Biofisica

1. Biofísica
Dra. Dolores Villanueva Zambrano
Medico Docente

2. Biofísica
• La física es la base sobre la cual se asientan todas
las ciencias
• Las leyes físicas rigen el universo, pero no basta
para entender las leyes que rigen la vida
• El entendimiento de la vida es perfecto cuando se
integran los conocimientos físicos , químicos y los
biológicos
• El desarrollo del curso de biofísica le permitirá
entender la vida, la salud , la enfermedad y la
muerte , en función a aquella energía obtenida
“al principio”

3. ENERGÍA
• Concepto abstracto e imaginario.
• Actividad que tiende a cambiar las propiedades de
los cuerpos
• CAPACIDAD DE PRODUCIR TRABAJO.
• Propiedad inherente a los cuerpos, que al
transformarse por medio de reacciones o cambios (
Químicos y/o físicos) pueden liberar parte de su
energía
• Puede adoptar distintas formas convertibles directa o
indirectamente unas en otras: Radiación
electromagnética, Energía Potencial, Energía Eléctrica,
Energía Química (de enlace), Energía Cinética, Calor.

4. FORMAS DE EXPRESIÓN DE LA
ENERGÍA
• Trabajo mecánico (W): Producto del desplazamiento (x) por la
componente de la fuerza que actúa en la dirección del
desplazamiento (Fx).
• Energía Potencial (Ep): Capacidad de producir trabajo que
posee un sistema en virtud de su posición respecto a un plano
de referencia.
• Energía Cinética (Ec): Capacidad de producir trabajo que
posee un cuerpo en función de su movimiento.

5. FORMAS DE LA ENERGÍA
• Calor (Q): Energía en transito de un cuerpo que se haya a una temperatura
hacia otro que está a menor temperatura con el fin de igualar ambas.
• Energía Interna (U): Variable termodinámica (Función de estado)
indicativa del estado energético de las moléculas constitutivas de la
materia. Su valor se fija respecto a una referencia. Relacionada con otras
variables termodinámicas como Energía Libre (G), Entropía (S), Entalpía
(H).
• Energía Electromagnética: Asociada con la frecuencia de onda. E=hν.
Cuando interacciona con la materia toda o parte de esta energía puede ser
absorbida. Normalmente su absorción se expresa como un aumento de
temperatura.
• Energía Nuclear (Ec): Transformación de masa en energía de acuerdo a
E=mc2. Desintegraciones nucleares.

6. FUERZAS DEL UNIVERSO

7. Fuerzas del Universo
• Nuestro universo está regido por cuatro
fuerzas fundamentales: la gravedad, la fuerza
electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la
interacción débil.
• Los físicos intentan demostrar que, las cuatro
fuerzas pueden deducirse de una única fuerza
fundamental.

8. La fuerza nuclear fuerte
• La fuerza nuclear fuerte se presenta en el núcleo
de un átomo y mantiene unidos entre sí los
neutrones y los protones.
• Las partículas
encargadas de
transmitirla son los
gluones.

9. Interacción débil
• La interacción débil causa un tipo de desintegración
radiactiva, o división del núcleo de un átomo, conocida
como desintegración beta.
• Las partículas W y Z
transportan la
interacción débil.

10. La fuerza electromagnética
• La fuerza electromagnética afecta a todas las partículas
que tienen carga eléctrica, como los electrones.
• La fuerza
electromagnética es
transportada por
fotones, que también
componen la luz.

11. Gravedad
• La ley de la gravitación universal establece que
cada partícula de la materia del Universo atrae
a otra partícula con una fuerza directamente
proporcional al producto de sus masas, e
inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia que las separa.
• No obstante, el campo gravitacional se extiende al
infinito y la gravedad no desaparece por grande que
sea la distancia.

12. Aplicación de la Gravedad clásica
Biomecánica
Medicina Física y Rehabilitación
• Uno de los principales supuestos de la
biomecánica es que el cuerpo humano se
comporta de acuerdo con las leyes mecánicas de
Newton.
• No se asume que el cuerpo es una máquina, pero
sí que la estructura óseo-muscular se comporta
como un sistema mecánico en el cual las fuerzas y
las cargas aplicadas pueden ser cuantificadas.

13. BUSQUEDA DE LA GRAVEDAD
CUANTICA

16. MICROGRAVEDAD SOBRE
GENES Y PROTEÍNAS
• Es conocido que la microgravedad afecta a la densidad
ósea, pero no se había identificado genes y proteínas
afectadas por la microgravedad que puedan promover esos
trastornos.
• Investigadores de NASA en condiciones de microgravedad,
experimental, en órbita alrededor de la Tierra, han
analizado los efectos en células madre embrionarias
comprobándose que las células expuestas a la
microgravedad producen más proteínas que regulan de
manera negativa la densidad ósea, y menos proteínas con
efectos antioxidantes.
• La NASA, planea de construir una base en uno de los polos
de la Luna para el año 2024, con presencia humana
constante que sirva como escala para futuras misiones a
Marte y más allá.

17. EFECTOS DE LA MICROGRAVEDAD SOBRE LA BIOGÉNESIS DE
RIBOSOMAS Y LA PROLIFERACIÓN Y EL CICLO CELULAR EN PLANTAS
• La gravedad es un factor físico permanente en nuestro planeta,
presente en toda la evolución biológica.
• El crecimiento de las plantas depende de su orientación respecto a la
gravedad, mediante el gravitropismo. Se investigan las alteraciones
celulares inducidas por ausencia de gravedad en el nucleolo de células
proliferantes de plantas, la localización ultraestructural del DNA
nucleolar y de proteínas nucleolares en células meristemáticas de
plántas.
• La alteración de la gravedad produjo redistribución del rDNA y de
proteínas, mas un descenso en los niveles de éstas, lo cual sugiere
la disminución de la actividad del nucleolo en la síntesis y
procesamiento de precursores ribosómicos

18. • El experimento consistió en la germinación de semillas en
el espacio y los resultados se compararon con los obtenidos
de un experimento control en Tierra, en las mismas
condiciones, y otro realizado en microgravedad simulada.
• Las imágenes muestran cultivos de plántulas de Arabidopsis
thaliana crecidos en ambiente de gravedad (1 g; arriba) y
sin gravedad (abajo).
• En el 1er caso, el efecto gravitrópico provoca el crecimiento
alineado; en el 2do caso, la ausencia de gravitropismo
provoca crecimiento sin orientación
• La interpretación es que el ciclo celular se ve
profundamente alterado en el ambiente espacial.

19. TEORIA DE LAS CUERDAS

20. SUPERCUERDAS
• En la década de 1980, aparece el Modelo matemático de
la Teoría de cuerdas, considerando que todas las
partículas, y todas las formas de energía en el universo,
podrían estar constituidas por hipotéticas «cuerdas», un
conjunto infinitamente pequeño de elementos que sólo
tienen una dimensión: longitud, pero no poseen altura o
anchura.
• Las supercuerdas vibran a frecuencias distintas, según la
energía que posean: a más energía, mayor vibración y
sugiere que el universo se compone de Diez
dimensiones.
• Niveles de aumento de la materia:
– Materia.
– Estructura molecular.
– Átomos.
– Electrones.
– Quarks.
– Cuerdas.

21. 1. Partículas son cuerdas
2. Gravitación incluida
3. Unifica todas las partículas y fuerzas (sueño de Einstein)
4. El Universo tiene 10 (11) dimensiones
5. Nuestro universo 10d = 4d+6d (6d muy pequeñas)
• Existen cinco teorías de supercuerdas que
incluyen la gravedad: a partir de éstas se llegaría
a la obtención de una gran teoría unificada (GUT)

22. TEORÍA “M”

23. Teoría “M”
• En 1995, Edward Witten, planteo que las cinco
teorías de las Cuerdas, junto con la
Supergravedad en once dimensiones, eran
parte de la "Teoría M" (matriz).
• M, es el nombre de la teoría que pretende
explicar todo el universo, desde las partículas
elementales y los átomos hasta las galaxias y
el Big Bang.

24. Teoría “M”
• Según las investigaciones del fisico Itzhak Bars, el Universo
tendría dos dimensiones temporales, una dimensión temporal y
otra espacial, que hasta el momento han pasado completamente
inadvertidas.
• El primer modelo matemático para el tiempo y el espacio es de
Isaac Newton (1687) en sus Principios: El tiempo está separado del
espacio y por tanto no es afectado por los sucesos que en éste
último se produjeran. En este modelo el tiempo es como una línea
recta y es considerado eterno.
• En 1915 Albert Einstein propuso su Teoría General de la
Relatividad, un modelo nuevo donde se combina la dimensión
temporal con las tres espaciales para formar un continuó espacio-
tiempo.

25. • A diferencia de la teoría de Newton, aquí el
tiempo está entrelazado con el espacio, de
manera que no se curva el espacio sin involucrase
el tiempo.

26. • Los científicos trabajan desde hace años intentando
unificar la Teoría de la Gravedad y la Teoría Cuántica
• Recordemos que la Teoría de la Relatividad General
describe la fuerza de la gravedad y la estructura a gran
escala del Universo.
• La Mecánica Cuántica, por el contrario se ocupa de
fenómenos a escalas extremadamente pequeñas.
• Pero hasta ahora estas dos teorías son inconsistentes
entre sí.
• Falta algún eslabón entre las dos......Y ese eslabón podrían
ser dimensiones adicionales del espacio
• Muchos teóricos de hoy creen que existen hasta 11
dimensiones, 10 espaciales y una temporal :esta es la
llamada Teoría M.

27. “MULTIVERSOS”
• Una de las teorías más importantes de la cosmología y de la física
cuántica moderna señala que es muy posible que nuestro
universo sólo sea uno más entre un ramillete de universos –
posiblemente infinitos.
• Esta misma teoría, conocida como multiverso, haciendo honor a
su nombre se desdobla en múltiples teorías, todas las cuales
abordan esta posibilidad con un sustento teórico-matemático.
• El término “multiverso” fue acuñado por el famosos psicólogo
William James (hermano del novelista Henry), quizás la primera
consideración física fue la realizada por Hugh Everett en 1957,
con su teoría de los muchos mundos.

28. Multiversos
• Esta teoría, que explica la mecánica cuántica, a grandes
rasgos sugiere que ciertas observaciones no pueden
predecirse del todo; en cambio, hay una amplia gama de
posibles observaciones con una diferente probabilidad:
cada una de las posibles observaciones corresponde a otro
universo.
• Posibles Multiversos de esta teoría en la física de
vanguardia
1- Infinitos Universos
2- Universos Burbuja
3- Universos Paralelos
4- Universos Hijos
5- Universos Matemáticos

29. CAMBIO CLIMATICO
• EL DEVENIR EVOLUTIVO DEL CLIMA EN NUESTRO
PLANETA, distingue periodos fríos o GLACIACIONES y
periodos de clima más cálido llamados PERIODOS
INTERGLACIALES.
• Dentro de un periodo interglaciar se distinguen
óptimos y crisis climáticas,
• En la actualidad nos encontramos en un periodo
interglaciar, donde la temperatura media del planeta es
de 15ºC, pero no siempre ha sido así.
• Las variaciones de la temperatura media terrestre
registradas desde el Precámbrico hasta la actualidad se
deben a distintas causas o factores.

30. CAMBIO CLIMATICO
Por factores
geológicos
La deriva continental,
tectónica de placas:
Explica la distribución
de mares océanos y
continentes a lo largo
del tiempo, factor de
gran influencia en el
clima global.
La actividad volcánica
puede provocar el
enfriamiento
transitorio pero no
una crisis climática
prolongada ni un
periodo glacial como
la anterior
Por factores
astronómicos
El impacto de meteoritos de diámetro
superior a 0.5km podría provocar un
cambio de condiciones climáticas
La variación de las «constantes»
astronómicas de la Tierra
La precesión del eje terrestre varia
cada 25000 años aproximadamente,
La variación de la excentricidad de la
órbita terrestre oscila entre con un
valor máximo de 0.6 donde la órbita es
bastante elíptica, en un periodo de
100000 años.
La oblicuidad del eje de rotación
terrestre varía desde 21,6 a 24,5º con
una periodicidad de 41000 años. En la
actualidad su valor es de 23,5º y nos
encontramos en fase de disminución.
Por factores
solares
Variación de la
«constante solar»-
con alta y baja
actividad, cada 11
años.
Provocan
cambios
La “pequeña edad
del hielo”
coincidió con una
época de baja
actividad.

31. Concentración de CO2 en el observatorio del
Mauna Loa, Hawai
CAMBIO CLIMATICO
En la ACTUALIDAD
El cambio climático
es y será un
problema global que
deben enfrentar todas
las naciones del
mundo.
El ser humano
agrega un factor: CO2
Los efectos adversos
del cambio climático
son imposibles de
predecir con
exactitud.