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Academic Year/course: 2023/24

446 - Degree in Biotechnology

27131 - Biophysics


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
27131 - Biophysics
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
446 - Degree in Biotechnology
ECTS:
6.0
Year:
4
Semester:
First semester
Subject type:
Optional
Module:
---

1. General information

This subject focuses on the knowledge of the physical and physical-chemical bases of the action of biomolecules as a tool to understand the regulation of metabolic processes, energy transformation processes and bioelectrical phenomena that maintain the vital functions of cells and organisms.  Its objective is for the student to know these biophysical bases, particularly those where proteins and lipid membranes are involved, and to visualize biomolecules in the scientific-technological field, together with the methodologies of the discipline, as essential tools to address the challenges faced by modern Biotechnology and Biomedicine.

These approaches and objectives are aligned with the following SDGs of the United Nations 2030 Agenda (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), in such a way that the acquisition of the subject's learning results provides training and competence to contribute to some extent to their achievement: Goal 3: Health and wellness; Goal 5: Gender equality; Goal 7: Affordable and non-polluting energy; Goal 9: Industry, Innovation and Infrastructure.

2. Learning results

Upon completion of the subject, the student will be able to:

  • Describe and understand the basic principles of thermodynamics applied to the interaction between biological molecules and their conformational stability
  • Determine why alterations in the conformational stability of biomolecules or in their capacity to establish intermolecular interactions are the cause of multiple human diseases.
  • Understand the biophysical principles that govern the stability and function of biological membranes.
  • Know the strategies most commonly employed by living organisms during biological energy transformation, and understand the dynamic contributions and quantum effects that accompany these processes.
  • Understand the basis of bioelectrical phenomena, particularly in eukaryotic cells, and their regulation .
  • Use the knowledge acquired in Molecular Biophysics and Biological Membrane Biophysics to propose the design of biotechnological and biomedical systems based on these processes.
  • Identify the basic tools of biophysical methods and their applications, and use them to quantitatively determine physicochemical parameters of biomolecules and the biological processes in which they are involved.

3. Syllabus

MASTER CLASSES

Molecular Biophysics

Topic 1. Principles of thermodynamics applied to biological systems.

Topic 2. Conformational and association equilibrium. Conformational and strategic diseases mediated by molecular chaperones.

Topic 3. Biochemical equilibria; macromolecular crowding, microenvironments, compartmentalization in organelles.

Topic 4. Biophysical methods in the development of diagnostic tools and treatment of diseases.

Bioenergetics and Biophotonics: biotechnological potential

Topic 5. Transport through biological membranes. Membrane potential.

Topic 6. Biological energy transformation.

Topic 7. Kinetics and dynamics in cellular bioenergetics.

Topic 8. Development of biotechnological and biomedical tools.

Bioelectrical Phenomena and Neuroscience

Topic 9. Ionic channels with regulated opening and closing. Nerve impulse transmission.

Topic 10. Neurotransmission across synapses.

Topic 11. Sensory reception.

EXERCISES.

Theoretical questions and numerical exercises interspersed with lectures.

CASE STUDIES

Case 1: Preparation of apomioglobin and determination of the extinction coefficient.

Case 2: Determination of the heme-apomioglobin dissociation constant by means of differential spectroscopy.

Case 3: Preparation of Liposomes.

Case 4: Analysis Cases 1-3.

4. Academic activities

MASTER CLASSES.

Face-to-face. 3 ECTS. Theoretical knowledge.

PROBLEM SOLVING CLASSES.

Face-to-face. 1 ECTS. Application of the knowledge acquired in the resolution of practical cases in the classroom.

Team and/or individual work by the student who has to solve the problems after the theoretical sessions and prior to the problem sessions.

CASE STUDY CLASSES.

Face-to-face and mandatory. 2 ECTS. The student will be instructed on how to design and perform the experiments, and how to treat their data, perform the calculations and interpret the results. The analysis of the results should lead to the production of a summary and its interpretation, within  the sessions in the computer classroom.

5. Assessment system

General assessment.

1. Theory exam. Test with multiple choice questions, resolution of short theoretical questions and/or exercises: 20 multiple-choice questions and 3 theoretical-practical questions (40/60% grade). A grade of 5 out of 10is required for each test.

2. Practical Cases. Attendance and completion are mandatory. The student will prepare a report (1-4 pages) on each case (total 2-3 topics). Reports not submitted on time will not be eligible for a grade higher than 5 (out of 10).

3. Problem Solving. Problem class participation will be evaluated and graded from 0 to 1.

4. General. Theory and Practice (case studies + individual project) must be passed with a grade higher than 5 independently.

5. Final Grade: Theory exam=80% and Practical Cases=20%, up to 1 additional point may be added for participation in problem sessions, practices and discussions. To pass the subject it is essential to achieve a 5 out of 10 in the Theory Exam and in the Practical Cases.

Those students who do NOT attend the mandatory practical sessions or do NOT submit the reports must take a GLOBAL TEST which will consist of the Theory Exam on the same date and time as the rest of the students and an additional test of data analysis in the computer classroom . Contribution to final grade 50/50%.


Curso Académico: 2023/24

446 - Graduado en Biotecnología

27131 - Biofísica


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
27131 - Biofísica
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
446 - Graduado en Biotecnología
Créditos:
6.0
Curso:
4
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

Esta asignatura se centra en el conocimiento de las bases físicas y físico-químicas de la acción de las biomoléculas como instrumento para comprender la regulación de los procesos metabólicos, de los procesos de transformación de energía y de los fenómenos bioeléctricos que mantienen las funciones vitales de células y organismos. Su Objetivo es que el estudiante conozca estas bases biofísicas, particularmente aquellos donde intervienen proteínas y membranas lipídicas, y que visualice las biomoléculas en el ámbito científico-tecnológico, junto con las metodologías propias de la disciplina, como herramientas imprescindibles para abordar los retos a los que se enfrentan la Biotecnología y la Biomedicina modernas.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con los siguientes ODS de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia para contribuir en cierta medida a su logro: Objetivo 3: Salud y bienestar, Objetivo 5: Igualdad de género, Objetivo 7: Energía asequible y no contaminante, y Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructuras.

 

2. Resultados de aprendizaje

Al completar la asignatura los alumnos serán más competentes para

  • Describir y comprender los principios básicos de la termodinámica aplicados a la interacción entre moléculas biológicas y a su estabilidad conformacional.
  • Determinar por qué alteraciones en la estabilidad conformacional de las biomoléculas o en su capacidad de establecer interacciones intermoleculares son la causa de múltiples enfermedades humanas.
  • Entender los principios biofísicos que gobiernan la estabilidad y función de las membranas biológicas.
  • Conocer las estratégicas más comúnmente empleadas por los organismos vivos durante la transformación de energía biológica, y entender las contribuciones dinámicas y efectos cuánticos que acompañan a estos procesos.
  • Comprender las bases de los fenómenos bioeléctricos, particularmente en células eucariotas, y de su regulación.
  • Utilizar el conocimiento adquirido en Biofísica Molecular y de Membranas Biológicas para proponer el diseño de sistemas biotecnológicos y biomédicos basados en estos procesos.
  • Identificar las herramientas básicas de los métodos biofísicos y sus aplicaciones, y utilizarlas para determinar de forma cuantitativa parámetros físico-químicos de biomoléculas y de los procesos biológicos en los que intervienen.

3. Programa de la asignatura

MAGISTRALES

Biofísica Molecular

Tema 1. Principios de Termodinámica aplicados a sistemas biológicos.

Tema 2. Equilibrio conformacional y de asociación. Enfermedades conformacionales y estratégicas mediadas por chaperonas moleculares.

Tema 3. Equilibrios bioquímicos; macromolecular crowding, microambientes, compartimentalización en orgánulos.

Tema 4. Métodos biofísicos en el desarrollo de herramientas de diagnóstico y tratamiento de enfermedades.

Bioenergética y Biofotónica: potencial biotecnológico

Tema 5. Transporte a través de membranas biológicas. Potencial de membrana.

Tema 6. Transformación de energía biológica.

Tema 7. Cinética y dinámica en la bioenergética celular.

Tema 8. Desarrollo de herramientas biotecnológicas y biomédicas.

Fenómenos Bioeléctricos y Neurociencia

Tema 9. Canales iónicos de apertura y cierre regulado. Transmisión del impulso nervioso.

Tema 10. Neurotransmisión a través de las sinapsis.

Tema 11. Recepción sensorial.

EJERCICIOS.

Cuestiones teóricas y ejercicios numéricos intercalados con las clases magistrales.

CASOS PRÁCTICOS

Caso 1: Preparación de apomioglobina y determinación del coeficiente de extinción.

Caso 2: Determinación de la constante de disociación hemo-apomioglobina mediante espectroscopia diferencial.

Caso 3: Preparación de Liposomas.

Caso 4: Análisis Casos 1-3.

4. Actividades académicas

CLASES MAGISTRALES.

Presencial. 3 ECTS. conocimientos teóricos.

CLASES DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS.

Presencial. 1 ECTS. Aplicación de los conocimientos adquiridos en la resolución de casos prácticos en el aula. Trabajo en equipo y/o individual por parte del alumno que ha de resolver los problemas tras las sesiones teóricas y previamente a las sesiones de problemas.

CLASES DE CASOS PRÁCTICOS.

Presencial y obligatorio. 2 ECTS. Se instruirá al alumno en cómo diseñar y realizar los experimentos, y posteriormente como tratar sus datos, realizar los cálculos e interpretar los resultados. El análisis de los resultados deberá conducir a la elaboración de un resumen y a su interpretación, dentro del horario de realización de las sesiones en el aula de informática.

5. Sistema de evaluación

Evaluación general.

  1. Examen de Teoría. Test con preguntas de respuestas múltiples y resolución de cuestiones teóricas cortas y/o ejercicios: 20 preguntas test y 3 preguntas teórico-prácticas (contribución nota 40/60% ). Imprescindible puntuar 5 sobre 10 en cada prueba.
  2. Casos Prácticos. Asistencia y realización obligatoria. El alumno elaborará un informe (1-4 páginas) de cada caso (total 2-3 temas). Los informes no entregados en plazo no podrán optar a una nota superior a 5 (sobre 10).
  3. Resolución de Problemas. Se evaluará la participación de las clases de problemas que se puntuará de 0 a 1.
  4. General. Hay que aprobar Teoría y Prácticas (casos prácticos + proyecto individual) con nota superior a 5 de forma independiente.
  5. Nota final. Examen de Teoría=80% y Casos Prácticos=20%, a esta nota se podrá añadir hasta 1 punto adicional por participación en sesiones de problemas, prácticas y discusiones . Para superar la asignatura será imprescindible tener un 5 sobre 10 en Examen de Teoría y en los Casos Prácticos.

 

Aquellos alumnos que NO acudan a sesiones prácticas obligatorias o NO presenten los informes deberán realizar una PRUEBA GLOBAL que consistirá en la realización del Examen de Teoría en la misma fecha y horario que el resto de compañeros y una prueba adicional de análisis de datos en el aula de informática. Contribución a la nota final 50/50%.