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Academic Year/course: 2020/21

447 - Degree in Physics

26909 - Biology


Syllabus Information

Academic Year:
2020/21
Subject:
26909 - Biology
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
447 - Degree in Physics
ECTS:
6.0
Year:
1
Semester:
Second semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The subject and its expected results respond to the following approaches and objectives:

The course will begin with an introduction on the origin, organization and classification of living beings, focusing on unicellular organisms.

Next there will be a section on biomolecules, dedicated to the structure and function of proteins, carbohydrates, lipids and nucleic acids.

Later we will approach the cellular structure, differentiating eukaryotic cells from prokaryotic cells, and commenting on the main cellular functions, as well as the organelles and structures involved: cellular membranes, endoplasmic reticulum, Golgi, nucleus and cytoskeleton.

We will continue with cellular metabolism, giving some general notions of bioenergetics and metabolic pathways and then moving on to a more detailed study of mitochondria, chloroplasts and peroxisomes.

We will continue with a section dedicated to the transmission of genetic information: DNA, RNA, proteins, cell cycle, etc.

The general objective of this course will be for students to acquire essential knowledge about the functioning of living organisms at the cellular level.

The concrete objectives will be:

O1. To know the origin, evolution and general classification of living beings.

O2. To know the main types of biomolecules that constitute living beings.

O3. Know the types of cells and their main characteristics.

O4. Know the cellular structure and organization.

O5. Know how the cell obtains energy and how it uses it.

O6. Know how genetic information is transmitted and how it is expressed.

O7. To know the importance of Physics in relation to biological systems and their application in research, generation and application of new knowledge based on the interdisciplinary nature of different areas of knowledge

1.2. Context and importance of this course in the degree

This course is part of the BASIC module of the Physics degree and, together with Geology, constitutes the optional block in this module.

1.3. Recommendations to take this course

Continuous work on the contents of the subject is recommended, consulting the recommended bibliography and resolving possible doubts with the teachers, during the development of the classes, through the use of tutorials, through the ADD or through e-mail.

2. Learning goals

2.1. Competences

On passing the subject, the student will be more competent to...

Develop work habits in a laboratory with biological material

Master the basic terminology of biology and correctly express biological concepts and principles

Understand the general, structural, and functional principles shared by living beings

To know the structure and functions of the organelles of a eukaryotic cell

Acquire an integrated overview of cell functioning and relate the activity of the different cell compartments

To become familiar with some basic instrumental techniques of biology, in particular, to interpret results obtained by optical microscopy

Understand the biological basis on which the application and extension of biology to various fields is based

To know some current lines of development of Biology in relation to Physics

Understand the relationships of living beings with the environment

Understand the basic principles that govern the evolution of living beings

2.2. Learning goals

In order to pass this subject, the student must demonstrate the following results:

1:Observe and distinguish different cell types: bacteria, animal cells, plant cells and protists

2: Recognize the structure and function of large groups of biological macromolecules

3: Distinguish the differences between different forms of cell organization

4: Know how to differentiate the different forms of water and solute transport between cell compartments

5: Isolate any cellular organelles

6: Measure the rate of photosynthesis and/or respiration in isolated chloroplasts and/or mitochondria

7: To evaluate the growth of a culture of cells subjected to drugs that alter the cell cycle

8: Handle simple structural and functional genomics computer tools

9: Assess the possible impact of virus cycles on your hosts

2.3. Importance of learning goals

The subject of Biology in the Degree in Physics is important to give the future physics graduate an overview of the functioning of living beings, mainly at the cellular level, the level at which most of the chemical reactions that define life occur. These reactions are based on complex physical parameters that are not unique to biological systems, but are particularly interesting in these systems. Due to the trend towards the multidisciplinary nature of science today, interrelating knowledge from different disciplines, the subject of Biology will contribute to broaden and make better use of the knowledge acquired during the Degree in Physics and will increase the possibilities of its application.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

The evaluation of the course will be based on seminars given by the student during the course, periodic controls carried out through the teaching digital ring or in class, laboratory practices and a final theoretical assessment. The student may opt for a single final theoretical-practical assessment in the event of not being able to be adequately evaluated in the previous way, in which he/she will be able to obtain the maximum grade of the course (10). Classes are given with PowerPoint presentations, which are available to the student through the teaching digital ring, as well as any other necessary information related to the course.

Seminars

Seminars will represent up to 6% of the maximum final grade of the course (up to 0.6 points out of 10). If a student cannot impart the seminar and wants to opt for the maximum grade, he or she must take the only final theoretical-practical test.

Throughout the course, individual students will prepare and present in class short seminars on topics related to Biology, Biotechnology or Biomedicine of their choice. The content and presentation of the seminar will be scored. The duration of the presentation will be 10 minutes and then there may be a debate to discuss the topics presented between the teacher and all students present in class.

Periodic controls

Three periodic controls will be carried out to evaluate the progress of the student in the course, either through the teaching digital ring or in class, which will include the part of the agenda that has been taught so far. These controls will suppose up to 9% of the final grade of the course, with a total score of each of up to 3% of the final grade. Each of them will be evaluated on a total of 10 points, so that each one will suppose up to 0.3 points of the final grade of the course. If a student is unable to take the controls and wants to opt for the maximum grade, he or she must take the only final theoretical-practical test.

Practice classes

The realization of the practices and the elaboration of the corresponding notebook of practices, that will have to be given to the teacher at least two weeks before the date of the theoretical exam, will suppose up to 10% (up to 1 point of 10) of the final grade of the course.

There will be 5 laboratory practices, the place and date of which will be announced in advance during the course (usually in a laboratory of the Department of Biochemistry and Molecular and Cellular Biology during the months of April and May). The students will be able to select, through the Digital Teaching Ring, the group in which they want to carry out the practice.

If a student is unable to complete the internship and wants to opt for the maximum grade, he or she must take the only final theoretical-practical test.

During the course of the practices, a workbook will be drawn up describing the objective of the practice, the execution, the results obtained and the conclusions. This notebook can be completed once the practices are finished and must be given to the teacher at least two weeks before the final theoretical exam.

For the evaluation of the practices, the student's performance during the practices will be taken into account, as well as the content of the workbook. It is necessary to wear a lab coat and, if necessary, other personal protective equipment, which will be indicated sufficiently in advance. Students, at the beginning of the first practice, will receive information on safety issues in the laboratory and must sign the corresponding document indicating that they have received and understood this information.

Any student who cannot attend theoretical or practice classes, carry out controls or give a seminar, has the right to one final, theoretical-practical assessment, with which he could pass the course with the maximum grade (10). If the student chooses this option, he/she must inform the teacher at the time he/she chooses this option during the course and, in any case, at least two weeks before the final theoretical exam.

The final grade of the course is divided into the following sections:

- Theoretical exam: up to 7.5 points

The theoretical exam will consist of two parts, one test and the other with short answer questions. It is necessary to pass both parts of the theoretical assessment in order to pass the course, that is, to obtain at least a 5 out of 10 points in each part (at least 3.75 points in each part, out of the total 7.5 points of the theoretical assessment). The multiple-choice questions consist of four possible answers, each question is scored with 1 point and each wrongly answered question discounts 0.25 points. The total is then prorated over 3.75 points. Wrongly answered short answer questions do not count negatively. Each is scored with one point and then prorated over 3.75 points. During the course, the student is given both multiple choice questions (through the digital teaching ring, with their respective correct answers) and short answer questions (these do not include the answers).

- Practices: up to 1 point.

- Seminars: up to 0.6 points.

- Controls: up to 0.9 points. Up to 0.3 points each.

If one of the two parts of the final theoretical examination (test or short answer questions) is suspended, and the final grade is equal or greater than 5, the mark appearing in the minutes will be 4,9.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The learning process that has been designed for this course is based on the following:

The teaching-learning methodologies offered to achieve the stated objectives and acquire the competences are the following:

* Theory classes: 45 hours of theory, encouraging student participation through continuous questions and group discussions and not just presentation of information by the teacher.

* Seminars: 5 hours of seminars, in which students will make individual presentations on topics of their choice within the fields of Biology, Biotechnology and Biomedicine, with subsequent discussion in class.

* Laboratory Practices: 10 hours of practice classes. Five practices will be carried out on the central themes of the course.

* Periodic controls. Three knowledge tests will be carried out during the course, through the ADD or in class.

* Tutorials: teacher responsible for the course permanently available by email or through the Digital Teaching Ring. Face-to-face tutorials in the professor's office in the Faculty of Sciences from Monday to Thursday from 4 pm to 5 pm by appointment or at the BIFI at any time by appointment.

4.2. Learning tasks

The learning tasks are: Theory classes, seminars. laboratory practices, periodic controls and tutorials.

4.3. Syllabus

I. Introduction

Topic 1. Origin, organization and classification of living beings (2 classes)

Characteristics of living beings. Information flow in the cells. Cellular Theory. Origin of the cells. Chemical evolution and cellular evolution. Miller's experiments. Catalytic RNA. Cell membranes. Obtaining energy. Basic properties and classification of living organisms. Prokaryotes and eukaryotes. Viruses.

II. Biomolecules

Topic 2. Chemical composition of cells (1 class)

Structural levels in the cell. Bioelements. Types of biomolecules. Main functional groups in biomolecules. Stereoisomery. Biological importance of water and weak bonds. Hydrogen bridges, electrostatic interactions, Van de Waals forces, hydrophobic interactions. Acid-base balance. Osmosis.

Topic 3. Proteins (2 classes)

Amino acids. The peptide bond. Acid-base properties of amino acids. The isoelectric point. Optical properties of amino acids. Beer-Lambert's Law. The disulfide link. Protein functions. Structural levels of proteins. The folding of proteins. The structure-function relationship of proteins. Simple and conjugated, fibrous and globular proteins. Denaturation and folding of proteins.

Topic 4. Enzymes (1 class)

Discovery. Functioning. Characteristics: catalytic capacity, specificity and regulation. Classification and nomenclature. Enzymatic co-factors: metals and coenzymes. The active site. Enzymatic kinetics; Km, Vmax and Michaelis Menten equation. Regulation, pH and temperature. Reversible inhibition, competitive and non-competitive, and irreversible.

Topic 5. Carbohydrates (2 classes)

Chemical composition and functions. Monosaccharides. Stereoisomers. Aldoses and ketoses. Monosaccharide derivatives. Reducing sugars. Disaccharides and glycosidic bond. Polysaccharides: glycogen and starch. Homo and heteropolysaccharides, peptides and glycoproteins.

Topic 6. Lipids (2 classes)

Chemical composition and functions. Saturated and unsaturated fatty acids. Triacylglycerides. Sterification and saponification. Biodiesel. Membrane lipids: phospholipids, sphingolipids and glycolipids. Cholesterol and steroids. Other lipids: icosanoids, fat-soluble vitamins and electron transporters.

Topic 7. Nucleic acids (2 classes)

Nucleotides: chemical composition, structure and functions. Absorption spectra. Functions as energy exchangers. Functions as enzymatic cofactors: coenzyme A. Functions as signal transducers: the cyclic AMP. Nucleic acids. Structure and function of DNA. The double helix. Denaturalization and hybridization. Types of RNAs and their functions.

III. Basic Techniques in Biochemistry, Molecular Biology and Cellular Biology

Topic 8. Basic techniques in Molecular and Cellular Biology (2 classes)

Optical microscopy. Resolution and enhancement. Fixation, staining and assembly. Fluorescence microscopy and fluorochromes. Immunofluorescence. Transmission and scanning electron microscopy. Cell culture. Homogenization and cell fractionation. Centrifugation. Probes for the study of cells: radioisotopes, fluorescent probes. Affinity chromatography. Antibody preparation. Immunoprecipitation. Electrophoresis. Western blot.

IV. Cell Organization and Dynamics

Topic 9. The prokaryotic cell (2 classes)

Domains of living beings. Eubacteria and archaeobacteria. General characteristics of prokaryotes. Morphology and structure of prokaryotic cells. Plasma membrane and cell wall: gram-positive and gram-negative bacteria. Peptidoglycan and penicillin. Membrane transporters. Pilli and flagella. Bacterial division and sporulation. Bacterial DNA. Conjugation. Structure and gene expression. Plasmids. The lambda phage. Main bacterial lineages. Halophilic, thermophilic and methanogenic bacteria. Archaeobacteria. The bacteriorrodopsin. Replication. Archaeobacteria and eubacteria. Metabolism and ways of life of bacteria. Types of prokaryotes: autotrophs, heterotrophs; aerobes, anaerobes. The nitrogen cycle and its fixation. Annamox bacteria. Biolixiviation.

Topic 10. The eukaryotic cell (2 classes)

Differences between prokaryotes and eukaryotes. Evolution of eukaryotes. Unicellular and pluricellular eukaryotes. Protozoa, animal cell and plant cell. General characteristics of eukaryotic cells. General organization of eukaryotic cells. Cellular organs: nucleus and chromosomes, mitochondria and their origin, chloroplasts and their origin, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, cytosol. Membranes, endocytosis and exocytosis. Cells and organisms as experimental models: bacteria, yeasts, Arabidopsis thaliana, Drosophila melanogaster, Caenorhabditis elegans, zebrafish, mouse. The amount of DNA and the complexity.

Topic 11. Cell membranes (2 classes)

Functions of cell membranes. Selective permeability. Chemical composition. Structure of the membranes: lipid bilayer and model of the fluidic mosaic. Dynamics and asymmetry of membrane lipids. Membrane proteins and their functions. Isolation of membrane proteins. Dynamics and compartmentalization of membranes.

Topic 12. Transport through membranes (2 classes)

Simple diffusion and facilitated diffusion. Passive and active transport. The electrochemical gradient. Types of membrane transport proteins. Ionic channels and their regulation. Uniport, symport and antiport. The sodium glucose symport. The sodium-potassium pump. Osmosis. F and V-ATPases, ATP synthesis and proton pumping. Cystic fibrosis.

Topic 13. The endoplasmic reticulum (2 classes)

Cytoplasmic organelles. Import of proteins to different organelles, localization signals. The endoplasmic reticulum and its functions, smooth and rough. Import of proteins into the endoplasmic reticulum. The secretion route. The response to unfolded proteins (UPR) and chaperones. Biosynthesis of phospholipids in the ER and redistribution between monolayers, scramblases and flippases.

Topic 14. Golgi Apparatus and Vesicular Traffic (2 Classes)

Structure, organization and biogenesis. Vesicular transport. Endocytosis and exocytosis, phagocytosis and pinocytosis, transcytosis. Modification and distribution of proteins in the Golgi apparatus. Constitutive and regulated secretion. Receptor-mediated endocytosis, cholesterol and clathrine. The lysosomes. Autophagy. Membrane fusion and responsible proteins.

Topic 15. The nucleus (2 classes)

Location and functions. The interphase nucleus. Overview of gene expression in eukaryotes. The nuclear envelope and the nuclear lamina. The nuclear pore complex and the trafficking of proteins and RNA. The nuclear envelope during cell division. Types of chromatin. DNA organization in the nucleus. The nucleolus. The packaging of DNA and nucleosomes. Chromosomal segregation during mitosis. Phases of mitosis. The karyotype.

Topic 16. The cytoskeleton (2 classes)

Structure, organization and functions. Microtubules and dynamic instability. Microtubules during mitosis. Motor proteins. Cilia and flagella. Microfilaments and associated proteins. Myosin and muscle contraction. Intermediate filaments, types, intercellular junctions.

V. Cellular metabolism

Topic 17. Introduction to metabolism and cellular bioenergetics (1 class)

Universe and systems. Matter and energy. Thermodynamics. Free energy, enthalpy and entropy. Bioenergetics. Metabolic routes, anabolism and catabolism. Importance of ATP as an energy exchange molecule. Biological transporters of electrons. Role of energy transporters in cells.

Topic 18. Overview of major metabolic pathways (3 classes)

Main catabolic routes. Carbohydrate metabolism. Glycolysis as a producer of energy and molecules for other routes. Gluconeogenesis. Alcoholic and lactic fermentations. Oxidative decarboxylation of pyruvate. Lipid metabolism. Absorption of lipids from the diet. Beta oxidation of fatty acids. The biosynthesis of fatty acids. The metabolism of amino acids, transaminases. The nitrogen cycle. Nitrogen fixation in leguminous symbiotic bacteria. The citric acid cycle. The glyoxylate cycle.  

Topic 19. Mitochondria, chloroplasts and peroxisomes (4 classes)

Origin, structure and function of mitochondria. Mitochondrial fission and fusion. Synthesis of mitochondrial proteins. Oxidative metabolism in mitochondria: the citric acid cycle, the electron transport chain and oxidative phosphorylation. Mitochondrial ATPase. Origin, structure and function of chloroplasts. Types of plastids. Photosynthesis, light phase and dark phase. The transport of electrons in the chloroplast. The cyclic electron flow. The chemiosmotic generation of ATP in mitochondria and chloroplasts. Biogenesis, structure and function of peroxisomes. Oxidation of long chain fatty acids and detoxification. X-linked adrenoleukodystrophy. The glyoxysomes. The photorespiration. The metabolic interaction between chloroplasts, mitochondria and peroxisomes.

VI. Transmission of genetic information

Topic 20. Introduction to molecular genetics (2 classes)

Genetic variability. Concept of gene. Organization of genetic material. Structure of the chromosomes. Basic concepts of genetics. Genotype and phenotype, locus and allele, dominant and recessive. Sexual and asexual reproduction. Mitosis and meiosis. Recombination. Mutations, duplications and translocations. Horizontal gene transfer. Mobile genetic elements, transposons and viruses. Genetic homology and evolution. Biotechnology, transgenic plants and animals, food and health applications. Cloning.

Topic 21. From DNA to proteins (3 classes)

The central dogma of molecular biology and retroviruses. Semi-conservative DNA replication. Leading and lagging strands, the Okazaki fragments. Protein DNA replication machinery: helicases, topoisomerases, DNA binding proteins, primases, DNA polymerases and DNA ligases. DNA replication in prokaryotes and eukaryotes. Mutations: types and causes. The transcription of RNA in prokaryotes and eukaryotes. Protein synthesis in prokaryotes and eukaryotes. The polysomes. The genetic code. Posttranslational modifications of proteins. Regulation of gene expression. The lactose operon. Differential gene expression in superior eukaryotic tissues. Microarrays and two-dimensional electrophoresis. The alternative splicing. Methylation and genomic imprinting.

Topic 22. The Cell Cycle and Cell  Death (1  class)

Division, survival, differentiation and cell death. The cell cycle. Cell cycle check points. DNA damage detection. Mitosis and meiosis. Apoptosis and necrosis.

VII. Ecology

Topic 23.- Ecology (1 class)

Population and community biology. Structure and dynamics of Ecosystems. Interactions with the ecosystem. Intra and interspecific relations. Evolutionary Biology. Biodiversity.

Total, 45 classes (37.5 hours) (modifiable). The total can be modified in the sense that, depending on the participation of the students during the classes, some can be lengthened and others shortened. If there is remaining time at the end of the course, the classes are used for general presentations by the teacher (stem cells, aging, ... ), for consulting doubts or viewing videos regarding the contents of the course, for example those available on the CD that accompanies the book Essential Cell Biology or simply for discussion in class.

Laboratory practices syllabus (5 sessions of 2 hours)

 Practice 1

Introduction to the use of the optical microscope. Measurement of the size of a microscopic object.

Practice 2

Observation of cell types. Prokaryotes.

Practice 3

Observation of cell types. Pluricellular eukaryotes.

Practice 4

Observation of cell types. Unicellular eukaryotes.

Chromosome staining: observation of mitosis.

Practice 5

Isolation of chloroplasts and determination of chlorophyll.

4.4. Course planning and calendar

Theoretical classes and seminars will be given in the classroom and timetable established by the Deanery of the Faculty and published on its website. The seminars will be interspersed between the theoretical classes as the course progresses and will be announced in due course.

The dates for the global assessments are also determined by the Dean of the Faculty and published on the website.

Practice sessions, seminars and controls will be announced during the course. The workbooks must be submitted in any form at least two weeks before the theoretical examination.

The course will consist of 45 hours of theoretical classes, 5 hours of seminars and 10 hours of practice laboratory classes.


Curso Académico: 2020/21

447 - Graduado en Física

26909 - Biología


Información del Plan Docente

Año académico:
2020/21
Asignatura:
26909 - Biología
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
447 - Graduado en Física
Créditos:
6.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

La asignatura comenzará con una introducción sobre el origen, organización y clasificación de los seres vivos, centrándonos en los organismos unicelulares.

A continuación se dará un apartado de biomoléculas, dedicado a la estructura y función de proteínas, glúcidos, lípidos y ácidos nucleicos.

Posteriormente nos adentraremos en la estructura celular, diferenciando células eucariotas de procariotas, y comentando las principales funciones celulares, así como los orgánulos y estructuras implicados: membranas celulares, retículo endoplásmico, Golgi, núcleo y citoesqueleto.

Continuaremos con el metabolismo celular, dando unas nociones generales de bioenergética y rutas metabólicas y pasando luego a un estudio más detallado de las mitocondrias, los cloroplastos y los peroxisomas.

Seguiremos con un apartado dedicado a la transmisión de la información genética: DNA, RNA, proteínas, ciclo celular, etc.

El objetivo general de esta asignatura será que los alumnos adquieran conocimientos esenciales sobre el funcionamiento de los organismos vivos, a nivel celular.

Los objetivos concretos serán:

O1. Conocer el origen, evolución y clasificación general de los seres vivos.

O2. Conocer los tipos principales de biomoléculas que constituyen los seres vivos.

O3. Conocer los tipos de células y sus características principales.

O4. Conocer la estructura y organización celular.

O5. Conocer cómo obtiene energía la célula y cómo la usa.

O6. Conocer cómo se transmite la información genética y cómo se expresa.

O7. Conocer la importancia de la Física en relación a los sistemas biológicos y a su aplicación en la investigación, generación y aplicación de nuevos conocimientos basados en la interdisciplinariedad de distintas áreas de conocimiento.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Esta asignatura se enmarca en el módulo BÁSICO del grado de Física y constituye junto con Geología el bloque de optatividad en dicho módulo.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Se recomienda el trabajo continuado en los contenidos de la asignatura, consultando la bibliografía recomendada y resolviendo las posibles dudas con los profesores, durante el desarrollo de las clases, mediante el uso de las tutorías, mediante el ADD o mediante correo electrónico.  

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Desarrollar hábitos de trabajo en un laboratorio con material biológico

Dominar la terminología básica de la biología y expresar correctamente los conceptos y principios biológicos

Comprender los principios generales, estructurales y funcionales que comparten los seres vivos

Conocer la estructura y funciones de los orgánulos de una célula eucariota

Adquirir una visión integrada general del funcionamiento celular y relacionar la actividad de los distintos compartimentos celulares

Familiarizarse con algunas técnicas instrumentales básicas de la biología, en particular, interpretar resultados obtenidos mediante microscopia óptica

Comprender las bases biológicas sobre las que se fundamenta la aplicación y extensión de la biología a varios campos

Conocer algunas líneas actuales de desarrollo de la Biología en relación con la Física

Comprender las relaciones de los seres vivos con el entorno

Comprender los principios básicos que rigen la evolución de los seres vivos

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

1:Observar y distinguir distintos tipos celulares: bacterias, células animales, células vegetales y protistas

2: Reconocer la estructura y conocer la función de los grandes grupos de macromoléculas biológicas

3: Distinguir las diferencias entre las distintas formas de organización celular

4: Saber diferenciar las distintas formas de transporte de agua y solutos entre compartimentos celulares

5: Aislar algún orgánulo celular

6: Medir la tasa de fotosíntesis y/o de respiración en cloroplastos y/o mitocondrias aisladas

7: Evaluar el crecimiento de un cultivo de células sometido a drogas que alteren el ciclo celular

8: Manejar herramientas informáticas sencillas de genómica estructural y funcional

9: Evaluar el posible impacto de los ciclos de los virus en sus hospedadores

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

La asignatura de Biología en el Grado en Física es importante para dar al futuro físico una visión general del funcionamiento de los seres vivos, principalmente a nivel celular, nivel en el cual se producen la mayoría de las reacciones químicas que definen la vida. Estas reacciones se basan en parámetros físicos complejos no exclusivos de los sistemas biológicos, pero especialmente interesantes en éstos. Debido a la tendencia hacia la multidisciplinariedad de la ciencia en la actualidad, interrelacionando conocimientos de distintas disciplinas, la asignatura de Biología contribuirá a ampliar y a aprovechar mejor los conocimientos adquiridos durante el Grado en Física e incrementará las posibilidades de aplicación de los mismos.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

La evaluación de la asignatura se realizará en base a seminarios impartidos por el alumno durante el curso, controles periódicos realizados a través del anillo digital docente o en clase, prácticas de laboratorio y un examen teórico final. El alumno puede optar a un único examen final teórico-práctico en caso de no poder ser evaluado adecuadamente de la forma anterior, en el que podrá obtener la máxima calificación de la asignatura (un 10). Las clases se imparten con presentaciones en Powerpoint, que están disponibles para el alumno a través del anillo digital docente, así como cualquier otra información necesaria relativa a la asignatura.

Seminarios

Los seminarios supondrán hasta un 6% de la nota máxima final de la asignatura (hasta 0,6 puntos de 10). Si algún alumno no puede realizar el seminario y quiere optar a la calificación máxima, deberá presentarse a la prueba teórico-práctica final única.

A lo largo del curso, los alumnos, individualmente, prepararán y presentarán en clase seminarios cortos sobre temas relacionados con la Biología, la Biotecnología o la Biomedicina, de libre elección. Se puntuará el contenido y la presentación del seminario. La duración de la presentación será de 10 minutos y luego podrá haber un debate para discutir los temas presentados entre el profesor y todos los alumnos presentes en clase.

Controles periódicos

Se realizarán tres controles periódicos para evaluar el progreso del alumno en la asignatura, bien a través del anillo digital docente o bien en clase, que incluirán la parte del temario que se haya impartido hasta ese momento. Estos controles supondrán hasta un 9% de la nota final de la asignatura, con una puntuación total de cada uno de hasta un 3% de la nota final. Se evaluará cada uno de ellos sobre un total de 10 puntos, de forma que cada uno supondrá hasta 0,3 puntos de la nota final de la asignatura. Si algún alumno no puede realizar los controles y quiere optar a la calificación máxima, deberá presentarse a la prueba teórico-práctica final única.

Prácticas

La realización de las prácticas y la elaboración del correspondiente cuaderno de prácticas, que deberá entregarse al profesor al menos dos semanas antes de la fecha del examen teórico, supondrán hasta el 10% (hasta 1 punto de 10) de la nota final de la asignatura.

Se realizarán 5 prácticas de laboratorio, cuyo lugar y fecha de realización serán anunciados durante el curso con antelación suficiente (habitualmente en un laboratorio del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y Celular durante los meses de abril y mayo). Los alumnos podrán seleccionar, a través del Anillo Digital Docente, el grupo en el que quieren realizar la práctica.

Si algún alumno no puede realizar las prácticas y quiere optar a la calificación máxima, deberá presentarse a la prueba teórico-práctica final única.

Durante la realización de las prácticas se elaborará un cuaderno de prácticas describiendo el objetivo de la práctica, la ejecución, los resultados obtenidos y las conclusiones. Este cuaderno podrá ser completado una vez terminadas las prácticas y deberá ser entregado al profesor al menos dos semanas antes de la realización del examen teórico final. Para la evaluación de las prácticas se tendrá en cuenta el desempeño del alumno durante las mismas así como el contenido del cuaderno de prácticas. Es necesario llevar bata de laboratorio a las prácticas y, en caso necesario, otro equipamiento de protección individual que será indicado con suficiente antelación. Los alumnos, al comenzar la primera práctica, recibirán información sobre temas de seguridad en el laboratorio y deberán firmar el correspondiente documento indicando que han recibido y entendido esa información.

Cualquier alumno que no pueda asistir a clases teóricas o prácticas, realizar controles o impartir un seminario, tiene derecho a un único examen final, teórico-práctico, con el que podría aprobar la asignatura con la calificación máxima (10). Si el alumno opta por esta posibilidad, deberá comunicarlo al profesor en el momento en que opte por esta opción durante el curso y, de cualquier forma,  al menos dos semanas antes de la realización del examen teórico final.

La nota final de la asignatura se divide en los siguientes apartados:

- Examen teórico: hasta 7,5 puntos

El examen teórico constará de dos partes, una tipo test y otra con preguntas de respuesta corta. Es necesario aprobar ambas partes del examen teórico para superar la asignatura, es decir, obtener al menos un 5 sobre 10 en cada una de las partes (al menos 3,75 puntos en cada parte, sobre los 7,5 puntos totales del examen teórico). Las preguntas tipo test constan de cuatro posibles respuestas, cada pregunta se puntúa con 1 punto y cada pregunta mal contestada descuenta 0,25 puntos. Luego se prorratea el total sobre 3,75 puntos. Las preguntas de respuesta corta mal contestadas no cuentan negativo. Se puntúa cada una con un punto y luego se prorratea sobre 3,75 puntos. Al alumno se le facilitan durante el curso tanto preguntas tipo test (a través del anillo digital docente, con sus respectivas respuestas correctas) como preguntas de respuesta corta (en estas no se incluyen las respuestas).

- Prácticas:      hasta 1 punto.

- Seminarios:  hasta 0,6 puntos.

- Controles:     hasta 0,9 puntos. Hasta 0,3 puntos cada uno.

En el caso de suspender alguna de las dos partes del examen teórico final (test o preguntas de respuesta corta), y que la calificación final sea igual o superior a 5, en el acta figurará un 4,9.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

Las metodologías de enseñanza-aprendizaje que se ofrecen para conseguir los objetivos planteados y adquirir las competencias son clases de teoría, seminarios, prácticas de laboratorio, controles periódicos y tutorías.

 

4.2. Actividades de aprendizaje

Las actividades docentes y de evaluación se llevarán a cabo de modo presencial salvo que, debido a la situación sanitaria, las disposiciones emitidas por las autoridades competentes y por la Universidad de Zaragoza dispongan realizarlas de forma telemática.

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

Las actividades de aprendizaje de esta asignatura son:

• Clases de teoría: 45 horas de teoría, fomentando la participación de los alumnos mediante preguntas continuas y discusiones en grupo y no solamente la presentación de información por parte del profesor.

• Seminarios: 5 horas de seminarios, en los que los estudiantes realizarán exposiciones individuales de temas de su elección dentro de los campos de la Biología, Biotecnología y Biomedicina, con posterior debate en la clase.

• Prácticas de laboratorio: 10 horas de clases prácticas. Se realizarán cinco prácticas sobre temas centrales de la asignatura.

• Controles periódicos. Se realizarán tres controles de conocimientos durante el curso, a través del ADD o en clase.

• Tutorías: profesor responsable de la asignatura disponible permanentemente por correo electrónico o a través del Anillo Digital Docente. Tutorías presenciales en el despacho del profesor en la Facultad de Ciencias de lunes a jueves de 16 a 17 horas con cita previa o en el BIFI en cualquier horario con cita previa.

4.3. Programa

CLASES TEÓRICAS

I. Introducción

Tema 1. Origen, organización y clasificación de los seres vivos  (2 clases)

Características de los seres vivos. Flujo de información en las células. La Teoría Celular. Origen de las células. Evolución química y evolución celular. Los experimentos de Miller. El RNA catalítico. Las membranas celulares. La obtención de energía. Propiedades básicas  y clasificación de los organismos vivos. Procariotas y eucariotas. Los virus.

II. Biomoléculas

Tema 2. Composición química de las células (1 clase)

Niveles estructurales en la célula. Bioelementos. Tipos de biomoléculas. Principales grupos funcionales en las biomoléculas. Estereoisomería. Importancia biológica del agua y de los enlaces débiles. Puentes de hidrógeno, interacciones electrostáticas, fuerzas de Van de Waals, interacciones hidrofóbicas. Equilibrio ácido-base. Ósmosis.

Tema 3. Proteínas (2 clases)

Los aminoácidos. El enlace peptídico. Propiedades ácido-base de los aminoácidos. El punto isoeléctrico. Propiedades ópticas de los aminoácidos. Ley de Beer-Lambert. El enlace disulfuro. Funciones de las proteínas. Niveles estructurales de las proteínas. El plegamiento de las proteínas. La relación estructura-función de las proteínas. Proteínas simples y conjugadas, fibrosas y globulares. Desnaturalización y plegamiento de proteínas.

Tema 4. Enzimas (1 clase)

Descubrimiento. Funcionamiento. Características: capacidad catalítica, especificidad y regulación. Clasificación y nomenclatura. Cofactores enzimáticos: metales y coenzimas. El sitio activo. Cinética enzimática; Km, Vmax y ecuación de Michaelis Menten. Regulación, pH y temperatura. Inhibición reversible, competitiva y no competitiva, e irreversible.

Tema 5. Glúcidos  (2 clases)

Composición química y funciones. Monosacáridos. Estereoisómeros. Aldosas y Cetosas. Ciclación. Derivados de monosacáridos. Azúcares reductores. Disacáridos y el enlace glucosídico. Polisacáridos: el glucógeno y el almidón. Homo y heteropolisacáridos, péptidoglucanos y glucoproteínas.

Tema 6. Lípidos (2 clases)

Composición química y funciones. Ácidos grasos saturados e insaturados. Triacilglicéridos. Esterificación y saponificación. El biodiesel. Lípidos de membrana: fosfolípidos, esfingolípidos y glicolípidos. Colesterol y esteroides. Otros lípidos: icosanoides, vitaminas liposolubles y transportadores de electrones.

Tema 7. Ácidos nucleicos  (2 clases)

Nucleótidos: composición química, estructura y funciones. Espectros de absorción. Funciones como intercambiadores energéticos. Funciones como cofactores enzimáticos: el coenzima A. Funciones como transductores de señales: el AMP cíclico. Los ácidos nucleicos. Estructura y función del DNA. La doble hélice. La desnaturalización y la hibridación. Tipos de RNA y sus funciones.

III. Técnicas Básicas en Bioquímica, Biología Molecular y Celular

Tema 8. Técnicas básicas en Biología Molecular y Celular (2 clases)

Microscopía óptica. Resolución y ampliación. Fijación, tinción y montaje. Microscopía de fluorescencia y fluorocromos. Inmunofluorescencia. Microscopía electrónica de transmisión y de barrido. Cultivo celular. Homogeneización y fraccionamiento celular. Centrifugación. Sondas para el estudio de las células: radioisótopos, sondas fluorescentes. Cromatografía de afinidad. Preparación de anticuerpos. Inmunoprecipitación. Electroforesis. Western blot.

IV. Organización y dinámica celular

Tema 9. La célula procariota (2 clases)

Dominios de los seres vivos. Eubacterias y arqueobacterias. Características generales de los procariotas.  Morfología y estructura de las células procariotas. Membrana plasmática y pared celular: bacterias gram-positivas y gram-negativas. El peptidoglicano y la penicilina. Transportadores de membrana. Pili y flagelos. División bacteriana y esporulación. El DNA bacteriano. Conjugación. Estructura y expresión génica. Los plásmidos. El fago lambda. Principales linajes de bacterias. Bacterias halófilas, termófilas y metanógenas. Las arqueobacterias. La bacteriorrodopsina. Replicación. Arqueobacterias y eubacterias. Metabolismo y modo de vida de las bacterias. Tipos de procariotas: autótrofos, heterótrofos; aerobios, anaerobios. El ciclo del nitrógeno y su fijación. Bacterias Annamox. Biolixiviación.

Tema 10. La célula eucariota (2 clases)

Diferencias entre procariotas y eucariotas. Evolución de los eucariotas. Eucariotas unicelulares y pluricelulares. Protozoos, célula animal y célula vegetal. Características generales de las células eucariotas. Organización general de las células eucariotas.  Orgánulos celulares: el núcleo y los cromosomas, las mitocondrias y su origen, los cloroplastos y su origen, el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, el citosol. Membranas, endocitosis y exocitosis. Las células y organismos como modelos experimentales: bacterias, levaduras, Arabidopsis thaliana, Drosophila melanogaster, Caenorhabditis elegans, pez cebra, ratón. La cantidad de DNA y la complejidad.

Tema 11. Las membranas celulares (2 clases)

Funciones de las membranas celulares. Permeabilidad selectiva. Composición química. Estructura de las membranas: bicapa lipídica y modelo del mosaico fluido. Dinámica y asimetría de los lípidos de membrana. Proteínas de membrana y su funciones. Aislamiento de proteínas de membrana. Dinámica y compartimentalización de las membranas.

Tema 12. El transporte a través de las membranas  (2 clases)

Difusión simple y difusión facilitada. Transporte pasivo y activo. El gradiente electroquímico. Tipos de proteínas transportadoras de membrana. Canales iónicos y su regulación. Uniporte, simporte y antiporte. El simporte sodio-glucosa. La bomba de sodio-potasio. Ósmosis. F y V-ATPasas, la síntesis de ATP y el bombeo de protones. La fibrosis quística.

Tema 13. El Retículo endoplásmico (2 clases)

Orgánulos citoplásmicos. Importe de proteínas a distintos orgánulos, señales de localización. El retículo endoplásmico y sus funciones, liso y rugoso. Importación de proteínas al retículo endoplásmico. La ruta secretora. La respuesta a proteínas mal plegadas (UPR) y las chaperonas. Biosíntesis de fosfolípidos en el RE y redistribución entre las monocapas, escramblasas y flipasas.

Tema 14. El aparato de Golgi y el tráfico vesicular  (2 clases)

Estructura, organización y biogénesis. El transporte vesicular. Endocitosis y exocitosis, fagocitosis y picnocitosis, transcitosis.  Modificación y distribución de proteínas en el aparato de Golgi. Secreción constitutiva y regulada. La endocitosis mediada por receptor, el colesterol y la clatrina. Los lisosomas. La autofagia. La fusión de membranas y las proteínas responsables.

Tema 15. El núcleo (2 clases)

Localización y funciones. El núcleo interfásico. Visión general de la expresión génica en eucariotas. La envuelta nuclear y la lámina nuclear. El complejo del poro nuclear y el tráfico de proteínas y RNA. La envuelta nuclear durante la división celular. Tipos de cromatina. Organización del DNA en el núcleo. El nucleolo. El empaquetamiento del DNA y los nucleosomas. La segregación cromosómica durante la mitosis. Fases de la mitosis. El cariotipo.

Tema 16. Citoesqueleto (2 clases)

Estructura, organización y funciones. Microtúbulos e inestabilidad dinámica. Los microtúbulos durante la mitosis. Las proteínas motoras. Cilios y flagelos. Microfilamentos y proteínas asociadas. La miosina y la contracción muscular. Filamentos intermedios, tipos, uniones intercelulares.

V. Metabolismo celular

Tema 17. Introducción al metabolismo y a la bioenergética celular (1 clase)

Universo y sistemas. Materia y energía. Termodinámica. Energía libre, entalpía y entropía. Bioenergética. Rutas metabólicas, anabolismo y catabolismo. Importancia del ATP como molécula de intercambio de energía. Transportadores biológicos de electrones. Papel de los transportadores de energía en las células.

Tema 18. Aspectos generales de las principales rutas metabólicas (3 clases)

Principales rutas catabólicas. Metabolismo de carbohidratos. La glucolisis como productora de energía y de moléculas para otras rutas. La gluconeogénesis. Las fermentaciones alcohólica y láctica. La descarboxilación oxidativa del piruvato.  Metabolismo de lípidos. La absorción de lípidos de la dieta. La beta oxidación de ácidos grasos. La biosíntesis de ácidos grasos. El metabolismo de los aminoácidos, las transaminasas. El ciclo del nitrógeno. La fijación del nitrógeno en las bacterias simbiontes de las leguminosas. El ciclo del ácido cítrico. El ciclo del glioxilato.

Tema 19. Mitocondrias, cloroplastos y peroxisomas (4 clases)

Origen, estructura y función de las mitocondrias. Fusión y fisión mitocondrial. Síntesis de proteínas mitocondriales.  Metabolismo oxidativo en la mitocondria: el ciclo del ácido cítrico, la cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa. La ATPasa mitocondrial. Origen, estructura y función de los cloroplastos. Tipos de plastos. La fotosíntesis, fase luminosa y fase oscura.  El transporte de electrones en el cloroplasto. El flujo electrónico cíclico. La generación quimiosmótica de ATP en mitocondrias y cloroplastos. Biogénesis, estructura y función de los peroxisomas. La oxidación de ácidos grasos de cadena larga y la detoxificación. La adrenoleucodistrofia ligada al cromosoma X. Los glioxisomas. La fotorrespiración. La interacción metabólica entre los cloroplastos, las mitocondrias y los peroxisomas.

VI. Transmisión de la información genética

Tema 20. Introducción a la genética molecular (2 clases)

Variabilidad genética. Concepto de gen. Organización del material genético. Estructura de los cromosomas. Conceptos básicos de genética. Genotipo y fenotipo, locus y alelo, dominante y recesivo. Reproducción sexual y asexual. Mitosis y meiosis. Recombinación. Mutaciones, duplicaciones y translocaciones. Transferencia genética horizontal. Elementos genéticos móviles, los transposones y los virus. La homología genética y la evolución. Biotecnología, plantas y animales transgénicos, aplicaciones en alimentación y en salud. La clonación.

Tema 21. Del DNA a las proteínas (3 clases)

El dogma central de la biología molecular y los retrovirus. Replicación semiconservativa del DNA. Hebra conductora y rezagada, los fragmentos de Okazaki. Maquinaria proteica de replicación del DNA: helicasas, topoisomerasas, proteínas de unión a DNA, primasas, DNA polimerasas y DNA ligasas. Replicación del DNA en procariotas y en eucariotas. Mutaciones: tipos y causas. La transcripción del RNA en procariotas y en eucariotas. La síntesis de proteínas en procariotas y eucariotas. Los polisomas. El código genético. Modificaciones postraduccionales de proteínas. Regulación de la expresión génica. El operón lactosa. Expresión génica diferencial en tejidos de eucariotas superiores. Los microarrays y la electroforesis bidimensional. El splicing alternativo. La metilación y la impronta genómica.

Tema 22. El Ciclo celular y la muerte celular (1 clase)

División, supervivencia, diferenciación y muerte celular. El ciclo celular. Puntos de control (check points) del ciclo celular. Detección de daño en el DNA. Mitosis y meiosis. Apoptosis y necrosis.

VII. Ecología

Tema 23.- Ecología (1 clase)

Biología de poblaciones y de comunidades. Estructura y dinámica de los Ecosistemas. Interacciones con el ecosistema. Relaciones intra e interespecíficas. Biología Evolutiva. Biodiversidad.

Total, 45 clases (37,5 horas) (modificable). El total es modificable en el sentido de que, dependiendo de la participación de los alumnos durante las clases, algunas se pueden alargar y otras acortarse. Si sobran clases al final del curso, se utilizan para presentaciones generales por parte del profesor (células madre, envejecimiento, ...), para consulta de dudas o visionado de vídeos respecto a los contenidos de la asignatura, por ejemplo los disponibles en el CD que acompaña al libro Essential Cell Biology o simplemente para discusión en clase.

 

PROGRAMA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO (5 sesiones de 2 horas)

Práctica 1

Introducción al manejo del microscopio óptico. Medida del tamaño de un objeto microscópico.

Práctica 2

Observación de tipos celulares. Procariotas.

Práctica 3

Observación de tipos celulares. Eucariotas pluricelulares.

Práctica 4

Observación de tipos celulares. Eucariotas unicelulares.

Tinción de cromosomas: observación de la mitosis.

Práctica 5

Aislamiento de cloroplastos y determinación de clorofila.

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Las clases teóricas y los seminarios se impartirán en el aula y horario establecidos por el Decanato de la Facultad y publicados en su página web. Los seminarios se irán intercalando entre las clases teóricas a medida que avance la asignatura y se anunciarán en su momento.

Los exámenes globales se determinan también por el Decanato de la Facultad y se publican en la página web.

Las sesiones de prácticas, seminarios y controles se anunciarán durante el curso. Los cuadernos de prácticas se presentarán, de cualquier forma, al menos dos semanas antes de la realización del examen teórico.

La asignatura constará de 45 horas de clases teóricas, 5 horas de seminarios y 10 horas de clases prácticas en laboratorio.