Biofisica

1. Dra. Dolores Villanueva Zambrano
Medico - Docente

2. La distribución
de los iones
genera
Gradientes
• Los gradientes de concentración de iones y el
movimiento de iones a través de la membrana crean
una diferencia de potencial eléctrico entre el interior y
el exterior de la membrana celular.

3. Diferencia de potencial eléctrico
• A esta diferencia de potencial eléctrico se la
denomina Potencial de Membrana. Conocido como
el POTENCIAL DE REPOSO

4. POTENCIAL
DE
ACCIÓN
• El potencial de acción, se ha estudiado en mayor detalle en células
excitables, como fibras musculares esqueléticas y neuronas.

5. Transporte Electrogénico
1. Neurotransmisor
2. Canales de ligando
3. Ingreso de Na+ al IC
4. Voltaje = 4mv
5. Canales Na+ voltaje
6. Corriente eléctrica
7. Propagación
Na+
Na+

6. Hodgkin y Huxley: Etapas del potencial de acción
• Un estimulo cambia la conductancia de membrana para Na+, la
despolarización por encima de un umbral produce la apertura de
canales de Na+. El Na+ fluye al interior celular, por el fuerte gradiente
electroquímico
• El ingreso de Na+ despolariza más la membrana y se abren mas
canales para Na+, esta entrada de Na+ da lugar a un cambio de
potencial, desde -60 a 30 mV en 1 msg
• En este momento los canales de Na+ se cierran y se abren los de K+. El
K+ fluye al exterior y en 2 msg el potencial de membrana vuelve a -75
mV
• En pocos msg se restablece el potencial de reposo

7. El potencial de acción
• El potencial de acción es un señal eléctrica producida
por el flujo de iones que circulan a través de la
membrana plasmática de una neurona.
• El potencial de acción, o impulso nervioso, se produce
cuando el potencial de membrana se despolariza por
encima de un umbral crítico (-60 a -40 mV).
• En un sg el potencial de membrana se vuelve positivo,
+40 mV, y luego vuelve a ser negativo.

8. El potencial de acción
• Esta despolarización amplificada se propaga a las regiones
adyacentes de la membrana plasmática permitiendo al potencial de
acción viajar a lo largo de los axones de las células nerviosas como
señales eléctricas, resultando en una rápida transmisión de los
impulsos nerviosos a grandes distancias.

9. • El incremento en la concentración de iones Na+
despolariza la siguiente área contigua de la
membrana, haciendo que sus canales iónicos de
Na+ se abran y permitiendo que el proceso se repita.
• A continuación, se abren los canales de potasio
regulados por voltaje y se inactivan los de sodio
regulados por voltaje, lo que lleva a una repolarización
de la membrana y al eventual reestablecimiento del
estado de reposo.

10. TRASMISIÓN QUÍMICA
• Cuando una señal eléctrica alcanza
el extremo del axon, estimula a las
vesículas presinapticas.
• Estas vesículas contienen a los
neurotransmisores, y son liberadas
en la hendidura sináptica.
• El neurotransmisor se une a
receptores especializados sobre la
superficie de la neurona adyacente.

12. La vaina de mielina
• La fibra sin vaina de mielina tiene canales y bombas en toda la membrana
• La fibra mielinizada, tiene canales y bombas solo en los nodos de Ranvier,
• Así, los potenciales de acción se pueden generar solo en los nodos y el impulso
nervioso salta de nodo en nodo, acelerándose la conducción.

14. Direccionalidad del impulso nervioso
• El impulso nervioso se mueve en una sola dirección porque el
segmento del axón situado "detrás" de donde se produjo el
potencial de acción tiene un período refractario breve durante el
cual sus canales iónicos de Na+ no se abrirán; así, el potencial de
acción no puede retroceder.

15. Conducción electrónica –Biomagnétismo

16. CONDUCCIÓN ELECTRICA
• Movimiento continuo de cargas bajo la influencia de
un campo eléctrico
• Tipos de Conducción eléctrica:
• Conducción Iónica: movimiento de iones
• Conducción electrónica: movimiento de electrones

17. CAMPO ELECTRICO
• Cada carga eléctrica crea en la región circundante un
campo eléctrico.
• PRINCIPIO DE SUPERPOSICION Cuando dos cargas
eléctricas están en una misma región, el campo resultante
será la suma vectorial de ambos campos.
• Este principio es aplicable para cualquier numero de
cargas eléctricas

18. 



 



  
El pasaje de la
Corriente eléctrica
El Choque entre
electrones y iones
durante el viaje causa
la vibración de los
iones
La vibración iónica
(aumenta la cinética),
y se relaciona con la
Tº del material
Calor

19. Aplicaciones• Incubadoras
• Sistemas de
Calefacción
Buscando aplicaciones
diferentes:
• Existen situaciones en las que se desearía
minimizar el calor y generar Iluminación Pura
• Material de menor resistencia:
– Cobre
– Aluminio
– Oro

20. Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926), físico y premio Nobel
holandés
< Tº
Hg
En 1913
Leyden 50 años
Luz
Continua

21. Superconductividad
• Descubierta en 1911 por
Heike Kamerlingh Onnes
.
• Observó que el mercurio
no presentaba
resistencia eléctrica por
debajo de 4,2 K (-269
°C).

22. Leon N. Cooper (1930)
• Estadounidense, 1956
• Premio Nobel de Fisica en 1972
por su contribución al desarrollo
de la teoria de la
superconductividad

23. El par de Cooper
• Es un par de electrones de spin y
momentos opuestos que se “ligan” de
manera que su spin y momentos netos
son nulos

24. Debido a la tracción y el hecho de que
para cada par hay dos estados de espín
Un electrón que pasa, atrae a la red,
causando una onda leve hacia su camino.
Otro electrón que pasa en la dirección
opuesta se siente atraída por ese
desplazamiento
El origen de un par de Cooper es que a
medida que pasa el electrón a través de una
red cristalina la carga negativa tira de la
carga positiva de los núcleos en la red a
través de interacciones coulómbica
produciendo una onda. Este es el origen del
acoplamiento de un par de Cooper

25. Superconductividad
• Fenómeno que presentan algunos conductores
que no ofrecen resistencia al flujo de corriente
eléctrica
• El fenómeno conocido como
superconductividad se produce cuando al
enfriar ciertas sustancias a un temperatura
cercana al cero absoluto su conductividad se
vuelve prácticamente infinita.

26. SQUID
Superconductor de Interferencia Quantica
Es un transductor de flujo que convierte un cambio
minusculo de flujo magnetico en voltaje
Puede detectar el menor cambio de flujo-magnetico a
10-32 Joule en 1 seg.
Seria la energía mecánica que se requiere para
levantar 1 solo electron a 1milimetro en el campo
gravitatorio terrestre

28. • Cuando una carga se encuentra en reposo produce
fuerzas sobre otras situadas en su entorno.
• Si la carga se desplaza produce también fuerzas
magnéticas.
• La electricidad está presente en algunas partículas
subatómicas. La partícula fundamental más ligera
que lleva carga eléctrica es el electrón, que
transporta una unidad de carga.

29. El magnetismo
• Es una fuerza fundamental del universo: Electromagnetismo
• Las fuerzas magnéticas se producen por el movimiento de partículas cargadas, lo
que indica la relación entre la electricidad y el magnetismo. Una aplicación es la
Brújula
• Los seres vivos responden al fenómeno del magnetismo principalmente con
respecto a su orientación.
• Se han descubierto bacterias “magneto tácticas” que se alinea y nadan en
direcciones de los campos magnéticos.
• Este fenómeno es parecido al de los organismos geotrópicos – que se orientan con
respecto a los campos gravitatorios
Es un fenómeno físico por el que los objetos
ejercen fuerzas de atracción o repulsión
sobre otros materiales

30. Bioelectromagnetismo
• El Bioelectromagnetismo, es una rama de las ciencias biológicas que estudia el
fenómeno consistente en la producción de campos magnéticos o eléctricos
producidos por seres vivos
• Este fenómeno incluye el potencial eléctrico de las membranas celulares y las
corrientes eléctricas que fluyen en nervios y músculos como consecuencia de su
potencial de acción.
• No confundirse con la bioelectromagnética, que se ocupa de los efectos de una
fuente externa de electromagnetismo sobre los organismos vivos
• Las células biológicas usan gradientes electrostáticos para almacenar energía
metabólica, para realizar trabajo o desencadenar cambios internos, e
intercambiarse señales.
• El bioelectromagnetismo es la corriente eléctrica producida por potenciales de
acción junto con los campos magnéticos que generan a través del fenómeno del
electromagnetismo.

31. BIOELECTROMAGNETISMO
• Disciplina que examina la eléctrica,
electromagnética y fenómenos magnéticos
que surgen en los tejidos biológicos.
– El comportamiento de los tejidos
excitables (las fuentes)
– La corriente eléctrica y potencial en el
conductor
– El campo magnético en y fuera del cuerpo
– La respuesta de células excitables a la
estimulación eléctrica y campo magnético
– Las propiedades eléctricas y magnéticas
intrínsecas del tejido

33. La superconductividad es un campo emocionante
de la física!
El cuadro muestra la levitación de un imán sobre un superconductor, el efecto de Meissner.)

34. Descubrimientos acerca de la
organización, maduración y
funcionamiento de los circuitos
cerebrales
• Se ha descubierto que el sistema mediante el
cual, el sistema nervioso central, desarrolla sus
funciones es por mecanismos electroestáticos

35. El crecimiento y desarrollo
del sistema nervioso central• Los conocimientos actuales
permiten concluir que el
crecimiento de las
terminaciones nerviosas,
está guiado por las fuerzas
de atracción y repulsión,
que son originadas por
diversas moléculas
ubicadas en la membrana
de las células, en la matriz
extracelular o en el espacio
intersticial

36. Factores con actividad de atracción axonal:
 cadherinas y las
moléculas de adhesión
molecular o CAM.
 netrinas

37. • En los últimos años, mucho se ha aprendido sobre la base molecular de las
vías nerviosas en el sistema visual durante el desarrollo embrionario.
• la guía de los axones de células ganglionares de la retina, son familias de
moléculas de orientación
• la relevancia potencial del guiado de los axones de la retina humana explica
trastornos del desarrollo visual, y se discute la regeneración de axones de
retina

38. Factores que Repelen:
 cadherinas Semaforinas
y Tenasinas
 Dichas moleculas se
localizan en membrana
(repulsión por contacto), o
en la matriz extracelular y el
espacio intersticial
(repulsión por difusión)

39. Esquematización de las fuerzas de atracción y repelencia
ejercidas por distintas moléculas, que determinan, en
última instancia, el crecimiento y recorrido de un axón.

40. • Mecanismos quimiotácticos que
dirigen la agrupación de los axones
en crecimiento para formar
fascículos y tractos nerviosos.