Introdução à biofísica

Prévia do material em texto

INTRODUÇÃO À 
BIOFÍSICA
Profa. Dra. Ana Carolina Diniz
A Biofísica é o estudo da Matéria (M), Energia (E), 
Espaço (L) e Tempo (T) nos Sistemas Biológicos
13/09/2021
Matéria: pelos objetos, corpos, alimentos
Energia: pelo calor, luz, som, trabalho físico
Espaço: pelas distâncias, áreas, volume dos objetos
Tempo: pela sucessão do dia e noite, duração da vida
13/09/2021
Área = Espaço ao quadrado (L2)
Volume = Espaço ao cubo (L 3)
Densidade = Razão entre massa e volume (M/L 3)
Velocidade = Razão entre espaço percorrido e o tempo decorrido
(L/T)
13/09/2021
Sistema Internacional (SI)
Metro, Kilograma, Segundo (MKS)
Centímetro, Grama, Segundo (CGS)
1 kg = 1000g
1 g = 1000mg
1min = 60 s
60 min = 1 h
13/09/2021
Medida da quantidade de Matéria de 
um ser vivo. Sob ação da gravidade, a 
massa exerce uma Força, que é o peso.
Vírus = 10-20 kg
1min = 60 s
60 min = 1 h
13/09/2021
A área (m2 ), ou superfície corporal, 
pode ser relacionada a diversos fatores 
fisiológicos, como o metabolismo (cm2)
Volume (m 3) ou cm3, 
litro (l) e mililitro (ml)
13/09/2021
A densidade representa a quantidade 
de matéria existente na unidade de 
volume dos corpos
D= Massa
Volume
13/09/2021
Os seres vivos, suas partes e seus 
componentes estão em constante 
movimento, que é a mudança de 
posição no Espaço.
v= Espaço percorrido
Tempo
13/09/2021
A mudança de velocidade em função do 
tempo é a aceleração (a)
a= Velocidade
Tempo
13/09/2021
São forças de atração que respondem pela 
manutenção das estruturas supramoleculares, 
como células, tecidos e órgãos. A medida da 
força de contração muscular é teste 
importante da função muscular.
F= Massa X Aceleração
As moléculas biológicas são formada 
através de forças de atração e também 
de repulsão, e essas forças são 
atuantes nas reações moleculares
Unidade de medida: 
Newton
13/09/2021
Energia pode produzir Trabalho
Trabalho pode produzir Energia
E e T= Força X Distância 
percorrida
Energia (E) ou Trabalho (T) são duas
grandezas que possuem a mesma
expressão dimensional, porque elas
representam dois aspectos de uma mesma
Grandeza.
13/09/2021
Unidade de Medida: Joule (J)
1 J = 1 N (F) em 1 m (L)
Toda manifestação biológica se faz
através de Trabalho ou Energia.
◦A contração muscular é trabalho
retirado da energia elétrica dos
músculos
◦A síntese das proteínas é trabalho
retirado da energia elétrica dos
alimentos
13/09/2021
W = Trabalho
Tempo
A potência (W) é a capacidade de
realizar Trabalho (ou produzir Energia),
em função do Tempo.
Unidade de medida: Watts
W = Watt = Joule
Segundo
13/09/2021
P= Força
Área
Pressão (P) é uma Força agindo sobre
uma Área.
Unidade de medida: Pascal (Pa)
1Pa = 1N
m
13/09/2021
Trabalho = Pressão X Volume
Quando a pressão exercida modifica o
volume do sistema aparece o Trabalho ou
Energia.
Esse tipo de Trabalho que surge do
produto Pressão X Volume resulta
da contração de cavidades, como
no coração, pulmão, artérias,
bexiga, etc.
13/09/2021
η= Força X Tempo
Área
A viscosidade dinâmica é a resistência
interna de um fluido, líquido ou gás.
Viscosidade (η): Força que deve
ser feita durante certo Tempo
para deslocar uma Área unitária
de um fluido.
CGS: Poise
SI: Pa.s
13/09/2021
σ =Força
Distância
σ= Trabalho
Área
A tensão superficial representa a Força
que deve ser feita para a penetração de
objetos em uma superfície líquida
Tensão superficial (σ): Força dividida
pela distância, ou o Trabalho dividido
pela Área
CGS: Dine/cm
SI: Newton/metro
13/09/2021
Deve ser diferenciado de Calor.
Temperatura é uma medida de intensidade
da energia térmica.
Calor é medida da quantidade de energia
térmica
Temperatura é medida em graus.
Duas escalas:
◦ A Centígrada (°C): ponto zero na fusão do gelo, e 100 na ebulição, 1 atm
◦ A Absoluta (°K): tem zero a -273,15°C
T= t + 273,15 0°C = 273°K
100°C = 373°K
13/09/2021
Diversos fenômenos biológicos são
repetitivos em função do Tempo:
batimentos cardíacos, movimentos
respiratórios, ondas elétricas cerebrais,
sendo medidos pela Frequência (f).
A Frequência é o número de eventos quaisquer num intervalo de
Tempo.
f= 1/T.
Quando se diz que a frequência cardíaca é 80 por minuto, quer-
se dizer 80 batimentos cardíacos por minuto
Unidade da Frequência é o
Hertz (Hz), que corresponde
a um evento por segundo.
Teoria do Campo e a Biologia 
◦ Toda matéria emite um campo, que é energia. Essa
energia se manifesta com uma força, que pelo seu
deslocamento é capaz de produzir trabalho.
Matéria Energia Força Trabalho
O campo se manifesta sob três formas definidas:
Gravitacional Eletromagnético Nuclear
13/09/2021
A Dimensão Tempo
◦A Teoria dos Campos prevê que os Corpos não
interagem diretamente entre si: toda interação é entre
corpos e campos.
◦Duas moléculas não colidem fisicamente (matéria com
matéria). A interação se faz entre campo de uma, e
matéria da outra, e vice-versa.
◦Os campos emitidos pelos corpos podem interagir
entre si. Assim a propagação da interação no espaço
demanda certo tempo para ocorrer. A interação mais
rápida é a da luz no vácuo
13/09/2021
A Dimensão Tempo
◦Não há, portanto, eventos instantâneos, e nem
tampouco imediatos. Todos demandam Tempo, e têm
os Campos como mediadores do processo.
◦Quando dizemos que uma reação foi instantânea,
apenas estamos indicando que o Tempo da reação foi
muito rápido.
13/09/2021
Estados e Formas de Energia nos Campos
◦Energia Potencial: em repouso, armazenada
◦Energia Cinética: em movimento, trabalhando
13/09/2021
Campo Gravitacional (G)
◦O campo G é emitido por toda e qualquer matéria, e
fornece força de atração. Existem dois tipos de Campo
G:
1. Campo G real: emitido pela matéria, é permanente
2. Campo G provocado: produzido pela aceleração
dos corpos. É transitório
13/09/2021
Campo Gravitacional (G)
◦O sentido único da força do campo é em direção ao
centro, onde a Gravidade (força do campo) é nula.
◦Qualquer distância do centro, existe força que atrai os
corpos, sempre na direção do centro.
◦O campo G da aceleração mais conhecido é das
centrífugas.
13/09/2021
Campo Gravitacional (G)
◦O campo G é auxiliar na introdução de líquidos no
organismo, especialmente na terapia intravenosa de
fluídos, e na drenagem de cavidades corporais.
◦O campo G age sobre os macrossistemas, sobre partes
volumosas e ponderalmente significativas, como a
massa sanguínea, as vísceras, as partes sustentadas
pela coluna vertebral.
13/09/2021
Campo Gravitacional (G)
◦Os seres vivos são dotados de mecanorreceptores
(percebem estímulos mecânicos), barorreceptores
(sentem pressão), e ainda receptores que indicam a
direção do campo gravitacional.
13/09/2021
Campo Eletromagnético (EM)
◦O campo EM possui forças de atração e repulsão.
◦Ele se divide em campo Elétrico, campo Magnético e
campo Eletromagnético.
◦Os campos E e M possuem carga, enquanto o campo
EM não possui.
➢ Com carga
1. Elétrica: Positiva (+) ou Negativa (-)
2. Magnética: Pólo Sul (S) ou Pólo Norte (N)
13/09/2021
Campo Eletromagnético (EM)
◦ Sem carga
1. Radiação eletromagnética (Raios X, luz, calor, etc)
Os seres vivos, em sua atividade biológica, produzem os
três campos. O campo elétrico é presente em todas as
células, e sua propagação é medida como o
eletrocardiograma (ECG), eletroencefalograma (EEG),
eletromiograma (EMG). O impulso nervoso é uma
corrente elétrica.
13/09/2021
Campo Eletromagnético (EM)
◦O campo magnético participa de certas
propriedadesde moléculas como a hemoglobina,
citocromo, ferredoxina, dentre outras.
◦O campo EM está presente em todos os seres vivos, sob
a forma de calor.
13/09/2021
Métodos Biofísicos de Estudo
◦As soluções biológicas são multicomponentais, além do
solvente água possuem um número enorme de
componentes.
◦Um extrato celular de fígado pode ter mais de 500
enzimas, o plasma sanguíneo possui mais de mil
substâncias, entre íons comoNa+, K+, CL-; pequenas
moléculas como glicose, ureia, creatinina, etc.
◦Os métodos biofísicos de estudo permitem separar e
identificar esses componentes, além de permitir estudo
das suas propriedades de estrutura e função.
13/09/2021
Espectrofotometria
◦Consiste em usar o espectro radiante para inspecionar
sistemas biológicos, especialmente soluções.
◦Um feixe de energia atravessa a solução, e a sua
absorção oferece informações sobre a qualidade e
quantidade dos componentes do sistema.
◦A energia da radiação é medida em nm. A faixa mais
utilizada do espectro vai do ultravioleta (200nm) até o
infravermelho curto (1.000nm).
◦Comprimento de onda: λ
13/09/2021
Espectrofotometria
13/09/2021
Espectrofotometria
◦A faixa que é percebida pelo olho humano vai de 400
a 750nm. Nessa faixa, nós experimentamos uma gama
de sensações visuais denominadas cores.
◦Abaixo de 400 e acima de 750 nm, os seres humando
não sentem nenhuma sensação.
◦Cor é uma sensação psicofísica que associamos a um
comprimento de onda predominante.
13/09/2021
Cor dos Objetos
◦O branco é a mistura de cores que se anulam.
◦Preto é a ausência de todas as cores
13/09/2021
Luz Monocromática
◦Apresenta único comprimento de onda.
◦Quanto menor o espalhamento do espectro, melhor a 
monocromaticidade.
13/09/2021