plegament de proteïnes, seqüenciació física de l'ADN, bases físiques del codi genètic i epigenètic, motors moleculars, xarxes neuronals).
- Conèixer les bases de tècniques d'observació biomèdica (electrocardiografia, electroencefalografia i magnetoencefalografia).
- Aplicar el model del cable elèctric a la descripció de la forma i velocitat del potencial d'acció en membranes excitables.
- Modelitzar processos biològics diversos (creixement de tumors, ones d'excitació cardíaca, aprenentatge en xarxes neuronals, sistema immunitari').
- Treballar autònomament, tenir iniciativa pròpia, ser capaç d'organitzar-se per assolir uns resultats i planejar i executar un projecte.
- Identificar situacions que necessiten un canvi o millora.
- Identificar les implicacions socials, econòmiques i mediambientals de les activitats academicoprofessionals de l'àmbit de coneixement propi.
- Explicar el codi deontològic, explícit o implícit, de l'àmbit de coneixement propi.
Continguts
Programa
LLIÇÓ 1: “L’’origen de la vida està fortament condicionat per les interaccions fonamentals de la física i l’efecte del soroll tèrmic”
LLIÇÓ 2: “El camí de partida de la vida va sorgir en base als recursos materials i energètics disponibles a la Terra primigènia”
LLIÇÓ 3: “El camí evolutiu de la vida s’ha anat reconstruint des de finals del segle XIX en base als avanços de la física I la química”
LLIÇÓ 4: “El paradigma funció i estructura de la bioquímica ve determinat per les propietats electromecàniques de les biomolècules”
LLIÇÓ 5: “La informació és la magnitud que necessitem per entendre els sistemes vius des d’una perspectiva física”
LLIÇÓ 6: “La vida vs la segona llei de la termodinàmica (I): homeòstasi”
LLIÇÓ 7: “La vida vs la segona llei de la termodinàmica (II): l’estructura de les macromolècules”
LLIÇÓ 8: “La vida vs la segona llei de la termodinàmica (III): la formació de les cèl·lules”
LLIÇÓ 9: “La vida vs la segona llei de la termodinàmica (IV): les funcions cel·lulars”
LLIÇÓ 10: “La biologia, igual que la física, es recolza en models mínims per a entendre la base de fenòmens complexos”
LLIÇÓ 11: “Les lleis al·lomètriques representen una eina d’interpretació física dels processos biològics”
LLIÇÓ 12: “Les lleis de la física com a limitants del procés evolutiu (I): els sistemes metabòlics”
LLIÇÓ 13: “Les lleis de la física com a limitants del procés evolutiu (II): els sistemes cognitius”
LLIÇÓ 14: “Les lleis de la física com a limitants del procés evolutiu (III): els sistemes locomotors”
LLIÇÓ 15: “Les lleis de la física com a limitants del procés evolutiu (IV): les interaccions biològiques”
Activitats formatives i Metodologia
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Classes teòriques | 27 | 1,08 | 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 15 |
| Estudi | 53 | 2,12 | 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 14, 15 |
| Classes de problemes | 14 | 0,56 | 11, 12, 16, 17 |
| Tutories | 5 | 0,2 | 17 |
| Preparació d'entregues i dels problemes de classe | 18 | 0,72 | 12, 13, 14, 16, 17 |
Mapa de continguts de l'assignatura: Iniciem la presentació amb recordatori breu de les macromolècules biològiques essencials, i concentrem l'atenció en proteïnes i DNA (constituents, estructura, plegament, propietats mecàniques i electriques); a continuació, passem a estudiar alguns aspectes particulars de les molècules, especialment els motors moleculars i bombes moleculars; a nivell cel·lular, inrtoduïm idees bàsiques del metabolisme, i de la mecromecànica i microfluísica; dediquem una atenció especial al sistema nerviós (física de les neurones, xarxes neuronals , i cervell). Acabem tot considerant algunes idees bàsiques de l'evolució i el paper que juga la física en la seva comprensió, en especial pel que fa a les solucions que l'evolució ha trobat per tal de véncer les dificultats físiques que el medi terrestre imposa a l'hora de moure's d'un lloc a uns altres o per aconseguir fonts d'energia.
Les classes de teoria utilitzaran parcialment una metodologia d'aula invertida en la qual cada setmana es passarà materials previs (lectures en pdf o presentacions en vídeo) de la temàtica que després es tractarà a classe, i es plantejaran algunes qüestions tipus test per fer-ne un seguiment de l'activitat. Aquests material i lectures, a més, serviran com a base per a escollir el treball de l'assignatura, que tindrà un format doble (escrit i video).
Al final de cada tema també es plantejaran exercicis/problemes opcionals que serviran per a l'estudiant per anar comprvant si ha assolit correctament els continguts del tema.
A les classes de problemes es discutiran en grup i es resoldran els problemes de la llista de l'assignatura.
Es destinaran 15 minuts de la última classe del curs a permetre que els estudiants puguin contestar les enquestes institucionals de l'assignatura.
Avaluació
Activitats d'avaluació continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| 2n parcial | 40/100 | 2 | 0,08 | 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 |
| Part 1 del projecte: Resum escrit | 10/100 | 1 | 0,04 | 1, 2, 14, 18 |
| 1r parcial | 35/100 | 2 | 0,08 | 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 |
| Part 2 del projecte: Infografia i presentació | 10/100 | 2 | 0,08 | 1, 2, 18, 20, 21 |
| Qüestionaris sobre les lectures prèvies | 5/100 | 1 | 0,04 | 1, 2, 18, 19, 20, 21 |
Primer parcial: Tindrà un pes del 35% sobre la nota final.
Segon parcial: Tindrà un pes del 40% sobre la nota final.
Qüestionaris sobre les lectures prèvies: Cada material previ a les sessions de classe anirà acompanyat d'un qüestionari test que s'haurà de contestar (abans de la classe) per comprovar que s'ha completat l'activitat. La compleció de tots aquests qüestionaris suposarà un 5% de la nota final.
Treball: A partir dels materials de les lectures prèvies cada estudiant escollirà un tema relacionat amb l'assignatura. Primer haurà de presentar un treball escrit sobre aquell tema (que comptarà un 10% sobre la notal final), i una vegada feta la correcció del treball haurà de preparar en base a ella una infografia i una presentació oral. Aquesta segona part tindrà igualment un pes del 10% sobre la nota final i servirà per avaluar les competències relacionades amb la capacitat de síntesi i de comunicació de l'estudiant (els estudiants disposaran d'accés a equips i espais per a poder realitzar aquesta presentació).
Per a aquesta assignatura, es permet l'ús de tecnologies d'Intel·ligència Artificial (IA) únicament en l'activitat avaluativa del "Treball", i exclusivament per la cerca bibliogràfica o d’informació i/o la correcció de textos. L'estudiant haurà d'identificar clarament quines parts han estat generades amb aquesta tecnologia, especificar les eines emprades i incloure una reflexió crítica sobre com aquestes han influït en el procés i el resultat final de l’activitat. La no transparència de l’ús de la IA en aquesta activitat avaluable es considerarà falta d'honestedat acadèmica i pot comportar una penalització parcial o total en la nota de l'activitat, o sancions majors en casos de gravetat.
Per poder aprovar el curs es demanarà haver obtingut una nota mínima de 3,5 a cadascun dels parcials.
Aquells alumnes que s'hagin presentat als exàmens parcials però no assoleixin la nota de 3,5 (o bé no arribin a un mínim de 5 en la nota global) tindran l'opció de presentar-se a una prova de síntesi final.
Els qüestionaris i treballs de l'assignatura es consideren com a activitats d'avaluació no recuperables.
AVALUACIÓ ÚNICA:
L'alumnat que decideixi acollir-se a l'opció d'Avaluació Única haurà de presentar-se a un examen final que equivaldrà als continguts dels dos parcials (i que tindrà un pes del 80% sobre la nota final), i també haurà d'entregar els dos treballs conjuntament (que tindran un pes del 20% sobre la nota final). Donat que estan dissenyats específicament per a un procés d'avaluació continuada, els qüestionaris no es consideraran com a activitat d'avaluació en aquest cas,
Per aprovar l'assignatura caldrà obtenir una nota mínima de 3,5 a l'examen final i una nota global mitjana igual o superior a 5. En cas contrari existirà l'opció de presentar-se a un examen de recuperació (els treballs es consideren com a provés d'avaluació no recuperables).
Bibliografia
Textos de referència
P. Nelson, Física biológica, Ed. Reverté, Barcelona, 2005 (disponible online a través de la biblioteca UAB)
F. Cleri. The physics of Living Systems. Springer-Verlag, 2016 (disponible online a través de la biblioteca UAB)
R. Phillips, J. Kondev, J. Theriot, H. G. García, Physical biology of the cell, (Garland Science, 2013)
J. Kuriyan, B. Konforti and D. Wemmer. The molecules of life (Garland Science, 2013)
Introduccions senzilles a la física per a biòlegs
F. Cussó, C. López and R. Villar, Física de los procesos biológicos, Ariel, Barcelona,
2004
D. Jou, J. E. Llebot i C. Pérez-García, Física para las ciencias de la vida, Mc Graw
Hill, Madrid, 1994
T.M. Nordlund. Quantitative understanding of biosystems. (CRC Press, 2011)
M. Ortuño, Física para biología, medicina, veterinaria y farmacia, Crítica, Barcelona,
1996
J. W. Kane i M. M. Sternheim, Física para las ciencias de la vida, Reverté, Barcelona,
1987
B. B. Benedek and F.M.H. Villars, Physics, with illustrative examples from biology (3
vols), Addison-Wesley, 1979
Textos de biofísica avançats o complementaris
T. F. Weiss, Cellular biophysics (2 vols), Bradford Books, MIT Press, Cambridge, 1996
R.K. Hobbie, Intermediate physics for medicine and biology. Wiley, 1978
W. Bialek. Biophysics: Searching for principles. Princeton Univ. Press, 2012
C. Blomberg. Physics of life. Elsevier, 2007
R. Cotterill. Biophysics. An introduction. John Wiley & Sons, 2002
J.L. Nadeau. Introduction to Experimental Biophysics. CRC PRess, 2018
D. Johnston and S.M.-S. Wu. Foundations of cellular neurophysiology. MIT Press, 1995
R. Parthasaraty. So Simple a Beginning. Princeton Univ. Pressm, 2022
M. Ashrafuzzaman. Introduction to Modern Biophysics. CRC Press, 2024
Programari
En aquesta assignatura no s'utilitza cap programari específic a classe.
Sí que caldrà utlitzar programes de grabació i edició de vídeo (OBS, Shotcut,...) per poder realitzar el treball de presentació en vídeo.
Grups i idiomes de l'assignatura
La informació proporcionada és provisional fins al 30 de novembre. A partir d'aquesta data, podreu consultar l'idioma de cada grup a través d'aquest enllaç. Per accedir a la informació, caldrà introduir el CODI de l'assignatura
| Tipus de docència | Grup | Idioma | Semestre | Torn |
|---|---|---|---|---|
| (TE) Teoria | 1 | Català | primer quadrimestre | matí-mixt |
| (PAUL) Pràctiques d'aula | 1 | Català | primer quadrimestre | matí-mixt |