Universidad de Guayaquil Blog de Biofísica- Biofísica una ciencia básica en la biomedicina : Unidad 1

PRINCIPIOS DE LA BIOFÍSICA

La biofísica es la ciencia que estudia la biología con los principios y métodos de la física. Se discute si la biofísica es una rama de la física o de la biología. Desde un punto de vista puede concebirse que los conocimientos y enfoques acumulados en la física "pura" pueden aplicarse al estudio de los sistemas biológicos.

En ese caso la biofísica le aporta conocimientos a la biología, pero no a la física, sin embargo, le ofrece a la física evidencia experimental que permite corroborar teorías.

Ejemplos en ese sentido son la física de la audición, la biomecánica, los motores moleculares, comunicación molecular, entre otros campos de la biología abordada por la física, (Cereijido, 2012).

LA FORMACIÓN DEL UNIVERSO Y EL ORIGEN DE LA VIDA

No hay elementos ni indicios que nos permitan retroceder más en el pasado. Nuestras nociones de tiempo, temperatura, espacio y energía pueden aplicar debido a las intensas temperaturas. Además, consideramos el Big Bang como el origen del universo, pero también del tiempo. El espacio, la materia y el tiempo son indisociables. El Big Bang es el momento en que esas nociones empiezan a ser utilizables. Es, por tanto, elegido el origen del universo por comodidad. (Camerano, 2014).

LA BIOFÍSICA Y LA MEDICINA MODERNA

La Biofísica ha hecho grandes aportes a la Medicina. El conocimiento Biofísico ha sido el pilar fundamental para el entendimiento de los fenómenos fisiológicos que son base del funcionamiento del organismo humano en estado normal y patológico.

Dentro de ellos podemos mencionar: la recepción de señales exteriores por parte del organismo, la transmisión del impulso nervioso, los procesos biomecánicos del equilibrio y desplazamiento del organismo humano, la óptica geométrica del ojo, la transmisión del sonido hasta el oído interno y el cerebro, la mecánica de la circulación sanguínea, de la respiración pulmonar, etc.

De otro lado, el establecimiento de las bases biofísicas de los fenómenos arriba mencionados ha sido básico para el desarrollo de dispositivos técnicos, aparatos y medidores para obtener bioinformación, (Alegre, 2015)

LA CIENCIA: MÉTODO CIENTÍFICO

La ciencia es el conjunto coordinado de explicaciones sobre el porqué de los fenómenos que observamos, o sea, de las causas de esos fenómenos. Para construir la ciencia se investigan las causas y determina su ordenamiento.

El método científico es el modo ordenado de proceder para el conocimiento de la verdad, en el ámbito de determinada disciplina científica. A su vez, es un conjunto sistemático de criterios de acción y de normas que orientan el proceso de investigación.

El conocimiento científico y las ciencias surgen como resultado de la aplicación del método científico = conocimiento científico investigativa.

La Investigación científica + método científico = conocimiento científico = ciencia. (Menéndez, 2015)

La Materia

ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Actualmente sabemos que la materia se encuentra compuesta de átomos. En el núcleo se encuentran los protones y neutrones.

Los protones poseen carga eléctrica positiva, mientras que los neutrones no tienen carga. En la corteza se encuentran los electrones, orbitando en torno al núcleo y poseen carga eléctrica igual a la de los protones, pero de signo negativo.

Los átomos de los distintos elementos se diferencian en el nº de estas partículas que contienen, y por ello se utiliza para describir su estructura el concepto de:

NÚMERO ATÓMICO Y NUMERO DE MASA

El electrón:

El electrón, comúnmente representado por el símbolo: e-, es una partícula subatómica de tipo termiónico. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones, formando orbitales atómicos dispuestos en sucesivas capas.

El protón:

En física, el protón es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva 1 (1.6 × 10-19 C). Igual en valor absoluto y de signo contrario a la del electrón, y una masa 1.836 veces superior a la de un electrón.

Neutrón:

El neutrón es una partícula subatómica sin carga neta, presente en el núcleo atómico de prácticamente todos los átomos, excepto el proteo. Aunque se dice que el neutrón no tiene carga, en realidad está compuesto por tres partículas fundamentales cargadas llamadas quarks, cuyas cargas sumadas son cero

El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos, a excepción del isótopo hidrógeno-1. La interacción nuclear fuerte es responsable de mantenerlos estables en los núcleos atómicos.

Positrón o electrón positivo:

El positrón o antielectrón es una partícula elemental, antipartícula del electrón, posee la misma cantidad de masa y carga eléctrica sin embargo, esta es positiva.2 No forma parte de la materia ordinaria, sino de la antimateria, aunque se producen en numerosos procesos radioquímicas como parte de transformaciones neutrones, que son las distintas partículas que configuran el átomo. (Hinestroza, 2013)

Subatómico: este nivel es el más simple de todo y está formado por electrones, protones y neutrones, que son las distintas partículas que configuran el átomo.

Átomo: es el siguiente nivel de organización. Es un átomo de oxígeno, de hierro, de cualquier elemento químico.

Moléculas: consisten en la unión de diversos átomos diferentes para forma, por ejemplo, oxígeno en estado gaseoso, dióxido de carbono, o simplemente carbohidratos, proteínas, lípidos.

Celular: las moléculas se agrupan en unidades celulares con vida propia y capacidad de autor replicación.

Tisular: las células se organizan en tejidos: epitelial, adiposo, nervioso, muscular... Orgánulo: los tejidos están estructuras en órganos: corazón, bazo, pulmones, cerebro, riñones.

Sistémico o de aparatos: los órganos se estructuran en aparatos digestivos, respiratorios, circulatorios, nerviosos.

Organismo: nivel de organización superior en el cual las células, tejidos, órganos y aparatos de funcionamiento forman una organización superior como seres vivos: animales, plantas, insectos.

Población: los organismos de la misma especie se agrupan en determinado número para formar un núcleo poblacional: una manada de leones, o lobos, un bosque de arces, pinos.

Comunidad: es el conjunto de seres vivos de un lugar. Por ejemplo; un conjunto de seres vivos diferentes, está formada por distintas especies.

Ecosistema: es la interacción de la comunidad biológica con el medio físico, con una distribución espacial amplia.

Paisaje: es un nivel de organización superior que comprende varios ecosistemas diferentes dentro de una determinada unidad de superficie. Por ejemplo, el conjunto de vid, olivar y almendros características de las provincias del sureste español.

Región: es un nivel superior al de paisaje y supone una superficie geográfica que agrupa varios paisajes.

Bioma: Son ecosistemas de gran tamaño asociados a unas determinadas características ambientales: macro climáticas como la humedad, temperatura, radiación y se basan en la dominancia de una especie aunque no son homogéneos. Un ejemplo es la taiga que se define por las coníferas que es un elemento identificador muy claro pero no homogéneo, también se define por la latitud y la temperatura.

Biosfera: es todo el conjunto de seres vivos y componentes inertes que comprenden el planeta tierra, o de igual modo es la capa de la atmósfera en la que existe vida y que se sustenta sobre la litosfera. (Universidad Nacional de San Luis, 2010)

CLASIFICACION DE LOS COMPUESTOS QUÍMICOS

Compuestos Binarios: Aquellos que tienen 2 electrones, en los cuales destacan el Ácido, Óxido, Anhídrido, Sal, Peróxido, Hidruro.

Compuestos Terciarios: Aquellos que tienes 3 electrones, en los cuales destacan Orto, Meta, Piro.

Compuestos Cuaternarios: Los que tienen 4 electrones, en esta rama entran los radicales.

A continuación se explican algunos de los compuestos binarios más importantes:

Óxidos: Se llama óxidos a los compuestos que se forman al combinarse oxigeno con los elementos. Puesto que los elementos se clasifican en metales y no metales, hay tres clases de óxidos metálicos o básicos y oxácidos.

Peróxidos: Algunos óxidos tienen un átomo más de oxigeno que los óxidos ordinarios. Para designar a estas sustancias se agrega el prefijo Per. En los peróxidos, el oxígeno funciona con valencia 1, por lo tanto el peróxido se forma con un metal y en oxígeno.

Anhídridos: Se forman gracias a la combinación de los no metales con el oxígeno.

Base: Las bases o hidróxidos se caracterizan por tener en solución acuosa el radical hidroxilo. Por lo tanto los Hidróxidos se forman con en metal y un (OH)-1.

Ácido: Los ácidos son compuesto que se forman con un hidrogeno y un no metal.

Sal: las sales son compuestos que se forman gracias a la unión de un metal con un no metal. (Universidad de Alcalá, 1995)

LA TABLA PERIÓDICA

Se conoce como tabla periódica de los elementos, sistema periódico o simplemente como tabla periódica, a un esquema  diseñado para organizar y segmentar cada elemento químico, de acuerdo a las propiedades y particularidades que posea. Es una herramienta fundamental para el estudio de la química pues permite conocer las semejanzas entre diferentes elementos y comprender qué puede resultar de las diferentes uniones entre los mismos.

CLASIFICACIÓN

Grupos:

A las columnas verticales de la tabla periódica se les conoce como grupos. Hay 18 grupos en la tabla periódica estándar, de los cuales diez son grupos cortos y los ocho restantes largos, que muchos de estos grupos correspondan a conocidas familias de elementos químicos: la tabla periódica se ideó para ordenar estas familias de una forma coherente y fácil de ver.

Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia atómica, entendido como el número de electrones en la última capa, y por ello, tienen propiedades similares entre sí.

Los grupos de la tabla periódica son:

Grupo 1 (I A): Los metales alcalinos

Grupo 2 (II A): Los metales alcalinotérreos

Grupo 3 (III B): Familia del Escandio

Grupo 4 (IV B): Familia del Titanio

Grupo 5 (V B): Familia del Vanadio

Grupo 6 (VI B): Familia del Cromo

Grupo 7 (VII B): Familia del Manganeso

Grupo 8 (VIII B): Familia del Hierro

Grupo 9 (IX B): Familia del Cobalto

Grupo 10 (X B): Familia del Níquel

Grupo 11 (I B): Familia del Cobre

Grupo 12 (II B): Familia del Zinc

Grupo 13 (III A): Los térreos

Grupo 14 (IV A): Los carbonoideos

Grupo 15 (V A): Los nitrogenoideos

Grupo 16 (VI A): Los calcógenos o anfígenos

Períodos

En la tabla periódica los elementos están ordenados de forma que aquellos con propiedades químicas semejantes, se encuentren situados cerca uno de otro.

Los elementos se distribuyen en filas horizontales, llamadas períodos. Pero los periodos no son todos iguales, sino que el número de elementos que contienen va cambiando, aumentando al bajar en la tabla periódica.

La tabla periódica consta de 7 períodos:

Período 1
Período 2
Período 3

Período 4
Período 5
Período 6
Período 7

Bloques

La tabla periódica se puede también dividir en bloques de elementos según el orbital que estén ocupando los electrones más externos.

Los bloques o regiones se denominan según la letra que hace referencia al orbital más externo: s,p, d y f. Podría haber más elementos que llenarían otros orbitales, pero no se han sintetizado o descubierto; en este caso se continúa con el orden alfabético para nombrarlos. (Universidad de Valencia, 2006)

ESTADOS DE LA MATERIA

Sólidos

Las partículas que constituyen un sólido están unidas entre sí por fuerzas muy intensas, de manera que resulta muy difícil separarlas; por ello los sólidos tienen una forma bien definida. Algunas propiedades de los sólidos se deben precisamente a la forma y a la fuerza con que están unidas sus partículas. Estas propiedades son: La dureza, la fragilidad, la ductilidad, la maleabilidad, la elasticidad y la flexibilidad.

Líquidos

Los líquidos no tienen forma propia, sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene. Las partículas que constituyen los líquidos están más alejadas entre sí que en los sólidos, pero esta distancia no se puede hacer menor; por ello el volumen de un líquido no cambia, es decir, los líquidos tienen volumen constante.

Gases

Las partículas que forman los gases están unidas por fuerzas muy débiles. Debido a ello, los gases carecen de forma y volumen propios, adoptan la forma y tienden a ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene. (Sánchez, 2016)