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Academic Year/course: 2021/22

447 - Degree in Physics

26949 - Biological Physics


Syllabus Information

Academic Year:
2021/22
Subject:
26949 - Biological Physics
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
447 - Degree in Physics
ECTS:
5.0
Year:
4 and 3
Semester:
Second semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

2. Learning goals

3. Assessment (1st and 2nd call)

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

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

Lectures: They present the student with the basic theoretical contents for the acquisition of the competences. The development of the class allows the discussion and participation of the student.

Group problem solving: The student must solve and present the solution (or the difficulties encountered on the way to it) of the problems posed by the lecturers. The subject allows the problems to be presented from different points of view and gives rise to discussion.

Laboratory practices and simulation: It will allow the student to check and put into practice the knowledge acquired in the theoretical sessions.

Study and presentation of scientific works: The student will acquire skills in the study and analysis of advanced literature and case studies, so that it will integrate the knowledge and techniques acquired during the course. It will also provide the student with skills in the presentation and discussion of scientific results.

4.2. Learning tasks

The program offered to the student to help him/her achieve the expected results includes the following activities:

On site work: 2 ECTS (50 hours) distributed as follows:

1A .- Lectures (30 hours).

1B .- Group problem solving classes and presentation of papers (17 hours).

1C .- Laboratory and/or simulation practices (3 hours).

Study of scientific works in the context of the subject 0.9 ECTS (22.5 hours).

Study and non-attendance work by the student 2 ECTS (50 hours)

Assessment 0.1 ECTS (2.5 hours).

4.3. Syllabus

I . FUNDAMENTALS

0.- Physics and Biology. Motivation and historical introduction.

1.- Review of Molecular and Cellular Biology. Biological molecules: DNA, RNA and proteins. Membranes.

2.- Random walks and diffusion.

3.- Statistical Physics in and out of balance.

4.- Life at low Reynolds number.

II. APPLICATIONS.

5.- Water properties.

6.- Physics of Biopolymers.

7.- Cooperative phenomena.

8.- Self-organization phenomena.

9. - Molecular machines: enzymes and molecular motors.

10.- Membranes and physics of the nervous system: neurons and networks.

11.- Systems biology. Genetic regulation networks.

Appendix: Methods of Numerical Simulation in Biomolecules.

4.4. Course planning and calendar

Calendar of lectures and presentation of papers

The schedule of the lectures will be as established by the Faculty of Science and will be announced in advance.

There will be 4 hours per week of classroom sessions. Three hours per week will be devoted to theoretical contents (lectures) and one hour to group problem solving and/or presentation and discussion of papers.

The schedule for practical sessions and numerical simulation tutorials will be determined depending on the number of students enrolled.

The practical classes will be given in afternoon sessions.

Assessment : The assessment  dates by means of a global written exam are those determined and published each year by the Dean of the Faculty of Sciences on its website.

4.5. Bibliography and recommended resources

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=26949

 


Curso Académico: 2021/22

447 - Graduado en Física

26949 - Física biológica


Información del Plan Docente

Año académico:
2021/22
Asignatura:
26949 - Física biológica
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
447 - Graduado en Física
Créditos:
5.0
Curso:
4 y 3
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 Física Biológica es el estudio de la física de los procesos biológicos. Muchos físicos (como Schrödinger, Delbrück o Crick) han participado en el desarrollo de los principios físicos por los que los seres vivos se desarrollan, se adaptan y crecen. La física biológica es una disciplina aplicada en el límite entre la física y la biología. La física ha contribuido, de manera decisiva en la comprensión de los fenómenos biológicos, tanto desde un punto de vista experimental como teórico. El estudio de la estructura y dinámica de biomoléculas (DNA, RNA y proteínas) es posible gracias a nuevas técnicas experimentales desarrolladas en departamentos de física y nanociencia. Por otra parte, los físicos están aprovechando sus capacidades de modelización para construir teorías para entender sistemas tan diversos como la estructura celular, las redes de neuronas, la fotosíntesis o la diferenciación celular. Los nuevos métodos de simulación permiten entender a nivel atómico y molecular las interacciones dentro de la célula. A nivel macroscópico, la biología de sistemas aprovecha la teoría de sistemas no lineales y redes para explicar la supervivencia de los seres vivos y su adaptación a su medio ambiente. Los fenómenos asociados a la vida aparecen, por tanto, como sistemas complejos con propiedades emergentes que sólo se pueden entender desde una aproximación interdisciplinar.

El objetivo fundamental de la asignatura es que el alumno adquiera un conocimiento global de los problemas que están en la frontera entre física y biología, adquiera habilidades para el trabajo y estudio multidisciplinar y se inicie en la lectura y comprensión de literatura científica reciente y de alto impacto.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura se imparte en el segundo semestre de 4o Curso del grado cuando el alumno ha adquirido los conocimientos básicos las disciplinas clásicas de la física: mecánica, electromagnetismo, física cuántica, termodinámica y física estadística. Es el momento para abordar una asignatura que compendia y utiliza herramientas de todas ellas. El alumno aplicará sus destrezas en el estudio de una disciplina que le obliga a adoptar una visión global de la física. En este aspecto la asignatura no sólo es interesante desde un punto de vista académico sino también desde la formación metodológica e integral del estudiante.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Se recomienda haber cursado Biología, Física Computacional, Termodinámica y Física Estadística. Se recomienda la asistencia continua a las clases, así como la realización de los problemas propuestos periódicamente.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

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

Capacidad de trabajo y comunicación en un campo interdisciplinar.

Comprender la estructura de la célula como sistema físico complejo.

Emplear los modelos físicos adecuados para explicar sistemas biológicos.

Comprender los mecanismos para el movimiento de objetos a número de Reynolds bajo.

Utilizar las técnicas de la física estadística en equilibrio y fuera del equilibrio en problemas biológicos

Entender la relación entre estructura y función basándose en principios generales.

Comprender y obtener las principales interacciones entre moléculas biológicas.

Comprender los mecanismos de autoorganización de sistemas biológicos.

2.2. Resultados de aprendizaje

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

Estimar las escalas de las magnitudes físicas a nivel molecular y celular.

Aplicar las ecuaciones relevantes del movimiento browniano (difusión) al problema del transporte dentro de la célula y otros problemas relacionados.

Obtener las propiedades mecánicas y térmicas de biopolímeros (DNA, RNA y proteínas) y membranas.

Obtener los mecanismos de interacción molecular en el interior de la célula.

Obtener las relaciones básicas para los procesos de agregación y autoorganización celular.

Entender y plantear el funcionamiento de las redes de regulación genética, metabólicas y de control.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Tras cursar la asignatura el alumno el alumno habrá adquirido la capacidad de integrar los conocimientos de la física contemporánea en una disciplina distinta. Tendrá conciencia de la importancia de tener una formación científica global y de las dificultades de los estudios multidisciplinares. Por otra parte los conocimientos específicos adquiridos suponen un punto de partida para la profundización en estudios de postgrado (master y doctorado) específicos en biofísica, física médica o física de sistemas complejos.

3. Evaluación

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

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluacion

Evaluación continuada del aprendizaje del alumno mediante la resolución de problemas, cuestiones y otras actividades propuestas por el profesorado de la asignatura. El estudiante deberá presentar a final de curso un compendio de todos los problemas y actividades realizadas (40% de la nota final).

Realización de una prueba teórico-práctica a lo largo del curso (30% de la nota final)

Estudio y presentación de trabajos científicos relacionados con los contenidos de la asignatura. Se proporcionará al estudiante una serie de trabajos que deberá estudiar y discutir a lo largo del curso (30% de la nota final).

El alumno podrá obtener el 100% de la calificación final de la asignatura a través de las actividades 1, 2, 3. Dicha calificación final será hecha pública al finalizar el periodo lectivo de la asignatura.

Superación de la asignatura mediante una prueba global única

Dicha prueba global consistirá en un examen escrito (70% de la nota final) y la evaluación del informe de un trabajo propuesto por el profesor (estudio y análisis de un artículo relacionado con la asignatura) y la defensa pública del mismo (30% de la nota final).Los alumnos que hayan superado la actividad 3 podrán ser eximidos de realizar la presentación del trabajo dentro de la prueba global única.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

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

Lecciones magistrales: Presentan al alumno los contenidos teóricos básicos para la adquisición de las competencias. El desarrollo de la clase permite la discusión y la participación del alumno.

Realización de problemas en grupo: El alumno deberá resolver y exponer la solución (o las dificultades encontradas en el camino hacia ella) de los problemas planteados por los profesores. La asignatura permite que los problemas se planteen desde distintos puntos de vista y da lugar a la discusión.

Practicas de Laboratorio y simulación: Permitirá al alumno comprobar y poner en práctica conocimientos adquiridos en las sesiones teóricas.

Estudio y presentación de trabajos científicos: El alumno adquirirá competencias en el estudio y análisis de bibliografía avanzada y en el estudio de casos, de forma que integrará los conocimientos y técnicas adquiridos durante el curso. Así mismo proporcionará al alumno destrezas en la presentación y discusión de resultados científicos.

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 o semi-telemática con aforos reducidos rotatorios.

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades...

Trabajo presencial 2 ECTS (50 horas) distribuidos de la siguiente manera:

1A .- Clases magistrales participativas (30 horas). En estas clases se presentarán los siguientes contenidos:

I . FUNDAMENTOS

0.- Física y Biología. Motivación e Introducción histórica.

1.- Repaso de Biología Molecular y Celular. Moléculas biológicas: DNA, RNA y proteínas. Membranas.

2.- Caminatas aleatorias y difusión.

3.- Física Estadística en equilibrio y fuera del equilibrio.

4.- La vida a bajo número de Reynolds.

II. APLICACIONES.

5.- Propiedades del agua.

6.- Física de Biopolímeros.

7.- Fenómenos cooperativos.

8.- Fenómenos de autoorganización.

9. - Máquinas moleculares: enzimas y motores moleculares.

10.- Membranas y física del sistema nervioso: neuronas y redes.

11.- Biología de sistemas. Redes de regulación genética.

Apéndice: Métodos de Simulación Numérica en Biomoléculas.

1B .- Clases de resolución de problemas en grupo y presentación de artículos (17 horas).

1C .- Prácticas de laboratorio y/o simulación (3 horas).

Estudio de trabajos científicos en el contexto de la asignatura 0.9 ECTS (22.5 horas).

Estudio y trabajo no presencial por parte del alumno 2 ECTS (50 horas)

Evaluación 0.1 ECTS (2.5 horas).

4.3. Programa

I . FUNDAMENTOS

0.- Física y Biología. Motivación e Introducción histórica.

1.- Repaso de Biología Molecular y Celular. Moléculas biológicas: DNA, RNA y proteínas. Membranas.

2.- Caminatas aleatorias y difusión.

3.- Física Estadística en equilibrio y fuera del equilibrio.

4.- La vida a bajo número de Reynolds.

II. APLICACIONES.

5.- Propiedades del agua.

6.- Física de Biopolímeros.

7.- Fenómenos cooperativos.

8.- Fenómenos de autoorganización.

9. - Máquinas moleculares: enzimas y motores moleculares.

10.- Membranas y física del sistema nervioso: neuronas y redes.

11.- Biología de sistemas. Redes de regulación genética.

Apéndice: Métodos de Simulación Numérica en Biomoléculas.

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

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

El calendario de las sesiones presenciales será el establecido por la Facultad de Ciencias y será anunciado con anticipación.

Se programarán 4 horas semanales presenciales. Se prevé dedicar 3 horas a la semana para contenidos teóricos y 1 a resolución de problemas en grupo y/o a la presentación y discusión de los artículos.

El calendario sesiones prácticas y tutorial de simulación numérica se determinará dependiendo del número de alumnos matriculados.

Las clases prácticas se impartirán en sesiones de tarde.

Sesiones de evaluación: Las sesiones de evaluación mediante una prueba escrita global son las que el Decanato de la Facultad de Ciencias determina y publica cada año en su página web.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=26949