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Ornelas Jesús / Medicina / 423
GUÍA DE BIOFÍSICA
UNIDAD I
1. ¿Qué son las soluciones químicas? R= son mezclas homogéneas entre un solvente y uno o varios solutos.
2. Menciona las propiedades de las soluciones. R= mezclas homogéneas, composición uniforme,
concentración, translúcidas y estables.
3. ¿Cuál es la clasificación de Soluciones? R= verdaderas, coloidales y suspensiones.
4. Características de solubilidad: superficie de contacto, agitación, temperatura y presión.
5. Para conocer la cantidad de materia en cierta sustancia, podemos emplear los siguientes conceptos: Masa
atómica, Masa molecular, Número de Avogadro y Moles.
6. Define masa atómica: Es la masa de un átomo expresado en unidades de masa atómica (umas) = la suma
de las masas de los protones y neutrones (excluyendo a los electrones, por aportar muy poco a la masa
total).
7. Define masa molar: Es la masa por unidad de cantidad de sustancia en kg/mol, aunque se prefiere
expresarla en g/mol.
8. ¿Qué es un mol? R= es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia, 1 mol de cualquier sustancia
contiene 6,022×10^23 entidades elementales de esa sustancia.
9. Define las formas de expresar concentraciones: R= Es la cantidad de soluto contenido en una cantidad
determinada de solvente o solución, se puede encontrar: diluida o concentrada.
10. ¿Cuáles son las concentraciones de iones en el espacio extracelular? R= Hipertónica, Isotónica, hipotónica.
11. Solución hipertónica: Es la solución con la mayor concentración de soluto.
12. Solución hipotónica: Es la solución con la menor concentración.
13. Solución isotónica: Son soluciones de concentración de soluto igual.
14. ¿Qué son los Coloides? R= Son mezclas intermedias entre las soluciones y las mezclas propiamente dichas.
15. MOVIMIENTO BROWNIANO: es el movimiento aleatorio que se observa en las partículas que se hallan en
un medio fluido, como resultado de choques contra las moléculas de dicho fluido.
16. Efecto Tyndall: es el fenómeno físico que causa que las partículas coloidales en una disolución o un gas sean
visibles al dispersar la luz.
17. Propiedades Coligativas: Son aquellas propiedades que dependen directamente del numero de partículas
de soluto en la solución y no de la naturaleza de las partículas del soluto.
18. Elevación del punto de ebullición: La presión de vapor del liquido iguala la presión atmosférica circundante,
permitiendo que las moléculas escapen y formen vapor.
19. Descenso del punto de congelación: El movimiento molecular disminuye cuando baja la temperatura lo que
causa que la energía cinética de las moléculas sea menor, por lo que se agrupa y se congela.
20. Descenso de la presion de vapor: Las partículas se mueven rápidamente que escapan del liquido, la energía
cinética disminuye. Por lo tanto absorbe energía de sus alrededores.
21. Presion Osmótica: presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a
través de una membrana.
22. Osmolaridad: Es una unidad de concentración molar que indica la concentración molar del conjunto de
partículas osmóticamente activas presentes en una solución.
23. SOLUCIONES AMORTIGUADORAS (BUFFER): Es un sistema que tiende a mantener el pH casi constante
cuando se agregan pequeñas cantidades de ácidos (H+) ó bases (OH-).
24. En la sangre las soluciones buffer mantienen el pH en aproximadamente 7.4, ya que el cambio puede
afectar los procesos normales del funcionamiento.
25. BUFFER ACIDO: formado por un acido débil y su sal.
26. BUFFER BASICO: Formado por una base débil y su sal.
27. Según Bronsted-Lowry un acido es cualquier compuesto que actua como donador de protones y una base
es cualquier compuesto que actua como aceptor de protones.
28. Según Arrehenius un acido es cualquier compuesto que libera protones cuando se disuelve en agua y base
es cualquier compuesto que libera iones hidroxilo cuando se disuelve en agua.

29. Ácidos pueden ser : fuertes (se disocian completamente) y débiles (se disocian parcialmente)
30. Bases pueden ser: fuertes (se disocian completamente) y débiles (se disocian parcialmente)
31. Constante de disociación (Ka): cuantifica el grado de ionización de una base débil. Cuanto mayor es el valor
de , más fuerte es la base y viceversa.
32. El pH es el Potencial de Hidrógeno. Es una medida para determinar el grado de alcalinidad o acidez de un
disolución.
33. Concentración de hidrogeniones: Con el pH determinamos la concentración de hidrogeniones en una
disolución. Un hidrogenión es un ion positivo de Hidrógeno, es un (cachito con carga positiva) del
Hidrógeno.
34. -¿Cómo se calcula el pH? R= Se define como el logaritmo negativo en base de 10 de la actividad de los iones
de hidrogeno.
35. Los sistemas amortiguadores son de vital importancia para mantener las condiciones en el cuerpo y este
puede realizar sus funciones de manera natural. Por esta razón, una variación de este valor puede servir
como indicador de alguna enfermedad como la diabetes.
36. Buffer naturales en el cuerpo: de bicarbonato, de fosfato y de hemoglobina.
37. De Bicarbonato: Actúa en la sangre. El CO2 interacciona con el agua para formar ácido carbónico y
posteriormente, se convierte en bicarbonato. Es muy eficiente en la regulación del pH sanguíneo ya que, en
conjunto con el sistema respiratorio, mantienen en equilibrio la concentración de CO2 y bicarbonato.
38. De fosfato: Se compone de fosfato de hidrógeno y fosfato dihidrógeno, cuando existen variaciones del pH,
el ácido fosfórico se convierte en alguno de los dos y así, se evitan variaciones drásticas.
39. De hemoglobina: Sirve como amortiguador en la sangre ya que este tiene el aminoácido histidina. Por su
estructura, tiene la capacidad de amortiguar los cambios en el ambiente en el que se encuentra y por
consiguiente, mantener el pH en un valor estable.
40. La física, del griego fisis (naturaleza), es la ciencia natural que estudia, mediante leyes fundamentales, la
energía, la materia, el tiempo y el espacio, es decir, el universo mismo.
41. Elementos de la física: Espacio, tiempo, materia y energía.
42. El espacio es la extensión tridimensional en la que ocurren todos los eventos físicos. Es la dimensión en la
que los objetos existen y se mueven.
43. El tiempo es la medida de la duración y secuencia de los eventos. Es una dimensión en la que los eventos
ocurren en un orden específico y se pueden medir en términos de pasado, presente y futuro.
44. La materia es todo lo que tiene masa y ocupa espacio. Está compuesta por á tomos, que a su vez están
formados por partículas subatómicas como pro tones, neutrones y electrones.
45. ISOTÓPOS: Son átomos cuyos núcleos atómicos tienen el mismo número de protones pero diferente
número de neutrones.
46. PROPIEDADES DE ISOTÓPOS: Todos los isótopos de un mismo elemento tienen el mismo número atómico,
es decir, el mismo número de protones. Los isótopos de un mismo elemento tienen diferente número de
neutrones, es decir, diferente número másico o masa atómica.
47. LOS RADIOISOTOPOS: Son la forma inestable de un elemento que emite radiación para transformarse en
una forma más estable.
48. Los radioisótopos se encuentran de forma natural en la Tierra como resultado de procesos nucleares en la
atmósfera, pero también pueden ser creados artificialmente en laboratorios mediante la irradiación de
materiales nucleares.
49. TIPOS DE RADIACIONES: ionizante y No ionizante.
50. Ionizante: Tiene tanta energía que destruye los electrones de los átomos, proceso que se conoce como
ionización. La radiación ionizante puede afectar a los átomos en los seres vivos, de manera que presenta un
riesgo para la salud al dañar el tejido y el ADN de los genes.
51. No ionizante. Tiene suficiente energía para desplazar los átomos de una molécula o hacerlos vibrar, pero no
es suficiente para eliminar los electrones de los átomos. Ejemplos de este tipo de radiación son las ondas de
radio, la luz visible y las microondas.
52. Desintegraciones: Alfa, Beta y Gamma.

53. A L F A ( a ): El núcleo emite una partícula alfa, compuesta por dos pro tones y dos neutrones. Es una
emisión de partículas cargadas positivamente, que son idénticas a los núcleos de Helio.
54. BETA ( β): Puede dividirse en dos subtipos: beta negativa (β-) y beta positiva (β+). Beta negativa: El núcleo
emite un electrón y un antineutrino. Beta positiva: El núcleo emite un positrón y un neutrino.
55. GAMMA (γ): Ocurre cuando un núcleo en un estado excitado emite un fotón de alta energía (rayos
gamma). No cambia la identidad del átomo, solo reduce su energía.
56. En matemáticas, la definición de numero se extiende para incluir abstracciones, como números
fraccionarios, irracionales, trascendentales y complejos”
57. ⇝Naturales: primos, compuestos, perfectos. ⇝Enteros: pares e impares. ⇝Racionales. ⇝Reales:
irracionales, algebraicos y trascendentes. ⇝Hiperreales. ⇝Complejos. ⇝Cuaterniones. ⇝Infinitos.
⇝Transfinitos. ⇝Negativos. ⇝Fundamentales: π y e.
58. Sistemas de notación: Aditiva, Híbrida y Posicional.
59. Un vector es todo segmento de recta dirigido en el espacio.
60. Características.
 Origen: se denomina también punto de aplicación y es el sitio exacto sobre el que actúa el vector.
 Módulo: es la longitud o tamaño del vector.
 Dirección: está determinada por la orientación en el espacio de la recta que lo contiene.
 Sentido: se indica mediante una punta de flecha situada en el extremo del vector.
61. Magnitudes escalares: Así se denominan aquellas en las que las medidas quedan correctamente
expresadas por medio de un número y la correspondiente unidad. Ejemplos: 1.Masa. 2.Temperatura.
3.Presión. 4.Densidad.
62. Magnitudes vectoriales: Las magnitudes vectoriales son aquellas que para estar determinadas precisar un
valor numérico, una dirección, un sentido y un punto de aplicación.
63. Estadística: es una rama de las Matemáticas que, a través de diversas metodologías y técnicas, se encarga
de la recolección y organización de datos acerca de personas, sucesos o cosas. Asimismo, facilita su análisis
e interpretación, con el fin de obtener conclusiones.
64. Una variable es aquello que es susceptible de ser influenciado y modificado y que, por tanto, no puede
tomarse como algo fijo y estable.
65. Variable dependiente: se trata del factor que se ve modificado o influenciado por una variable
independiente.
66. Variables independientes: son los factores que el investigador quiere poner a prueba para demostrar una
hipótesis.
67. La estadística descriptiva comprende las técnicas que se emplean para resumir y describir datos numéricos.
68. Estadística inferencial: Es el proceso de hacer predicciones acerca de un todo basado en la información de
una muestra.
69. Población. Es el conjunto de todos los elementos que presentan una característica común determinada,
observable y medible.
70. Muestra. La mayoría de los estudios estadísticos, se realizan no sobre la población, sino sobre un
subconjunto o una parte de ella, llamado muestra.
71. Variable: Se llama variable a una característica que se observa en una población o muestra, y a la cual se
desea estudiar.
72. Variable Cuantitativa: Es aquella que toma valores numéricos. Continua: son valores reales. Pueden tomar
cualquier valor dentro de un intervalo. Ej. Peso, estatura, sueldos. Discreta: toma valores enteros. Ej. N° de
hijos de una familia, n ° de alumnos de un curso.
73. Variable Cualitativa: Es aquella que describe cualidades. Nominal: son cualidades sin orden. Ej. Estado civil,
preferencia por una marca, sexo, lugar de residencia. Ordinal: son cualidades que representan un orden y
jerarquía. Ej. Nivel educacional, días de la semana, calidad de la atención, nivel socioeconómico.

GUÍA UNIDAD 3 PRINCIPIOS BIOFISICOS DE CELULAS EXCITABLES
3.1 fenómenos eléctricos
3.1.1 Transferencia de carga eléctrica
Es la técnica responsable de cargar eléctricamente un cuerpo.
Existen 3 tipos: por friccion, contacto y por inducción.
3.1.2 Circuitos eléctricos
Es la interconexión de dos o más componentes que contienen una trayectoria cerrada.
3.1.3 Resistencias y condensadores
Son componentes propios de un circuito eléctrico, son utilizados para disminuir y estabilizar la corriente
eléctrica que fluye por el circuito.
3.1.4 Ley de Ohm
Es una de las leyes de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas
presentes en cualquier circuito eléctrico como son: Voltaje, resistencia y corriente.
3.1.5 Conductancia y capacitancia
Conductancia: Es la facilidad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica.
Capacitancia: Es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacidad es
también una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para una diferencia de potencial
eléctrico dada.
3.1.6 Movimiento de partículas cargadas debido a gradientes de voltaje
Indica cual es la dirección en la que cambia más rápidamente la concentración y el potencial eléctrico de
una solución no homogénea; yendo desde donde esa sustancia en particular se encuentra más
concentrada hacia donde esta mas diluida y desde tiene mayor potencial eléctrico hacia donde tiene
menor potencial eléctrico.
3.2 Potencial de membrana en reposo
3.2.1 definición
El potencial de reposo de la membrana celular (también llamado PRMC), es la diferencia de potencial
que existe entre el interior y el exterior de una celula. Lo que mantiene a este potencial en reposo es la
concentración del ion potasio (K).
3.2.2 Potencial de equilibrio
El potencial de equilibrio de Nernst, relaciona la diferencia de potencial a ambos lados de una
membrana biológica en el equilibrio con las características relacionadas con los iones del medio externo
e interno y de la propia membrana.
3.2.3 Ecuación de Nernst
“El nivel de potencial de difusión a través de una membrana que se opone exactamente a la difusión
neta de un ion particular a través de la membrana”

3.2.4 Equilibrio Donnan
Es el equilibrio que se produce entre los iones que son capaces de atravesar la membrana y aquellos que
no pueden hacerlo como las proteínas.
3.2.5 Potencial de membrana
En todas las células animales existe una diferencia de carga eléctrica neta entre un lado y otro de la
membrana plasmática; esta diferencia de carga eléctrica origina una diferencia de potencial eléctrico
entre ambas superficies interna y externa de la membrana.
3.2.6 Ecuación de Goldman. Propiedades de cable del axón.
Calcula el potencial de membrana en el interior de la célula cuando participan dos iones positivos y un
ion negativo.
3.3 Potenciales de acción en el axón
Es el cambio rápido en el potencial de membrana en respuesta a un estimulo, seguido de un retorno al
potencial de reposo.
3.3.1 Alteraciones del potencial de membrana por aplicación de corriente externa. Corrientes iónica.
Periodo de latencia: tiempo entre la aplicación del estimulo y la respuesta a dicho estimulo.
Despolarización: Cambio inducido por el estimulo.
Umbral: Cuando la despolarización llega a un punto crítico.
Repolarización: El potencial regresa al nivel de reposo.
Hiperpolarizacion negativa: El potencial se hace más negativo que en el reposo.
Hiperpolarizacion positiva: El potencial regresa a su valor de reposo.
Periodo refractario: No se presenta respuesta a ningún estimulo.
3.3.2 Fuerzas impulsoras
Es la energía necesaria que se le debe asociar para desplazar a una carga. Por ejemplo: La fuerza que
moverá al sodio hacia adentro.
3.3.3 Canales iónicos dependientes de voltaje (su estructura, activación e inactivación)
Intervienen en la transmisión de impulsos eléctricos, generando potencial de acción debido a los
cambios en la diferencia de cargas eléctricas en ambos lados de la membrana.
3.3.4 Cambios de conductancia durante el potencial de acción.
Es una propiedad de la membrana del axón que sirve para medir la facilidad con la que los iones
atraviesan un segmento de la membrana.
3.3.5 Propagacion del impulso nervioso (velocidad de conducción y factores que la determinan)
La despolarización de la membrana en un punto produce que el exterior en ese punto quede cargado
negativamente al introducirse las cargas politivas de sodio en la célula. Las zonas adyacentes sufren una
atracción de sus cationes por la carga negativa del area estimulada, actuando como sumidero de
cationes de sodio. El impulso nervioso no se transmite con la misma velocidad en todas las neuronas,

esto puede variar desde los 5 hasta los 120 m/s y suele depender de dos factores: el diámetro del axón y
la vaina de mielina.
3.3.6 Bases biofísicas de la conducción saltatoria
En las células mielinizadas la onda de despolarización salta desde un nodo de Ranvier al próximo; así, la
actividad iónica va despolarizando los siguientes nodos a lo largo del axón. De ahí le viene el nombre a
este tipo de conducción; este tipo de conducción suele ser más rápida que la continua, llegando a ser 50
veces más rápida.
3.3.7 Periodos refractarios
Lapso de tiempo posterior a la generación del potencial de acción durante el cual la célula
excitable no puede producir otro potencial de acción. Existen dos fases dentro de este período:
absoluto (refractariedad absoluta) y relativo (refractariedad relativa).
3.4 Potenciales sinápticos y de los receptores sensoriales
3.4.1 Sinapsis: estructuras y bases biofísicas de su función.
La sinapsis es la comunicación funcional entre las neuronas que permite transformar una señal
electroquímica (potencial de acción) en una señal química capaz de atravesar el espacio sináptico.
Existen dos tipos de sinapsis (química y eléctrica).
3.4.2 Canales operados por ligando
Los canales iónicos abren en respuesta a la unión de determinados neurotransmisores u otras
moléculas. Este mecanismo de abertura es debido a la interacción de una sustancia química
(neurotransmisor y hormonas) con una parte del canal llamado receptor, que crea un cambio en la
energía libre y cambia la conformación de la proteína abriendo el canal.
3.4.3 Potenciales sinápticos estimulatorios e inhibitorios (suma temporal y espacial)
Suma espacial: varias neuronas liberan una cantidad limitada de NT y solo la sumatoria de varios de
ellos podrá provocar el potencial de acción en la neurona post-sináptica.
Suma temporal: La actividad repetitiva de alta frecuencia hace que se estimule y gatille el potencial de
acción en la neurona post-sináptica.
3.4.4 Unión neuromuscular
En la zona de contacto, el terminal axonal forma una dilatación que se aloja en una depresión poco
profunda de la superficie de la fibra llamada hendidura sináptica primaria. Cuando el potencial de acción
alcanza a la placa motora, el neurotransmisor acetilcolina, contenido en las vesículas sinápticas, se libera
y se difunde a través de la hendidura. Este se une a receptores de acetilcolina presentes en la
membrana post – sináptica e induce la despolarización del sarcolema.
3.4.5 Moduladores de la transmisión sináptica (mecanismos biofísicos)
3.5 Mecánica muscular
Ley del todo o nada
“Si el estimulo es suficientemente intenso para hacer que se contraiga la fibra muscular esquelética, la
fibra se contrae al máximo posible. Esta contracción máxima es lo que se quiere indicar al decir que las
fibras musculares esqueléticas individuales obedecen la ley de todo o nada”

3.5.1 Propiedades de los materiales elásticos
Los materiales elásticos, son aquellos que tienen la capacidad de recobrar su forma y dimensiones
primitivas cuando cesa el esfuerzo que había determinado su deformación, son todos los solidos y
siguen a la ley de Hooke.
3.5.2 Deformación elástica
Se define como el cociente entre la variación de longitud producida por la tensión en una dirección y su
longitud antes de ser sometido a la tensión. La deformación es un parámetro adimensional (no tiene
unidades) y es frecuente en darlo en %.
3.5.3 Ley de Hooke
La ley de elasticidad de Hooke, originalmente formulada para casos de estiramiento longitudinal,
establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente
proporcional a la fuerza aplicada sobre el mismo.
3.5.4 Distensibilidad de las paredes de un órgano
El pulmón es un órgano elástico, posee dos propiedades inherentes a toda estructura elástica: La
distensibilidad y la elasticidad. La distensibilidad indica cual fácilmente una estructura puede ser
estirada o influsada. D= V/P
3.5.5 Ley de Laplace
Estable que la tensión en las paredes de un recipiente depende tanto de la presión del contenido como
del radio de su contenedor. Por ejemplo: si tuviéramos 2 burbujas de aire conectadas entre sí, una de
mayor radio que la otra, el aire tendería a vaciarse de la burbuja de menor radio hacia la de mayor radio.
3.5.6 Modelos musculares (elementos elásticos en serie y en paralelo, elemento contráctil)
Elementos elásticos en paralelo: Optimiza la máxima tensión que un musculo puede generar. La tensión
es igual que la suma de las tensiones individuales de cada fibra. Sin embargo, la longitud y velocidad de
acortamiento del musculo serán igual al promedio del acortamiento de cada una de sus fibras.
3.5.7 Tipos de contracción muscular
El termino contracción significa desarrollo de tensión dentro del musculo, y no necesariamente un
acortamiento visible del propio musculo. El musculo puede generar una contracción estática o dinámica,
sin movimiento o con movimiento articular respetivamente.
3.6 Musculo esquelético
3.6.1 Estrutura
Músculos largos, anchos, cortos y anulares.
3.6.2 Características de las proteínas contráctiles
 Filamentos gruesos (miosina)
 Filamentos delgados (actina)
 Sarcomeros
 Miofibrilla
 Miofibra
 Musculo

 Fibras musculares (endomisio). Fascículos (perimisio), musculo (epimisio) tendón
3.6.3 señales bioquímicas asociadas a la contracción.
Filamentos delgados:
Actina: alrededor de 400 monómeros de “actina G” (globular) , “actina F” (sitios activos)
Tropomiosina: Ocupa los surcos que quedan entre medio de la doble hélice de la actina, en reposo la
tropomiosina bloquea los sitios activos.
Troponina: De menor tamaño, compuesto por 3 subunidades.
Troponina C: capta el calcio vaciado al sarcoplasma en el inicio de la contracción.
Troponina I: Inhibe la interaccion actina – miosina (inhibe ATPasa)
Troponina T: regula la actividad funcional de los sitios activos (por los cambios inducidos de la posición
de tropomiosina)
3.6.4 Mecanismos biofísicos de la contracción muscular
1. El Ca+2 se une a la troponina C que en el musculo en reposo se encuentra unida a la actina. El
Ca +2 debilita la interaccion actina – miosina y deja libre los sitios de actina.
2. Las cabezas de miosina interactúan con actina
3. Las cabezas hidrolizan ATP y se vuelven rigidas, se distorcionan y provocan el golpe de fuerza
4. Las cadenas ligeras se desplazan sobre las gruesas
3.6.5 Acoplamiento excitación – contracción
3.6.6 Moduladores de la fuerza de contracción
1. Grado de activación, es decir del número de fibras musculares activadas.
2. Frecuencia de estimulación que reciba cada fibra.
3. Velocidad de acortamiento.
4. Longitud inicial del musculo en reposo.
5. Área transversal del musculo y de la ordenación de las fibras en su interior.
3.7 Musculo cardiaco
El miocardio (mio: musculo, cardio: corazón), es el tejido muscular del corazón, musculo. El musculo
cardiaco funciona involuntariamente, sin tener estimulación nerviosa.
3.7.1 Características estructurales de las células miocardicas
 Semeja un sincitio, pero las células están conectadas entre si.
 Estructura tubular, unida por sinapsis eléctrica, los conexones, “discos intercalares”
 Sarcosomas
 Necesita mitocondrias y no puede generar mecanismo anaeróbico (1 capilar por fibra)
3.7.2 Contractilidad (acoplamiento excitación - contracción y procesos de relajación). Influencia del
pre y post carga en la contracción.
3.8 Musculo liso

También conocido como no curvo o no voluntario, se compone de células en forma de huso.
3.8.1 Relación entre miofilamentos finos y gruesos.
La organización estructural de las miofibrillas se conserva gracias a 3 proteínas:
 Titina
 Actinina
 Nebulina
Los filamentos gruesos están colocados de manera precisa dentro del sarcomero con ayuda de la titina,
gran proteína elástica lineal.
Los filamentos delgados se encuentran en registro entre si, gracias a la proteína en forma de bastoncillo
actinina a.
3.8.2 Diferencias entre músculos lisos unitarios y multiunitarios.
El nombre de unitario deriva del hecho de que, a partir de un foco o centro marcapaso que genera un
PA, la contracción se propaga a todas las células que conforman el musculo, que se comporta como
unidad.
Por el contrario, la iniciación de la contracción en los músculos multiunitarios depende, como en el
musculo esquelético, de la llegada de un estimulo nervioso o de los agonistas correspondientes.
3.8.3 Modelos de acoplamiento excitación – contracción en musculo liso.
3.8.9 Comparación de las propiedades de los puentes cruzados y las relaciones fuerza – velocidad y
longitud – tensión del musculo liso, esquelético y cardiaco.

UNIDAD II PRINCIPIOS FISICOQUIMICOS EN BIOFISICA
2.1 Principios de bioenergética
¿QUE ES LA BIONERGETICA? Es el estudio de la energía química almacenada en la biomasa
(conjunto de especies vegetales y animales utilizadas como nutrientes y fuente de energía).
2.1.1 Sistema y variables de estado
¿Son las magnitudes que se emplean para describir el estado de un sistema termodinámico?
R= Variables de estado.
“Dependiendo de la naturaleza del sistema termodinámico objeto de estudio, pueden elegirse
distintos conjuntos de variables termodinámicas para describirlo”
En el caso de un gas, estas variables son: masa volumen presión temperatura
Variable del estado: Es la totalidad de las propiedades macroscópicas asociadas con un
sistema. Cualquier sistema que muestre un conjunto de variables identificables tiene un
estado termodinámico, ya sea que esté o no en equilibrio.
*Energía interna *Entalpia
*Presión *Entropía
*Temperatura *Densidad
*Volumen *Polarización
2.1.2 Estado de un sistema. Funciones de estado
Trayectoria: Es un cambio de estado especificando la secuencia de estados intermedios
ordenados en la sucesión que recorre el sistema.
Sistema termodinámico: Parte del universo físico, separado del medio para estudiar sus
propiedades termodinámicas.
Cambios de estado: Es la transformación que efectúa un sistema de un estado inicial a un
estado final.
Estados del sistema: Estado en el que cada una de las propiedades (que se deben considerar
para definir el sistema) tiene un valor determinado. Condición descrita por las propiedades del
sistema en un punto o tiempo dado.
PROPIEDADES O MAGNITUDES TERMODINAMICAS
Se clasifican en intensivas (no dependen del tamaño del sistema) y extensivas (dependen del
tamaño del sistema)
Magnitudes extensivas: Son proporcionales al tamaño del sistema, de forma que si el sistema
se corta por la mitad, sus valores se reducen a la mitad.

Ejemplos: Masa, Volumen, Número de moles, Energía y Entropía
Magnitudes intensivas: Son aquellas que tienen el mismo valor en todos los puntos de un
sistema en equilibrio, independientemente del tamaño de este.
Ejemplos: Presión, temperatura y magnitudes especificas.
PROPIEDADES VARIABLES DEL SISTEMA
Temperatura: Es una magnitud escalar que mide la cantidad de energía térmica que tiene un
cuerpo.
Ejemplo: En el S.I. se mide en kelvin (K), aunque la escala Celsius se emplea con frecuencia.
Presión: Es la fuerza por unidad de área aplicada sobre un cuerpo en la dirección perpendicular
a su superficie.
Ejemplo: En el Sistema Internacional se expresa en pascales (Pa).
Volumen: Es el espacio tridimensional que ocupa el sistema.
Ejemplo: En el Sistema Internacional se expresa en metros cúbicos (m3). Si bien el litro (l) no es
una unidad del Sistema Internacional, es ampliamente utilizada.
Ecuaciones de estado
Es una ecuación constitutiva para sistemas hidrostáticos que describe el estado de agregación
de la materia como una relación funcional entre la temperatura, la presión, el volumen, la
densidad, la energía interna y posiblemente otras funciones de estado asociadas con la
materia.
Funciones de estado
Es una propiedad de un sistema termodinámico que depende sólo del estado del sistema, y no
de la forma en que el sistema llegó a dicho estado. Por ejemplo, la energía interna y la entropía
son funciones de estado.
2.1.3 Primera ley de la termodinámica
También conocida como la “Ley de la Conservación de la Energía”, establece que en cualquier
sistema físico aislado, la cantidad total de energía será la misma a lo largo del tiempo, aunque
pueda transformarse en otras formas de energía.
Dicho de otro modo: “en un sistema aislado, la energía no puede crearse ni destruirse, solo
transformarse”.
Aplicación
La primera ley de la termodinámica aplica el principio de conservación de energía a sistemas
donde la transferir de calor y hacer un trabajo son los métodos de intercambio de energía
dentro y fuera del sistema.

La primera ley de la termodinámica establece que el cambio en la energía interna de un
sistema, es igual al calor neto que se le transfiere, más el trabajo neto que se hace sobre él.
En forma de ecuación, la primera ley de la termodinámica es: ∆U = Q - W
Donde:
Q: Calor añadido al Sistema o sustraído de éste
ΔU: Cambio en la Energía Interna del Sistema
W: Trabajo Mecánico que sale del sistema o que se introduce a él
“Esta formulación establece que la diferencia entre la energía del sistema y el trabajo
efectuado será desprendida del sistema como calor”
Aplicaciones de la primera ley de la termodinámica
1. En un Globo aerostático, el quemador arroja la llama hacia el aire contenido en el
globo. El Calor añadido constantemente hará que el aire sea más ligero y esté más
agitado, logrando el Trabajo Mecánico de levantar la canasta por el viento.
2. En un Motor de Combustión interna, se agrega en el pistón un chispazo, que inicia una
reacción de combustión. Esta reacción aportará el Calor para que el mismo sistema se
expanda, generando un Trabajo Mecánico que permitirá al automóvil un avance.
2.1.4 Calor, trabajo (mecánico, eléctrico y químico) y energía interna
Calor: Es la energía transferida de un sistema a otro (o de un sistema a sus alrededores)
debido en general a una diferencia de temperatura entre ellos.
Energía interna: Es la suma de todas las energías cinéticas y potenciales microscópicas de las
partículas del sistema, si este estuviera en reposo y no en un potencial energético
macroscópico
Trabajo: Es la cantidad de energía transferida de un sistema a otro mediante una fuerza
cuando se produce un desplazamiento.
TIPOS DE TRABAJO
Mecánico: La forma de trabajo más fácil de visualizar es el trabajo mecánico, que es la
energía requerida para mover un objeto a una distancia d cuando se opone a una fuerza F,
como la gravedad:
w= Fd donde: w es trabajo / F esfuerza opositora / d es distancia
Eléctrico: Es el trabajo que realiza una fuerza eléctrica sobre una carga que se desplaza desde
un punto A hasta otro punto B.
Expansión y comprensión: Es un proceso durante el cual el sistema permanece en equilibrio
todo el tiempo.

2.1.5 Segunda ley de la termodinámica
La segunda ley de termodinámica describe los cambios a la entropía (o desorden) en un
sistema. La ley surge de observaciones empíricas del aumento en el desorden y la conclusión
de que los procesos tienen una dirección.
“En otros términos, también establece que, si todo el trabajo mecánico puede transformarse
en calor, no todo el calor puede transformarse en trabajo mecánico”
La segunda ley de la termodinámica establece qué procesos pueden ocurrir en la
transformación de la energía.
Esta ley puede expresarse de diferentes maneras, incluyendo la dirección en que ocurre un
proceso y su irreversibilidad, en términos de la entropía.
Formula segunda ley de la termodinámica
La segunda ley afirma que no todas las transformaciones energéticas son posibles y relaciona
la espontaneidad de un proceso con la variación de la entropía:
ΔS universo=ΔS sistema +ΔS entorno>0
Esta expresión establece que durante los procesos espontáneos, la entropía del universo
siempre aumenta
Ejemplos:
 Con una hielera: cuando ponemos un bloque refrigerante, una botella de jugo de
naranja y una botella de té helado dentro de una hielera, después de un cierto tiempo
todo tendrá la misma temperatura.
 Con un horno: dentro de un horno a 120ºC se introduce una bandeja con 10 frascos de
vidrio para esterilizarlos; luego de un tiempo todos los frascos y la bandeja tendrán
120ºC.
2.1.6 Entalpia, interpretación microscópica de la segunda ley
Entalpia: Cantidad de energía que un sistema termodinámico intercambia con su medio
ambiente en condiciones de presión constante, es decir, cantidad de energía que el sistema
absorbe o libera a su entorno
Suele representar esta magnitud con la letra H y se la mide en julios (J). Y se clasifica en 2:
Dependiendo del material.
∆ H = ∆ E + ∆ (PV)
Endotérmicos: Consumen calor o energía del medio ambiente.
Exotérmicos: Liberan calor o energía hacia el medio ambiente.
2.1.7 Entropía y procesos irreversibles
Entropia: Grado de desorganización o desorden del sistema.

ΔS = Q/T.
“Grado de equilibrio de un sistema termodinámico (variación de entropía). Cuando se produce
una variación de entropía positiva, los componentes de un sistema pasan a un estado de
mayor desorden que cuando se produce una entropía negativa”
Procesos reversibles
Para calcular la variación de entropía ΔS estos deben estar conectados por una transformación
reversible entre el estado inicial A y el estado final B y calculamos para este proceso.
2.1.8 Energía libre. Condiciones de espontaneidad
La energía libre de Gibbs (G) está relacionada con la entalpía (H) y la entropía (S) mediante la
ecuación: ΔG=ΔH−TΔS
Donde:
ΔG es el cambio en la energía libre de Gibbs
ΔH es el cambio en entalpía
T es la temperatura en kelvins
ΔS es el cambio en la entropía.
Las condiciones de espontaneidad se expresan en términos de la variación de energía libre
de Gibbs (ΔG):
Proceso Espontáneo a Temperatura Constante (isotérmico):
Si ΔG < 0, el proceso es espontáneo.
Si ΔG > 0, el proceso no es espontáneo.
Si ΔG=0, el sistema está en equilibrio.
2.1.9 Procesos biológicos espontáneos y no espontáneos
Una reacción espontánea es aquella que se produce por sí misma, sin necesidad de un aporte
externo de energía. Una reacción espontánea favorece la formación del producto, incluso si la
reacción es lenta.
Por ejemplo, la combustión de un trozo de papel es una reacción espontánea, aunque no hay
que preocuparse de que el papel estalle repentinamente en llamas.
Una reacción no espontánea es un proceso que no ocurrirá a menos que sea "impulsado " por
el aporte continuo de energía de una fuente externa.
Una reacción no es espontánea si:
 Una o ambas fuerzas impulsoras favorecen a los reactivos sobre los productos.
 La reacción es endotérmica.
 Va acompañada de una disminución de la entropía.

 La variación de energía de Gibbs correspondiente es positiva.
Ejemplos de reacciones que nunca son espontáneas incluyen:
 Fotosíntesis
 Formación de combustible a partir de CO2 y agua
Ejemplos:
Espontaneas:
 La disolución de azúcar en agua
 La oxidación del hierro
No espontanea:
La fotosíntesis en plantas (requiere energía externa, como la luz del sol para llevarse a
cabo)
2.1.10 Reacciones acopladas
Las reacciones acopladas son aquellas donde la energía libre de una reacción (exergónica) es
utilizada para conducir/dirigir una segunda reacción (endergónica). Por lo tanto las reacciones
acopladas representan reacciones liberadoras de energía acopladas a reacciones que
requieren energía
 Se llaman así cuando una reacción exergonica ocurre al mismo tiempo que una
endergónica
 Son catalizadas por la misma enzima
 La energía que se libera en una reacción se aprovecha para realizar la otra.
Las reacciones que tienen un ∆G negativo liberan energía libre y son denominadas reacciones
exergónicas.
Un ∆G negativo significa que los reactivos o el estado inicial, tienen más energía libre que los
productos o estado final. A las reacciones exergónicas también se les llama reacciones
espontáneas porque pueden ocurrir sin la adición de energía.
Las reacciones con un ∆ G positivo ( ∆ G > 0 ), por otro lado, requieren de un aporte de energía
y son denominadas reacciones endergonicas. En este caso, los productos o el estado final,
tienen más energía que los reactivos o estado inicial. Las reacciones endergonicas no son
espontaneas, lo que significa que debe añadirse antes de que puedan proceder.
De esta manera, la energía liberada por las reacciones exergónicas se utiliza para impulsar las
reacciones endergónicas, lo que es fundamental para numerosos procesos biológicos.
Por ejemplo, en el metabolismo, las células utilizan el acoplamiento de reacciones para
sintetizar moléculas portadoras de energía que capturan la energía de las reacciones
exergónicas y la utilizan en las reacciones endergónicas. Este mecanismo es esencial para el
funcionamiento celular y la transferencia de energía en los sistemas biológicos

PARA QUE DOS REACCIONES PUEDAN ACOPLARSE ES NECESARIO QUE TENGAN UN
INTERMEDIARIO COMUN.
2.1.11 Termodinámica de los sistemas abiertos
Un sistema abierto es aquel que permite el libre intercambio de materia y energía con su
entorno, sin presentar barreras al flujo. Esto significa que el sistema puede recibir o liberar
tanto materia como energía.
A diferencia de un sistema cerrado, que solo intercambia energía, o un sistema aislado, que no
intercambia ni materia ni energía con su entorno.
 Los seres vivos, que son comprendidos como sistemas abiertos en la medida en que
están constantemente tomando y retornando materia y energía del medio ambiente.
 El motor de un auto, que necesita gasolina para poder funcionar y, cuando lo hace,
libera gases producto de la combustión.
 La Tierra es un sistema abierto, ya que recibe energía del Sol y también intercambia
materia con su entorno, como el intercambio de gases con la atmósfera.
El equilibrio termodinámico en un sistema abierto se alcanza cuando las variables que
describen su estado, como la temperatura, presión y composición, no varían con el tiempo, a
pesar del intercambio continuo de materia y energía con el entorno. Esto significa que, aunque
el sistema está en constante interacción con su entorno, sus propiedades permanecen
estables.
Se debe examinar la transferencia de calor entre un sistema termodinámico y su ambiente o
entre las diferentes partes del sistema, y su equilibrio debería dictar el equilibrio termico del
sistema. Intuitivamente, dicho equilibrio se alcanza si la temperatura pasa a ser la misma para
los distintos objetos o partes del sistema en contacto térmico, y la transferencia de calor neta
en el tiempo pasa a ser cero.
2.1.12 Estado estacionario en comparación del estado de equilibrio termodinámico
Estado Estacionario:
1. Propiedades del sistema no cambian en función del tiempo.
2. Tasas de entrada y salida pueden ser diferentes pero constantes en el tiempo.
Equilibrio Termodinámico:
1. No hay intercambio neto de energía o materia con el entorno.
2. Propiedades macroscópicas del sistema permanecen constantes en el tiempo.
2.1.13 Acoplamiento entre reacciones química
Acoplamiento:
1. Energía liberada por reacciones exergónicas impulsa reacciones endergónicas.
2. Permite mantener un flujo constante de energía en la célula.
Fosforilación oxidativa: energía liberada en la cadena respiratoria utilizada para sintetizar ATP.

2.1.14 Metabolismo basal
Definición:
1. Tasa mínima de gasto energético necesario para funciones vitales en reposo.
2. Expresado en calorías por día o julios por segundo.
Importancia:
1. Representa gran parte del gasto energético total.
2. Determina requisitos energéticos individuales y es afectado por diversos factores.
2.1.15 Propiedades de los líquidos
Tensión superficial: Es la fuerza con que son atraídas las moléculas de la superficie de un
líquido para llevarlas al interior y así disminuir el área superficial.
Capilaridad: Depende de su tensión superficial. Las fuerzas entre las moléculas de un líquido se
llaman fuerzas de cohesión y, aquellas entre las moléculas del líquido y las de la superficie de
un sólido, se denominan fuerzas de adhesión, lo que les permite ascender por un tubo capilar
(de diámetro muy pequeño).
Viscosidad: Resistencia al flujo. La viscosidad de un líquido depende de las fuerzas
intermoleculares: Cuanto mayores son las fuerzas intermoleculares de un líquido, sus
moléculas tienen mayor dificultad de desplazarse entre sí, por lo tanto la sustancia es más
viscosa.
Presión de vapor: La presión de vapor de un líquido a una temperatura determinada es la
presión ejercida por su vapor cuando los estados líquidos y gaseosos están en equilibrio
dinámico.
Punto de ebullición: es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual que la
presión ejercida sobre el líquido, (presión atmosférica).
Difusión: Proceso mediante el cual un fluido se mezcla gradualmente con otro debido a sus
propiedades cinéticas, lo que constituye una demostración del movimiento aleatorio de los
líquidos.
Forma y volumen: Las moléculas dentro de los límites del volumen del líquido tienen la
libertad de moverse unas alrededor de otras, permitiendo que fluyan los líquidos. Su forma
depende del contorno del recipiente que los contiene.
Osmosis: Fenómeno de difusión pasiva que sucede cuando existen dos soluciones en un medio
con diferente concentración de solutos, que están separadas por una membrana
semipermeable.

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