Biofísica

Dra. Dolores Villanueva ZambranoDra. Dolores Villanueva Zambrano

Biofísica• La física es la base sobre la cual se asientan todas

las ciencias• Las leyes físicas rigen el universo, pero no

bastarían 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”a partir del “Big Bang” muy necesario en un momento en que la medicina se encuentra en un nivel molecular cuando no cuantico

La estructura del universo

• El universo está formado por cúmulos galácticos rodeados de inmensos volúmenes de espacio vacío de dimensiones inimaginables.

• Cada galaxia la forman miles de millones de estrella constituidas por minúsculas partículas invisibles

Fuerzas del Universo

• Nuestro universo está regido por cuatro fuerzas fundamentales: la gravedad, la : la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la interacción débil. fuerte y la interacción débil.

• Los físicos intentan demostrar que, las cuatro fuerzas pueden deducirse de una única fuerza fundamental.

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 Las partículas encargadas de transmitirla son los gluones.los gluones.

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 Las partículas W y Z transportan la interacción débil.interacción débil.

La fuerza electromagnética

• La fuerza electromagnética afecta a todas las partículas que tienen carga eléctrica, como los electrones.

• La fuerza electromagnética es transportada La fuerza electromagnética es transportada por fotones,por fotones, que también componen la luz.

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 hasta el infinito y la gravedad no

desaparece por grande que sea la distancia.

La teoría holística

• Los físicos intentan explicar el funcionamiento del universo mediante una sola teoría científica.

• En la actualidad, están elaborando una "teoría holística" que pueda explicar cómo están relacionadas todas las fuerzas

• Esa teoría debería demostrar que todas las partículas subatómicas pueden deducirse a partir de un único tipo de partícula básica.

EFECTOS DE LA MICROGRAVEDAD SOBRE GENES Y PROTEÍNAS

• Desde hace tiempo, se sabe que la microgravedad afecta a la densidad ósea, pero hasta ahora no se había identificado genes y proteínas afectados por la microgravedad que pueden promover esos trastornos.

• Investigadores de NASA reproducen condiciones de microgravedad, experimentada por astronautas en órbita alrededor de la Tierra.

• Al analizar los efectos sobre células madre embrionarias se comprobó que las células expuestas a la microgravedad produjeron más proteínas que regulan de manera negativa la densidad ósea, y menos proteínas con efectos antioxidantes.

• La NASA tiene planes de construir una base en uno de los polos de la Luna para el año 2024. La base permitiría la presencia humana constante en la Luna, la cual serviría como escala para futuras misiones a Marte y más allá. Pero la exposición prolongada a la microgravedad representa riesgos extra para los astronautas.

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

• 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.

Supercuerdas

• La moderna teoría matemática de las supercuerdas sostiene que todas las partículas subatómicas están formadas por elementos más pequeños llamados supercuerdas que existen en un universo teórico de diez dimensiones. .

• Las supercuerdas vibran a frecuencias distintas, según la energía que posean: a más energía, mayor vibración.

Teoría “M”

• 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.

• Según las investigaciones Itzhak BarsItzhak Bars, Físico de la , Físico de la Universidad USC,Universidad USC, el Universo tendría dos el Universo tendría dos dimensiones temporalesdimensiones temporales,, y no una como creemos: una dimensión enteramente 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.

• 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.

• Los científicos llevan trabajando con ellas 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.

Historia y descripción

• El término “multiverso” se inventó en diciembre de 1960, por Andy Nimmo, vice-director de la British Interplanetary Society de Escocia en la interpretación de“varios-mundos” de la física cuántica que se había publicado en 1957.

• Multiverso es un término usado para describir a un hipotético grupo de universos y/o dimensiones posibles; generalmente usado por algunas teorías científicas, para describir a un grupo de universos que están relacionados (universos paralelos).

La NASA admite posibilidad de universos múltiples

• Representación del concepto de multiverso creada por la NASA, según la cual otros universos paralelos al nuestro podrían existir con copias de cada uno de nosotros en alguno de ellos (Foto: Cortesía NASA)

¿El fin del universo?

• Los astrónomos han formulado tres teorías para explicar el final del universo.

• La primera sostiene que crecerá indefinidamente. • La segunda dice que cuando llegue a determinado

tamaño se estabilizará. • La tercera sostiene que, en cierto momento, el

universo dejará de expandirse y empezará a contraerse, Big Crunch, o Gran Colapso.