BIOFISICA Fisiologia.Humana 2017

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BIOFÍSICA
Fisiología Humana. 2017
Dra. Natalia Sotelo.
¿QUÉ ES LA BIOFÍSICA?
La biofísica es un puente entre biología y física
La biología estudia la vida en su variedad y complejidad, describe
cómo los organismos se alimentan, comunican, sensan su entorno y
se reproducen.
Paralelamente, la física busca desentrañar las leyes matemáticas del
comportamiento de la naturaleza y hace predicciones detalladas de
las fuerzas que gobiernan sistemas ideales.
El desafío de la biofísica es cubrir la brecha entre la simplicidad de
la física y la complejidad de la vida. Para ello la biofísica busca
patrones en los sistemas vivos y los analiza con la poderosa ayuda de
herramientas matemáticas y físicoquímicas.
* Sociedad Argentina de Biofísica. http://biofisica.org.ar/pagina-ejemplo-2/que-es-la-biofisica/
http://biofisica.org.ar/pagina-ejemplo-2/que-es-la-biofisica/
LA BIOFÍSICA Y SUS INTERRELACIONES
4 
 
 
 
 
 
 
 
ELECTRICIDAD 
 
 
NERVIOS 
 
MUSCULOS 
 
 
 
 
 
CINEMATI CA 
 
MAGNETISMO Y 
MAGNETISMO 
 
 
 
ELECTROSTATICA 
 
ELECTRICIDAD MOVIMIENTO 
 
 
 
 
MOVIMIENTO 
HUMANO 
 
 
 
 
 
DINAMICA 
 
 
 
 
ONDAS 
 
 
BIOFISICA 
 
 
 
CALOR 
TERMOMETRIA 
 
 
 
SONIDO LUZ ÓPTICA 
TERMODINAMICA 
 
 
 
 
 
RADIACIONES 
IONIZANTES 
FASES O ESTADOS 
DE LA MATERIA 
 
 
 
INTERACCION 
CON LA 
MATERIA 
 
DIAGNOSTICO ACCION 
BIOLOGICA 
SÓLIDOS 
LIQUIDOS 
GASES
MÉTODO DE ESTUDIO
SISTEMAS BIOLÓGICOS
Un sistema es un conjunto de partes o elementos
organizados y relacionados que interactúan entre sí para
lograr un objetivo.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS
Sistemas Biológicos
TEORÍA DEL CAOS
 El Caos es el abordaje interdisciplinario de los
sistemas complejos: comportamiento global no
reducible a la suma de las partes, desordenorden,
independencia del tamaño, evolución no lineal.
 Los sistemas caóticos son sistemas sencillos que
hacen cosas complejas
 Comportamiento caótico: es un comportamiento
aparentemente desordenado con un componente
determinístico subyacente.
 Caos + Estructura Fractal = Fuente de Salud
FRACTALES EN EL CUERPO HUMANO
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; a nivel
macroscópico.
1° LEY: Ley de la conservación de la energía, la energía no se crea ni 
se destruye sino que se transforma
Q  U  W Q: Energía TérmicaU: Cambio de Energía Interna
W: Trabajo realizado
Si el sistema absorbe calor
o recibe trabajo del entorno Aumenta su energía interna U
Si el sistema realiza trabajo
o cede calor al entorno
Disminuye su energía interna U
APLICACIONES DE LA 1° LEY
METABOLISMO ENERGÉTICO: conjunto de transformaciones que implican
intercambios de energía con producción de Q y W mecánico.
VALOR CALÓRICO Calor desprendido por la combustión de 1 g de alimento 
determinado
VALOR CALÓRICO FISIOLÓGICO
El valor calórico de 1g de sustancia es la diferencia de energía interna entre el sistema 
inicial y el final
2° LEY DE LA TERMODINÁMICA
Ley de la direccionalidad de los procesos, la energía espontáneamente
siempre se desplaza desde niveles más altos a niveles más bajos (el
calor jamás fluye espontáneamente de un objeto frío a un objeto con mayor
temperatura).
Se introduce el concepto de «entropía» medida del desorden.
“En cualquier proceso espontáneo la entropía total del universo tiende 
a aumentar siempre”.
Suniverso = Ssistema + Sentorno  0
Los fenómenos en los que las cosas se desordenan son más probables que
aquellos que entrañan una ordenación. El cambio espontáneo de una
disposición ordenada a otra desordenada es consecuencia de las leyes de la
probabilidad
Al arrojar ladrillos al
aire la probabilidad de
que caigan ordenados
formando un muro es
muy pequeña.
Es más probable que
los ladrillos caigan
desordenados
Si echamos
moléculas de
agua en un vaso
no se colocarán
de forma
ordenada para
formar un sólido
ENERGÍA LIBRE DE GIBBS
La energía libre de Gibbs, G, permite evaluar la espontaneidad de un proceso 
sin tener en cuenta la variación de entropía del entorno
Es una función de estado que sólo depende de los estados inicial y final del 
sistema
G =  H – T  S
Cuando un sistema experimenta un cambio a temperatura y presión
constantes se puede determinar la espontaneidad del proceso evaluando el
cambio de G sin preocuparse del cambio de esa magnitud para el entorno
G = H - TS
T = temperatura absoluta
H= entalpía
S = entropía
Se define como:
1) Reacciones exotérmicas (H<0)
con aumento de desorden (S>0)
2) Reacciones endotérmicas (H > 0)
con aumento de desorden (S>0)
3) Reacciones exotérmicas (H < 0)
con aumento de orden (S < 0)
4) Reacciones endotérmicas (H > 0)
con aumento de orden (S < 0)
APLICACIÓN DE LA 2DA LEY
REACCIONES ACOPLADAS
REACCIONES
EXERGÓNICAS
(Liberan energía libre)
REACCIONES
ENDERGÓNICAS
(Requieren energía 
libre)
ATP
TRANSPORTADOR DE ENERGíA
DESDE LOS PROCESOS CELULARES PRODUCTORES DE
ENERGíA A LOS PROCESOS QUE REQUIEREN ENERGÍA
EJEMPLO Fosforilación de la glucosa acoplada a la hidrólisis 
del ATP
ATP + H2O ADP + fosfato
Glucosa + fosfato Glucosa-6-P + H2O
Elementos
Una reacción que libere energía ( G<O)
Una reacción que requiera energía (G>O)
Un intermediario común
REACCION 1
REACCION 1
REACCION 2
Gº´(kJ mol-1)
-30,9
+16,7
ATP + glucosa -14,2
REACCION 2
fosfato
Glucosa-6-P + ADP
REACCIONES ACOPLADAS DENTRO DE LAS 
CELULAS VIVAS
 Metabolismo aeróbico: el oxígeno inhalado tiene un papel 
importante.
Se oxida en forma completa la glucosa
DGº’ = - 2880 kJ/mol. 
 “La entropía de cualquier sustancia a 0 K es igual a
0” (máximo orden).
 Equivale a decir que no se puede bajar de dicha
temperatura.
 ¡CUIDADO! La entropía de los elementos en
condiciones estándar no es 0 sino que es positiva.
3° LEY DE LA TERMODINÁMICA