Investigación de aplicaciones

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Universidad Veracruzana
Facultad de Bioanálisis
Biomatemáticas Aplicada 
Dra. Ana Korina Díaz García
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INVESTIGACIÓN DE APLICACIONES
EQUIPO:
Labourdette Calderón Araceli
Melchor Cuacua Yahir Rafael
Zamudio Sánchez Alicia de los Ángeles
25 de mayo de 2022
Índice de contenido
Objetivo	3
Fundamento	3
Desarrollo de las aplicaciones	4
Química cuántica	5
Conceptos fundamentales	5
Química computacional	5
La teoría de grafos	6
Modelización de comportamiento químico	6
Herramientas de cálculo elemental	6
Conclusión	7
Referencias	8
Objetivo
- Identificar ejemplos característicos que relacionen las biomatemáticas con otras áreas.
Fundamento 
La Biología Matemática o “Biomatemáticas” es un área científica interdisciplinaria de investigación con variedad de aplicaciones. Es llamada a menudo “Biología Teórica”: esta se concentra más en el desarrollo de principios teóricos para la biología mientras que la biología matemática en el uso de herramientas matemáticas para estudiar sistemas biológicos, aunque ambos términos son a menudo intercambiados. 
La biomatemática tiene como objetivo la representación matemática, tratamiento y modelado de procesos biológicos, utilizando técnicas y herramientas de las matemáticas aplicadas. Tiene tanto aplicaciones prácticas como teóricas en la investigación biológica, biomédica y biotecnológica. Al describir sistemas de una manera cuantitativa su comportamiento puede ser mejor simulado, y por lo tanto sus propiedades pueden ser predichas ya que pueden no ser evidentes para el experimentador. Esto requiere modelos matemáticos precisos y cuando disponemos de uno para el estudio de un fenómeno, su conocimiento se hace más claro y la investigación descansa sobre una base científica más firme, lo cual supone un paso avanzado en su aspecto teórico y también en el experimental.
Debido a la gran diversidad de conocimiento específico involucrado, el estudio de la biomatemática a menudo se lleva a cabo en colaboración entre matemáticos, físicos, biólogos, zoólogos, químicos y fisiólogos, entre otros científicos. 
Un conocimiento profundo de la misma requiere estudios superiores de matemáticas, lo cual no significa en modo alguno que sus conceptos fundamentales no se encuentren al alcance de la mayoría de los profesionales de la salud. 
No se trata de trasladar herramientas matemáticas a un contexto clínico, sino de crearlas, derivadas de la propia naturaleza del proceso biológico, como ocurre en el caso del ciclo global de los nutrientes o el genoma humano. Así, no es de extrañar que, a medida que la investigación profundiza en estas perspectivas, han surgido campos híbridos como la bioestadística, que permiten analizar los problemas de cuestiones científicas como la biodiversidad, la agricultura o la medicina desde la perspectiva matemática.
Necesitamos “ponernos los lentes matemáticos” y descifrar las claves numéricas del proceso de contagio de una enfermedad, por ejemplo, se utilizan ecuaciones que representan los componentes de un sistema, los procesos dinámicos y la estructura de sus interacciones. Esta es la base de la biomatemática. Algunos de los grandes proyectos científicos de la historia, como El Proyecto del Genoma Humano o el del Microbioma Humano, son posibles gracias a la aplicación de la bioinformática, una rama que permite procesar grandes cantidades de información biológica, como datos moleculares y genéticos. Las biomatemáticas se aplican también en áreas como la neurobiología celular, la epidemiología o la genética de poblaciones.
Con la definición de la biomatemática explicada y mencionadas algunas de las disciplinas en la que tiene presencia, el propósito del presente proyecto es identificar y explicar las diferentes aplicaciones que tienen las biomatemáticas en el área del Químico Clínico, ya sea de manera directa o indirecta.
Desarrollo de las aplicaciones
Tal como mencionamos anteriormente, las biomatemáticas es la disciplina que se encarga de aplicar ciertas herramientas y principios matemáticos al estudio de sistemas biológicos.
En base a ello, generalmente se suele asociar con el área de la ecología, sin embargo, esta disciplina presenta múltiples aplicaciones dentro del campo de investigación de la biotecnología y la biomedicina.
El surgimiento de esta disciplina generó ciertas opiniones adversas dentro del ámbito científico, especialmente por gran parte de los biólogos quienes afirman que la inmensurable complejidad de los seres vivos no puede ser simplificada en modelos o ecuaciones matemáticas. Mientras que otros especialistas dentro del área de la salud, apoyaban la idea de “matematizar la química”, pues concluyen que solo así podríamos comprenderla en su totalidad.
Sin embargo, no cabe la menor duda que las biomatemáticas han sido de gran utilidad para explicar o interpretar ciertos aspectos biológicos. Por ejemplo, uno de los campos más importantes dentro de la bioinformática es el análisis de secuencias de ADN, ya que puede ser de gran utilidad tanto para el estudio de genomas de ciertas especies como para el diagnóstico de mutaciones o enfermedades genéticas en un individuo.
Las principales áreas de investigación de las matemáticas en la química incluyen temas como:
Química cuántica
La química cuántica es una rama de la química teórica donde se aplica la mecánica cuántica y la teoría cuántica de campos. Describe matemáticamente el comportamiento fundamental de la materia a escala molecular. 
Vemos conceptos fundamentales como: orbitales, enlace, cargas, densidad electrónica, aromaticidad, efectos relativistas, electronegatividad. Su ventaja es que se utilizan parámetros atómicos experimentales y fórmulas químicas.
Conceptos fundamentales
Por ejemplo: estructura química (sabemos dibujarla, determinarla y un montón de cosas más, pero nos falta fundamento), orbital (¿existen realmente? y si existen, ¿qué significa?), enlace (¿de dónde procede su estabilidad?), aromaticidad, periodicidad de las propiedades químicas, y muchos más. Las matemáticas pueden ayudar a establecer estos conceptos fundamentales.
Química computacional
Esta utiliza modelos computacionales para ayudar a estudiar y resolver problemas químicos a través de la aplicación de técnicas y simulaciones computacionales de sistemas moleculares.
Por ejemplo, en la quimioinformática en donde se usan las técnicas informáticas en los problemas de las ciencias químico farmacéuticas. Estas técnicas in silico se utilizan en las empresas farmacéuticas en el proceso de descubrimiento de fármacos.
También se puede utilizar para el diseño de materiales, cribado virtual, relaciones estructura-propiedad y similitud molecular.
La teoría de grafos
Aplicada a la química, que trata de la topología, por ejemplo, el estudio matemático de la isomería y el desarrollo de descriptores topológicos o índices que encuentran aplicación en las relaciones cuantitativa estructura-propiedad.
Modelización de comportamiento químico
Como en la química analítica pues pretende cuantificar la materia; en cinética ya que hablamos del estudio de la rapidez de reacción; en análisis de datos cuantificamos ya sea para la composición química de una sustancia o de una población en estudios clínicos, etc.
Herramientas de cálculo elemental
Por ejemplo, en la estequiometría química, la cual es el estudio de las cantidades de materia consumida y producida en las reacciones químicas. De esta forma se establecen relaciones estequiométricas: cuanto se produce depende de la cantidad de los reactantes.
Conclusión 
La experiencia educativa de biomatemáticas nos orienta a comprender y utilizar todas estas aplicaciones, para poder usarlas de manera eficaz en nuestra carrera como químicos clínicos. Como el principal objetivo de las biomatemáticas es conocer algunos elementos de la matemática, especialmente de interés para el biólogo y en este caso para el Químico Clínico, pues establece aplicaciones de la matemática en este campo a través de temas como el cálculo diferencial e integral, siendo así que el métodode exposición por parte del docente es que después de saber los conceptos podamos utilizar en aplicaciones a fenómenos químicos, y obtener el razonamiento para poder traducir los problemas químicos en ecuaciones matemáticas. 
Claramente podemos confirmar que las matemáticas no se reducen a variables, números y ecuaciones, sino que permiten construir cosas útiles y desarrollar cientos de cosas que antes parecían imposibles, a través de ella hemos podido definir multitud de situaciones químicas desde procesos a reacciones además de las relaciones existentes entre ellos desde un nivel atómico hasta un nivel industrial.
Referencias
· Gascueña, D. (2020, 17 junio). Biomatemáticas: los secretos numéricos de la biología. OpenMind. https://www.bbvaopenmind.com/ciencia/matematicas/biomatematicas-los-secretos-numericos-de-la-biologia/
· Girón, L. (2002). Biomatemáticas. Institución Educativa Técnica Atanasio Girardot. https://grupojl.neocities.org/proyectohtml/biomatematicas.html#:%7E:text=Tiene%20tanto%20aplicaciones%20pr%C3%A1cticas%20como,ser%20evidentes%20para%20el%20experimentador
· SOMIVRAN. (2021, 27 enero). Una panorámica actual de las Biomatemáticas. Sociedad de Medicina Interna. https://somivran.es/revista-internistas/una-panoramica-actual-de-las-biomatematicas/#:%7E:text=La%20Biomatem%C3%A1tica%20se%20ocupa%20principalmente,normalidad%20como%20de%20la%20patolog%C3%ADa
· ¿Qué estudian las biomatemáticas? (2021, 25 enero). QueEstudia.com. https://queestudia.com/biomatematicas/
· Vázquez Suárez, J. L. (2013). LAS MATEMÁTICAS Y SUS APLICACIONES, AYER Y HOY. RETOS DEL FUTURO. Departamento de Matemáticas, Universidad Autónoma de Madrid. http://www.encuentros-multidisciplinares.org/revistan%C2%BA45/juan%20luis%20v%C3%A1zquez.pdf