QUÍMICA FÍSICA MÓDULO MATERIA CURSO SEMESTRE CRÉDITOS TIPO QUÍMICA PARA LAS BIOCIENCIAS MOLECULARES. QUÍMICA FÍSICA 1º 2º 6 Básica

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1 GUIA DOCENTE DE LA ASIGNATURA QUÍMICA FÍSICA MÓDULO MATERIA CURSO SEMESTRE CRÉDITOS TIPO QUÍMICA PARA LAS BIOCIENCIAS MOLECULARES PROFESOR(ES) QUÍMICA FÍSICA 1º 2º 6 Básica DIRECCIÓN COMPLETA DE CONTACTO PARA TUTORÍAS Francisco Conejero Lara (responsable de la asignatura) Ángel Pey Rodríguez Ana María Zafra Ruano Dpto. Química Física, Facultad de Ciencias. Edificio de Químicas, Ala norte, 3ª planta. Correos electrónicos: conejero@ugr.es; angelpey@ugr.es ; azruano@ugr.es HORARIO DE TUTORÍAS F. Conejero Lara: Lunes, miércoles y viernes, de 9 a 11 horas GRADO EN EL QUE SE IMPARTE OTROS GRADOS A LOS QUE SE PODRÍA OFERTAR Grado en Bioquímica PRERREQUISITOS Y/O RECOMENDACIONES (si procede) Poseer una formación básica suficiente en Matemáticas, Física, Química e Informática propia de un Bachillerato. BREVE DESCRIPCIÓN DE CONTENIDOS (SEGÚN MEMORIA DE VERIFICACIÓN DEL GRADO) Termodinámica y equilibrio. Cinética de las reacciones químicas. Química de los fenómenos de superficie. Introducción general a polímeros. Introducción a los métodos espectroscópicos de elucidación estructural. COMPETENCIAS GENERALES Y ESPECÍFICAS Transversales/genéricas: CT1.- Adquirir la capacidad de razonamiento crítico y autocrítico. CT2.- Saber trabajar en equipo de forma colaborativa y con responsabilidad compartida. CT4.- Tener capacidad de aprendizaje y trabajo autónomo. CT5.- Saber aplicar los principios del método científico. CT6.- Saber reconocer y analizar un problema, identificando sus componentes esenciales, y planear una estrategia científica para resolverlo. CT7.- Saber utilizar las herramientas informáticas básicas para la comunicación, la búsqueda de información, y el tratamiento de datos en su actividad profesional.. Página 1

2 CT9.- Saber comunicar información científica de manera clara y eficaz, incluyendo la capacidad de presentar un trabajo, de forma oral y escrita, a una audiencia profesional, y la de entender el lenguaje y propuestas de otros especialistas. Especificas: CE1.- Entender las bases físicas y químicas de los procesos biológicos, así como las principales herramientas físicas, químicas y matemáticas utilizadas para investigarlos. CE3,- Comprender los principios básicos que determinan la estructura molecular y la reactividad química de las biomoléculas sencillas. CE4.- Comprender los principios que determinan la estructura de las macromoléculas biológicas (incluyendo proteínas y ácidos nucléicos), así como de los complejos supramoleculares biológicos, y ser capaz de explicar las relaciones entre la estructura y la función. CE5.- Comprender los principios químicos y termodinámicos del reconocimiento molecular y de la biocatálisis, así como el papel de los enzimas y otras proteínas en determinar el funcionamiento de las células y organismos. CE21.- Poseer las habilidades cuantitativas para el trabajo en el laboratorio bioquímico, incluyendo la capacidad de preparar reactivos para experimentos de manera exacta y reproducible. CE24.- Poseer las habilidades matemáticas, estadísticas e informáticas para obtener, analizar e interpretar datos, y para entender modelos sencillos de los sistemas y procesos biológicos a nivel celular y molecular. CE26.- Tener capacidad para plantear y resolver cuestiones y problemas en el ámbito de la Bioquímica y Biología Molecular a través de hipótesis científicas que puedan examinarse empíricamente. CE28.- Capacidad para transmitir información dentro del área de la Bioquímica y Biología Molecular, incluyendo la elaboración, redacción y presentación oral de un informe científico. OBJETIVOS (EXPRESADOS COMO RESULTADOS ESPERABLES DE LA ENSEÑANZA) Conocimientos a adquirir: Describir correctamente con palabras y con fórmulas matemáticas las tres leyes de la energética de las reacciones químicas. Termodinámica. Predecir correctamente la espontaneidad de una reacción en base a los cambios entrópicos y entálpicos y de la energía de Gibbs en condiciones estándar y no estándar. Describir bien con palabras y con fórmulas matemáticas la solubilidad, insolubilidad y propiedades ácido- base de diferentes compuestos. Describir cualitativa y cuantitativamente los cambios en las propiedades coligativas de un solvente por la adición de un soluto. Incluyendo: presión de vapor, punto de ebullición, punto de congelación y presión osmótica. Describir bien los factores que afectan a la velocidad de reacción. Comprender la catálisis química y la biocatálisis. Entender los principios básicos de los métodos espectroscópicos de elucidación estructural. Comprender los fenómenos moleculares que tienen lugar en superficies desde el punto de vista químicofísico. Entender la base químico- física de las reacciones de polimerización. Competencias a adquirir: Trabajar de forma adecuada en un laboratorio químico- bioquímico incluyendo seguridad, manipulación y eliminación de residuos químicos y registro anotado de actividades. Expresarse correctamente con términos químicos. Aplicar correctamente el concepto de equilibrio químico, valorar los factores que lo afectan y calcular constante de equilibrio. Trabajar correctamente con varias unidades de concentración incluyendo molaridad, normalidad, molalidad, fracción molar y % en peso y volumen e interconvertir entre las diferentes unidades. Página 2

3 Preparar bien disoluciones ajustadas en volumen, concentración y con ph determinados. Determinar el ph en una titulación a mitad del punto de equivalencia, en el punto de equivalencia y después del punto de equivalencia. Explicar cómo y por qué cambia el color de un indicador de ph. Pipetear correctamente con precisión desde microlitros a mililitros. Pesar correctamente sustancias con precisión desde décimas de miligramo a gramos. Familiarizarse con el uso de los principales instrumentos habituales en un laboratorio químico- bioquímico Determinar correctamente órdenes de reacción y constantes cinéticas. TEMARIO DETALLADO DE LA ASIGNATURA TEMA 1. PRINCIPIOS DE TERMODINÁMICA I Introducción. Conceptos básicos Energía interna, trabajo y calor Primer principio de la termodinámica Entalpía y capacidad calorífica Cambios en la energía interna y la entalpía de un sistema. Estados estándar. Termoquímica. Entalpías de reacción, de combustión y de formación. Determinación experimental de los calores de reacción. Calorimetría. TEMA 2. PRINCIPIOS DE TERMODINÁMICA II El segundo principio de la termodinámica. La entropía Cambios de entropía Tercer Principio de la Termodinámica. Entropías estándar Condiciones para el equilibrio y la espontaneidad. La energía de Gibbs TEMA 3. EQUILIBRIOS DE FASES Y DISOLUCIONES Cambios de fase. Diagramas de fase. Mezclas. El potencial químico Disoluciones ideales y reales. Propiedades coligativas Ósmosis. Disoluciones de macromoléculas Disoluciones iónicas TEMA 4. EQUILIBRIO QUÍMICO Sistemas de composición variable. Espontaneidad de las reacciones y equilibrio químico. Energías de Gibbs estándar de reacción. La constante de equilibrio. Respuesta del equilibrio químico a los cambios de condiciones. Equilibrios iónicos. Transporte de iones a través de membranas TEMA 5. CINÉTICA QUÍMICA ELEMENTAL Introducción a la cinética química Velocidad de reacción Métodos experimentales para la determinación de las ecuaciones cinéticas Ecuaciones de velocidad Influencia de la temperatura en las constantes cinéticas TEMA 6. MECANISMOS DE REACCIÓN Y CATÁLISIS Mecanismos de reacción. Reacciones complejas. Página 3

4 Teoría del estado de transición Mecanismo general de la catálisis Introducción a la catálisis enzimática TEMA 7. INTRODUCCIÓN A LOS MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS DE ELUCIDACIÓN ESTRUCTURAL Naturaleza de la radiación electromagnética y su interacción con la materia Bases de la espectroscopía Interpretación de espectros: frecuencia, intensidad, anchura de bandas, estructura fina. Fundamentos básicos y aplicaciones de las técnicas espectroscópicas a biomoléculas. TEMA 8. QUÍMICA FÍSICA DE SUPERFICIES La interfase. Termodinámica de superficies Adsorción. Catálisis heterogénea Coloides, geles, micelas. TEMA 9. INTRODUCCIÓN GENERAL A POLÍMEROS Introducción Tipos de polímeros y sus propiedades Reacciones de polimerización y sus tipos Polímeros sintéticos y polímeros biológicos PROGRAMA DE PRÁCTICAS PRÁCTICA 1: DETERMINACIÓN DEL pka DE UN INDICADOR MEDIANTE ESPECTROFOTOMETRÍA PRÁCTICA 2: DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA DE LA REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN POR CALORIMETRÍA ADIABÁTICA. PRÁCTICA 3: DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN Y EL FACTOR DE FRECUENCIA DE UNA REACCIÓN POR MEDIDAS DE CONDUCTIVIDAD ELECTROLÍTICA. PRÁCTICA 4: DETERMINACIÓN DEL PKA Y LA CAPACIDAD TAMPONANTE DE UN ÁCIDO DÉBIL POR POTENCIOMETRÍA BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA FUNDAMENTAL: Química Física (8º Ed.) Atkins P.W. & de Paula J. Ed. Panamericana (2008). Fisicoquímica (5ª Ed.) Levine, I.N. Mc Graw- Hill (2004). Principles and Problems in Physical Chemistry for Biochemists 3 rd Ed. Price, Dwek, Ratcliffeand Wormald. Oxford (2005) Physical Chemistry for Biological Sciences Gordon G. Hammes. Wiley (2007) Physical Chemistry for the Life Sciences Peter Atkins and Julio de Paula. Oxford University Press (2006) Bioquímica Física K. E. van Holde. Ed. Alambra (1979) Fisicoquímica para las ciencias Químicas y Biológicas R. Chang. Mc Graw- Hil Interamericana (2008) Fisicoquímica para las ciencias de la salud González Carmona y Meza Reyes. Mc Graw- Hill (2007) Biophysical chemistry Charles R. Cantor, Paul R. Schimmel. San Francisco : Freeman (1980) Química Física para las ciencias de la vida Gordon M Barrow. Ed. Reverté (1976) Página 4

5 BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA: Elements of Physical Chemistry (5ª Ed.) Peter Atkins and Julio de Paula. Oxford University Press (2009) Thermodynamics and kinetics for the biological sciences Gordon G. Hammes. Wiley (2000) Química Física Macromolecular I. A. Katime. Univ. Pais Vasco (2002) ENLACES RECOMENDADOS - Página de la American Chemical Society, la sociedad científica más grande del mundo, con multitud de enlaces a biografías, química física, etc. - El directorio Sheffield WWW de Química. Numerosos enlaces a todo tipo de recursos de Química en la red. Página web del Departamento de Química Física de la Universidad de Granada - La Sociedad de Biofísica de España. METODOLOGÍA DOCENTE A) Actividades presenciales (40%) 1. Clases de teoría, problemas y casos prácticos. 1,2 ECTS (30h). CT1.- Adquirir la capacidad de razonamiento crítico y autocrítico. CT5- Saber aplicar los principios del método científico. CE1- Entender las bases físicas y químicas de los procesos biológicos, así como las principales herramientas físicas, químicas y matemáticas utilizadas para investigarlos. CE3- Comprender los principios básicos que determinan la estructura molecular y la reactividad química de las biomoléculas sencillas. CE4- Comprender los principios que determinan la estructura de las macromoléculas biológicas (incluyendo proteínas y ácidos nucléicos), así como de los complejos supramoleculares biológicos, y ser capaz de explicar las relaciones entre la estructura y la función. CE5- Comprender los principios químicos y termodinámicos del reconocimiento molecular y de la biocatálisis, así como el papel de los enzimas y otras proteínas en determinar el funcionamiento de las células y organismos. 2. Clases prácticas de laboratorio y/o informática. 0,48 (12h). CT2.- Saber trabajar en equipo de forma colaborativa y con responsabilidad compartida. CT6.- Saber reconocer y analizar un problema, identificando sus componentes esenciales, y planear una estrategia científica para resolverlo. CE21.- Poseer las habilidades cuantitativas para el trabajo en el laboratorio bioquímico, incluyendo la capacidad de preparar reactivos para experimentos de manera exacta y reproducible. 3. Seminarios 0.24 ECTS (6h) CT9.- Saber comunicar información científica de manera clara y eficaz, incluyendo la capacidad de presentar un trabajo, de forma oral y escrita, a una audiencia profesional, y la de entender el lenguaje y propuestas de otros especialistas. CE28.- Capacidad para transmitir información dentro del área de la Bioquímica y Biología Molecular, incluyendo la elaboración, redacción y presentación oral de un informe científico. Página 5

6 4. Tutorías individuales y/o en grupos reducidos 0,24 ECTS (6 h). Orientar y facilitar la adquisición de las anteriores competencias. 5. Realización de exámenes. 0,24 ECTS (6 h). Evaluación del nivel de competencias adquirido. B) Actividades no presenciales (60%): 1. Estudio de teoría y problemas. 2,0 ECTS (50 h). CT4.- Tener capacidad de aprendizaje y trabajo autónomo. 2. Preparación, estudio y elaboración de los informes de prácticas. 1,0 ECTS (25 h). CT7.- Saber utilizar las herramientas informáticas básicas para la comunicación, la búsqueda de información, y el tratamiento de datos en su actividad profesional. CE24.- Poseer las habilidades matemáticas, estadísticas e informáticas para obtener, analizar e interpretar datos, y para entender modelos sencillos de los sistemas y procesos biológicos a nivel celular y molecular. 3. Realización de ejercicios y actividades complementarias a través de la plataforma docente de la asignatura (0,6 ECTS (15 h). CT6.- Saber reconocer y analizar un problema, identificando sus componentes esenciales, y planear una estrategia científica para resolverlo. CE26.- Tener capacidad para plantear y resolver cuestiones y problemas en el ámbito de la Bioquímica y Biología Molecular a través de hipótesis científicas que puedan examinarse empíricamente. PROGRAMA DE ACTIVIDADES Actividades presenciales Actividades no presenciales Segundo semestre Temas Clases de teoría y problema s Clases prácticas Seminari os Exámenes tutorías en grupos Estudio y trabajo individual del alumno Preparación, estudio y elaboración de informes de prácticas Ejercicios y actividades a través de la plataforma docente 17Feb- 23Feb Tema Feb 28Feb Temas 1 y Mar 7Mar Temas 2 y Mar 14Mar Temas 3 y Mar - 21Mar Tema Página 6

7 24Mar - 28Mar Tema (G- I) Mar 4Abr Tema (G- II) 3 (G- III) 1 (G- I ) y G- II) Abr 11Abr Tema (G- I) 3 (G- II) (G- II y III) Abr - 19Mar Semana Santa 21Abr 25Abr Tema 6 y (G- II) 3 (G- III) (G- I y G- II) Abr 2May Tema (G- II) May 9May Tema (G- I) (G- II y G- III) May 16May Tema (G- III) 1 (G- I) May 23May Tema (G- I) (G- III) May 30May Tema (G- III) 1 (G- I) Jun- 6Jun 1 (segunda prueba) (G- III) 3 23Junio 3 (tercera prueba) 2 Total horas Julio Examen extraordinario EVALUACIÓN Evaluación ordinaria La evaluación se realizará a partir de los exámenes en los que los estudiantes tendrán que demostrar las competencias adquiridas, de la realización de las prácticas y cuadernos de laboratorio, así como la realización de ejercicios y demás actividades propuestas a lo largo del curso. La realización de las prácticas de laboratorio será considerada obligatoria. La superación de cualquiera de las pruebas no se logrará sin un conocimiento uniforme y equilibrado de toda la materia. Sistema de evaluación Exámenes orales y/o escritos basados en preguntas de razonamiento, resolución % calificación final Página 7

8 de problemas numéricos y casos prácticos. 70% Asistencia a las prácticas, examen de prácticas y elaboración de cuadernos de prácticas 20% Realización de ejercicios, actividades complementarias y participación seminarios 10% Evaluación ordinaria Aquellos alumnos que no superen la asignatura con estos instrumentos de evaluación podrán ser evaluados en un examen extraordinario único de toda la materia (teoría y prácticas). INFORMACIÓN ADICIONAL Plataforma Docente Moodle a través del sistema P.R.A.D.O. de la UGR Página 8