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Clase iii bio fisica

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Repaso de Àtomos… En física y química,  átomo  (Del latín  atomum , y éste del  griego   άτομον ,  indivisible ) es la unidad  más pequeña  de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. La teoría aceptada hoy, es que el  átomo  se compone de un núcleo de carga positiva formado por  protones  y  neutrones , ambos conocidos como nucleones, alrededor del cual se encuentran una  nube de electrones  de carga negativa. Los átomos son las partes más pequeñas de un elemento (como el carbono, el hierro o el oxígeno). Todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma estructura electrónica (responsable esta de la gran mayoría de las características químicas), pudiendo diferir en la cantidad de neutrones (isótopos).  Las moléculas son las partes más pequeñas de una sustancia (como el azúcar), y se componen de átomos enlazados entre sí. Si tienen  carga eléctrica , tanto átomos como moléculas se llaman  iones :  cationes  si son positivos,  aniones  si son negativos.
Los  enlaces  son las uniones entre átomos para formar moléculas. Siempre que existe una molécula es porque ésta es  más estable  que los átomos que la forman por separado. A la diferencia de energía entre estos dos estados se le denomina energía de enlace. Generalmente, los átomos se combinan en proporciones fijas para dar moléculas. Por ejemplo, dos átomos de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno para dar una molécula de agua. Esta proporción fija se conoce como estequiometría. Para una  descripción  y  comprensión  detalladas de las reacciones químicas y de las propiedades físicas de las diferentes sustancias, es muy útil su descripción a través de  orbitales , con ayuda de la  mecánica cuántica. Un  orbital atómico  es una función matemática que describe la  disposición   de uno o dos electrones en un átomo. Un  orbital molecular  es análogo, pero para moléculas.
Protones : Partícula de carga eléctrica  positiva  igual a una carga elemental. Neutrones : Partículas  carentes de carga eléctrica.   El núcleo más sencillo es el del hidrógeno, formado únicamente por un protón. El núcleo del siguiente elemento en la tabla periódica, el helio, se encuentra formado por dos protones y dos neutrones. La cantidad de protones contenidas en el núcleo del átomo se conoce como  número atómico , el cual se representa por la letra  Z  y se escribe en la parte inferior izquierda del  símbolo químico.  Es el que distingue a un elemento químico de otro. Según lo descrito anteriormente, el número atómico del hidrógeno es 1 (1H), y el del helio, 2 (2He).
La cantidad total de nucleones que contiene un átomo se conoce como  número másico , representado por la letra  A  y escrito en la parte superior izquierda del símbolo químico. Para los ejemplos que vimos  anteriormente, el número másico del hidrógeno es 1(1H), y el del helio, 4(4He). Nube Electrónica Alrededor del núcleo se encuentran los electrones que son partículas elementales de carga negativa igual a una carga elemental y con una masa de 9.10x10-31 kg. La cantidad de electrones de un átomo en su estado basal es igual a la cantidad de protones que contiene en el núcleo , es decir, al número atómico, por lo que un átomo en estas condiciones tiene una carga eléctrica neta igual a 0. A diferencia de los nucleones, un átomo puede perder o adquirir algunos de sus electrones sin modificar su identidad química,  transformándose en un ión, una partícula con carga neta diferente de cero.
Los enlaces químicos resultan de interacciones electrostáticas y se los clasifican en tres grandes grupos,  e nlace iónico ,  enlace covalente  y  enlace metálico .   1)         Enlace iónico : resulta de las interacciones electrostáticas entre iones de  cargas opuestas . 2)        Enlace covalente : es el resultado de  compartir electrones  entre dos átomos. 3)        Enlace metálico : cada átomo está unido a varios átomos vecinos por electrones que son relativamente libres de moverse a través de la estructura tridimensional.
Conceptos generales de bioquímica y biofísica

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  • 1. Repaso de Àtomos… En física y química, átomo (Del latín atomum , y éste del griego άτομον , indivisible ) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. La teoría aceptada hoy, es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones , ambos conocidos como nucleones, alrededor del cual se encuentran una nube de electrones de carga negativa. Los átomos son las partes más pequeñas de un elemento (como el carbono, el hierro o el oxígeno). Todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma estructura electrónica (responsable esta de la gran mayoría de las características químicas), pudiendo diferir en la cantidad de neutrones (isótopos). Las moléculas son las partes más pequeñas de una sustancia (como el azúcar), y se componen de átomos enlazados entre sí. Si tienen carga eléctrica , tanto átomos como moléculas se llaman iones : cationes si son positivos, aniones si son negativos.
  • 2. Los enlaces son las uniones entre átomos para formar moléculas. Siempre que existe una molécula es porque ésta es más estable que los átomos que la forman por separado. A la diferencia de energía entre estos dos estados se le denomina energía de enlace. Generalmente, los átomos se combinan en proporciones fijas para dar moléculas. Por ejemplo, dos átomos de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno para dar una molécula de agua. Esta proporción fija se conoce como estequiometría. Para una descripción y comprensión detalladas de las reacciones químicas y de las propiedades físicas de las diferentes sustancias, es muy útil su descripción a través de orbitales , con ayuda de la mecánica cuántica. Un orbital atómico es una función matemática que describe la disposición de uno o dos electrones en un átomo. Un orbital molecular es análogo, pero para moléculas.
  • 3. Protones : Partícula de carga eléctrica positiva igual a una carga elemental. Neutrones : Partículas carentes de carga eléctrica. El núcleo más sencillo es el del hidrógeno, formado únicamente por un protón. El núcleo del siguiente elemento en la tabla periódica, el helio, se encuentra formado por dos protones y dos neutrones. La cantidad de protones contenidas en el núcleo del átomo se conoce como número atómico , el cual se representa por la letra Z y se escribe en la parte inferior izquierda del símbolo químico. Es el que distingue a un elemento químico de otro. Según lo descrito anteriormente, el número atómico del hidrógeno es 1 (1H), y el del helio, 2 (2He).
  • 4. La cantidad total de nucleones que contiene un átomo se conoce como número másico , representado por la letra A y escrito en la parte superior izquierda del símbolo químico. Para los ejemplos que vimos anteriormente, el número másico del hidrógeno es 1(1H), y el del helio, 4(4He). Nube Electrónica Alrededor del núcleo se encuentran los electrones que son partículas elementales de carga negativa igual a una carga elemental y con una masa de 9.10x10-31 kg. La cantidad de electrones de un átomo en su estado basal es igual a la cantidad de protones que contiene en el núcleo , es decir, al número atómico, por lo que un átomo en estas condiciones tiene una carga eléctrica neta igual a 0. A diferencia de los nucleones, un átomo puede perder o adquirir algunos de sus electrones sin modificar su identidad química, transformándose en un ión, una partícula con carga neta diferente de cero.
  • 5. Los enlaces químicos resultan de interacciones electrostáticas y se los clasifican en tres grandes grupos, e nlace iónico , enlace covalente y enlace metálico .   1)        Enlace iónico : resulta de las interacciones electrostáticas entre iones de cargas opuestas . 2)       Enlace covalente : es el resultado de compartir electrones entre dos átomos. 3)       Enlace metálico : cada átomo está unido a varios átomos vecinos por electrones que son relativamente libres de moverse a través de la estructura tridimensional.
  • 6. Conceptos generales de bioquímica y biofísica
  • 7. La observación de un fenómeno es en general, incompleta a menos que dé lugar a una información cuantitativa. Para obtener dicha información, se requiere la medición de una propiedad física . La medición es la técnica por medio de la cual asignamos un número a una propiedad física, como resultado de una comparación de dicha propiedad con otra similar tomada como patrón, la cual se ha adoptado como unidad. Para que las mediciones sean coherentes tiene que existir un consenso entre las personas que miden… Magnitudes Físicas
  • 8. El Sistema Internacional de Unidades , abreviado SI es el sistema de unidades más extensamente usado. Junto con el antiguo sistema métrico decimal, que es su antecedente y que ha mejorado, el SI también es conocido como sistema métrico , especialmente en las naciones en las que aún no se ha implantado para su uso cotidiano. Se creó en 1960 por la Conferencia General de Pesas y Medidas, que inicialmente definió seis unidades físicas básicas o fundamentales.
  • 9. Unidades básicas Magnitud Nombre Símbolo Longitud metro m Masa kilogramo kg Tiempo segundo s Intensidad de corriente Eléctrica ampere A Temperatura termodinámica kelvin K Cantidad de sustancia mol mol Intensidad luminosa candela cd
  • 10. *La longitud (del latín longitudo ): La distancia existente entre dos puntos. En el Sistema Internacional de Unidades se mide en metros. *La masa es una propiedad de los objetos físicos que, básicamente, mide la cantidad de materia contenida en un cuerpo. Es un concepto central en la mecánica clásica y disciplinas afines. En el Sistema Internacional de Unidades se mide en kilogramos. *El tiempo es la duración de las cosas sujetas a cambio. Es la magnitud física que permite parametrizar el cambio, esto es, que permite ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un presente y un futuro. Su unidad básica en el sistema internacional (SI) es el segundo; de éste parte la secuencia para medir el tiempo. Su símbolo es s (debido a que es un símbolo y no una abreviatura, no se debe escribir con mayúsculas, ni agregar un punto posterior), no seg. *La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que pasa a través de una sección en una unidad de tiempo. La unidad en el Sistema internacional de unidades es el amperio. *La temperatura es un parámetro físico descriptivo de un sistema que caracteriza el calor, o transferencia de energía térmica, entre ese sistema y otros
  • 11. Cantidad de sustancia : relación entre el peso o volumen y la cantidad de materia. Se define originalmente como «la cantidad de átomos de 12C contenidos en 12 gramos de este elemento».
  • 12. Movimiento es el resultado de todo tipo de cambio o variación. De acuerdo con este criterio el movimiento puede ser social, económico, biológico, físico, etc. El movimiento mecánico es el tipo más elemental de movimiento. Biomecánica El movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición que experimentan los cuerpos de un sistema, o conjunto, en el espacio con respecto a ellos mismos o con arreglo a otro cuerpo que sirve de referencia. Todo cuerpo en movimiento describe una trayectoria . La parte de la física que se encarga del estudio del movimiento sin estudiar sus causas es la cinemática . La parte de la física que se encarga del estudio de las causas del movimiento es la dinámica .
  • 13. En general, en el estudio del movimiento lo más interesante es determinar la posición de un objeto en cualquier momento . Es por eso que la parte más importante de un modelo de movimiento son las expresiones que relacionan la posición con el tiempo . Un objeto se pone en movimiento cuando es empujado o arrastrado por una fuerza o sometido a ella. Aunque en la naturaleza existen muchos tipos de fuerzas, los efectos de cualquiera de ellas se describen mediante tres leyes generales del movimiento formuladas por Isaac Newton. Si empujamos o arrastramos un objeto, estamos ejerciendo una fuerza sobre él. Todas las fuerzas tiene un módulo y una dirección , por lo tanto son magnitudes vectoriales.
  • 14. La fuerza neta o total ejercida sobre un objeto es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el mismo. Por ej. Si dos fuerzas de igual módulo, pero sentido contrario actúan sobre un mismo cuerpo, la fuerza total sobre el mismo es nula. F1 F2 F1 + F2= 0 F= F1+F2
  • 15. Bien, masa es la medida de cuanta materia hay en un objeto; el peso es una medida de cuanta fuerza ejerce la gravedad sobre ese objeto . Su propia masa es la misma no importa si esta--en la tierra, en la luna, o flotando en el espacio--porque la cantidad de materia de que ustedes están hechos no cambia. Pero su peso depende de cuánta fuerza gravitatoria esté actuando sobre usted en ese momento; usted pesaría menos en la luna que en la tierra, y en el espacio interestelar, ustedes pesarían prácticamente nada. Pero si permanecemos en la tierra, la gravedad es siempre la misma, entonces realmente no importa si se habla de masa o peso.
  • 16. Según en el sistema que se trabaje la fuerza tiene distintas unidades, nosotros como trabajamos con el SI usamos los Newton (N). Un tipo de fuerza muy importante es la de la gravedad sobre un objeto, como dijimos anteriormente a esta fuerza se la llama: PESO . Peso = W g En la tierra es = 9.8ms2- Muy relacionada con el peso aparece la masa (o masa gravitatoria) de un cuerpo. Su fórmula esta dada por el peso y la gravedad del lugar. m = w g
  • 17. Una fuerza es algo que arrastra o empuja a un cuerpo. La fuerza que la gravedad hace sobre un objeto se denomina peso y la masa gravitatoria de un objeto es su peso dividido la gravedad (la aceleración gravitatoria). Resumiendo…
  • 18. Las leyes de Newton: De repente el colectivo frena. Cabeceas violentamente, los libros que llevabas en las rodillas se proyectan hacia delante. Extiendes la mano para no dar con la cabeza en el respaldo del asiento de enfrente. Los que van de pie se aplastan unos contra otros. Acabas de experimentar en carne propia todas las leyes del movimiento de Newton juntas. Cuando al frenar el colectivo sentís que te vas de frente y se te caen los libros de las rodillas está pasando una cosa muy curiosa: el cuerpo y los libros no quieren frenar con el colectivo; quieren seguir moviéndose igual que antes. Primera ley: La inercia…
  • 19. Si en lugar de frenar el vehículo diera una vuelta cerrada, en vez de que se fueran de frente sentirían que se van para un lado. Los libros salen volando hacia el lado contrario a la dirección de la vuelta. Los objetos, si nadie se opone, prefieren seguirse moviendo en línea recta y tratarán de hacerlo siempre que puedan. Los carritos del súper son muy difíciles de poner en movimiento cuando están muy llenos. Para que alcancen una velocidad respetable tienes que empujarlos muy fuerte, o durante mucho tiempo, o las dos cosas. Igual para pararlos una vez que van a toda velocidad. O sea que mientras más lleno el carrito, más se opone a los cambios de movimiento. La propiedad física que mide cuánto se opone un cuerpo a los cambios de movimiento se llama inercia . Todo objeto continúa en estado de reposo, o de movimiento uniforme rectilíneo, a no ser que sobre él actúen fuerzas que le hagan cambiar de estado.
  • 20. Antes del siglo XVII todo el mundo creía que para mantener un objeto en movimiento a velocidad constante hacía falta una fuerza constante. ¿Qué pasa cuando dejas de empujar un carrito de juguete, por ejemplo? Se para, ¿no? La experiencia cotidiana, al parecer, confirma esta creencia. A principios del siglo XVII Galileo Galilei se puso a hacer experimentos con pelotas y planos inclinados. Soltó una pelota por un plano inclinado desde cierta altura. La pelota bajó y luego subió por otro plano inclinado. Usando bolas y planos muy lisos Galileo observó que las pelotas subían casi hasta el mismo nivel del que habían partido. Casi, pero no exactamente. ¿Por qué? Galileo se dijo que el intervalo que les faltaba para llegar hasta el mismo nivel se debía a que algo perdía la pelota en su camino debido a la fricción . Pero si pudiera eliminarse la fricción completamente, ¿qué pasaría? Galileo pensaba que sin fricción las pelotas llegarían exactamente hasta la misma altura de que partieron. La pelota no llega exactamente al mismo nivel. ¿Por qué?
  • 21. Entonces a Galileo se le ocurrió la siguiente variación sobre su experimento: hacer bajar gradualmente el plano inclinado por el que sube la pelota después de bajar por el plano inclinado inicial y lanzar pelotas a cada paso. ¿Hasta dónde sube la pelota cuando el segundo plano inclinado está menos inclinado que el primero? Si el segundo plano inclinado está menos inclinado que el primero, la pelota recorre una distancia mayor en ese plano para llegar hasta el mismo nivel Luego Galileo se preguntó: ¿y si el segundo plano no está inclinado en absoluto? ¿Hasta dónde llega la pelota?
  • 22. Galileo concluyó que, cuando se elimina la fuerza de fricción que hace perder impulso, los objetos en movimiento siguen en movimiento sin necesidad de fuerza. Para parar un objeto, o para ponerlo en movimiento si está en reposo se necesita aplicar una fuerza.
  • 23. ¿Cuál de estos dos objetos alcanzará más rápido la velocidad de 1 metro por segundo?
  • 24. Aplicar una fuerza a un objeto produce una aceleración (un aumento o disminución de la velocidad). A mayor fuerza, mayor aceleración. Pero al mismo tiempo a mayor masa, menor aceleración. Isaac Newton encontró la relación exacta entre intensidad de la fuerza, masa y aceleración: F = m x a Segunda ley de Newton
  • 25. Tercera Ley de Newton… Cuando te apoyas en la pared estás ejerciendo una fuerza sobre ella. La pared al mismo tiempo ejerce una fuerza sobre vos: es el apretón que sentís en el hombro o en la mano. Cuando ejerces una fuerza sobre un objeto, el objeto reacciona ejerciendo una fuerza sobre vos. Las fuerzas suelen venir en parejas .
  • 26. En estas parejas de fuerzas se puede distinguir una fuerza que actúa sobre un objeto y otra que es la respuesta de ese objeto a la fuerza que siente. Se les llama fuerza de acción y fuerza de reacción . Para cada acción existe siempre una reacción igual pero en sentido opuesto.
  • 27. Fuerza de rozamiento… Le rozamiento es una fuerza que siempre se opone al deslizamiento de un objeto sobre otro. Las fuerzas de rozamiento son muy importantes ya que nos permiten andar, utilizar vehículos de ruedas, sostener libros, etc. El rozamiento proviene de muchos pequeños enlaces ocasionales entre los puntos de contacto de ambas superficies. Las fuerzas de rozamiento en los fluidos se llaman fuerzas viscosas . Cuando andamos o corremos no nos damos cuenta de ningún rozamiento en las rodillas ni en las articulaciones de las piernas. Estas y muchas otras articulaciones en los mamíferos se encuentran bien lubricadas mediante el fluido sinovial , que pasa a través del cartílago que reviste a las articulaciones cuando éstas se mueven. Este lubricante tiende a ser absorbido cuando la articulación esta en reposo., aumentando entonces el rozamiento y facilitando a mantener una posición fija.
  • 28.
  • 29. En la forma más común de uso de la palanca se considera únicamente a dos fuerzas: una carga o resistencia , que suele ser el peso de un objeto que se desea mover; y una potencia , que es la fuerza que se ejerce para causar el movimiento. FpBp = FrBr Donde Fp y Fr son las fuerzas de potencia y resistencia, respectivamente; y Bp y Br sus respectivos brazos de palanca. Alicate Carretilla, casca nueces El eje se encuentra entre la resistencia y el esfuerzo La resistencia se encuentra entre el eje y el esfuerzo
  • 30. En la palanca de tercer tipo, la fuerza de potencia se encuentra entre el fulcro y la fuerza de resistencia. El tercer tipo es notable porque la fuerza aplicada debe ser mayor que la fuerza que se requeriría para mover el objeto sin la palanca. Este tipo de palancas se utiliza cuando lo que se requiere es amplificar la distancia que el objeto recorre. Brazo humano El esfuerzo se encuentra entre el el eje y la resistencia.
  • 31. El sistema locomotor de un vertebrado constituye una estructura que, desde el punto de vista mecánico, está compuesto por unidades contráctiles: músculos , que ejercen fuerzas de tracción mediante cuerdas: los tendones , sobre un sistema de palancas articuladas: los huesos y las articulaciones . Todos los músculos pueden ejercer fuerzas de tracción en la dirección de sus fibras y éste es el único tipo de fuerza fisiológicamente útil.   En el cuerpo humano se hallan ejemplos de palancas de los tres generos, pero las más numerosas son las de tercer género Tipo 1: *Este tipo de palanca se produce durante el balanceo de la cabeza. La palanca está representada por el cráneo. El fulcro lo representan las  articulaciones occipitoatloideas. El peso se halla situado en la parte anterior, en la cara. El esfuerzo o la fuerza sería realizado por la contracción de los músculos posteriores del cuello, con su  inserción en el hueso occipital. *Los movimientos de inclinación de la pelvis sobre las cabezas femorales
  • 32. Tipo 2:         Característica . La palanca de segundo género posee una ventaja mecánica , de manera que favorece a la potencia .   Ej: Existen ejemplos de este tipo de palanca en las extremidades del cuerpo. Se observa en la extremidad inferior. Un ejemplo específico es cuando se elevan los talones para mantenerse de  puntas de pie. En este caso: La palanca : Representada por los huesos tarsianos y metatarsianos se estabilizan por la acción muscular para formar la palanca. El fulcro : Se halla situado en la articulación metatarsofalángica y el peso del cuerpo se transmite al astrágalo a través de la articulación del tobillo. El esfuerzo (o fuerza) : Se aplica en la inserción del tendón de Aquiles por la contracción de los músculos de la pantorrilla.   Además, hay presente palancas de tercer género en el en el brazo. En esta situación, se puede observar durante la acción del músculo supinador largo, que flexiona la articulación del codo, puede considerarse como otro tipo de palanca relativamente poco frecuente en el cuerpo humano.
  • 33. Tipo 3:         En el cuerpo humano existen muchos más ejemplos de palancas de tercer género que de los otros tipos. Característica . Este tipo de palanca, en el que existe siempre una desventaja mecánica , es la palanca de velocidad , en la que la pérdida de la ventaja mecánica se compensa sobradamente por la ventaja que se logra por la rapidez y amplitud del movimiento. Tanto en los tiempos del hombre primitivo como en los modernos, se ha demostrado que la rapidez y la amplitud del  movimiento son mucho más útiles que la potencia.   Ej: . Cuando la palanca es el antebrazo, el fulcro se halla en la articulación del codo, y cuando el esfuerzo es realizado por el músculo bíceps y el peso es algún objeto sostenido en la mano, podrá observarse que una pequeña contracción muscular se traducirá en un  movimiento mucho más extenso y rápido de la mano. Otro ejemplo simple es la acción de los músculos posteriores del muslo al flexionar la rodilla.
  • 34. Termodinámica La termodinámica es la rama de la física que estudia la energía , la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor , y su capacidad para producir un trabajo . Un sistema puede ser cualquier objeto, masa, región del espacio, etc., seleccionado para estudiarlo y aislarlo (mentalmente) de todo lo demás, que pasa a ser el entorno del sistema. El sistema y su entorno forman el universo . La distinción entre sistema y entorno es arbitraria: el sistema es lo que el observador ha escogido para estudiar. La envoltura imaginaria que encierra un sistema y lo separa del entorno se llama frontera del sistema y puede pensarse que tiene propiedades especiales que sirven para: a) aislar el sistema de su entorno o para b) permitir la interacción de un modo específico entre el sistema y su ambiente.
  • 35. Un sistema aislado es aquel que no puede intercambiar materia ni energía con su entorno. Un sistema cerrado es aquel que sólo puede intercambiar energía con su entorno, pero no materia. Un sistema abierto es aquel que puede intercambiar materia y energía con su entorno. Sistema termodinámico Un sistema termodinámico es un sistema macroscópico cuyas características microscópicas (la posición y la velocidad de las partículas en cada instante) es inaccesible y donde sólo son accesibles sus características estadísticas. El estado de un sistema representa la totalidad de las propiedades macroscópicas asociadas con él. Cualquier sistema que muestre un conjunto de variables identificables tiene un estado termodinámico, ya sea que esté o no en equilibrio.
  • 36. Se dice que ocurre una transformación en un sistema si, como mínimo, cambia de valor una variable de estado dentro del mismo a lo largo del tiempo . Si el estado inicial es distinto del estado final, la transformación es abierta . Si los estados inicial y final son iguales, la transformación es cerrada . Si el estado final es muy próximo al estado inicial, la transformación es infinitesimal . El interés de la termodinámica se centra en los estados inicial y final de las transformaciones, independientemente del camino seguido. Eso es posible gracias a las funciones de estado.