biofísica - introdução

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Biofísica
Apresentação da disciplina:
· 4 avaliações.
· Discussão de artigo.
· Estudo dirigido como prova.
· Relatórios (guardar p/ entrega no final).
· Seminário.
· Discussão de artigo – avaliação individual.
· Cada aula prática/visita prática – relatório.
Introdução
Aplicação da física nos processos/sistemas biológicos. Estuda os sistemas vivos dos pontos de vista físico.
· Descrever a natureza molecular do sistema biológico;
· Descrever processos dinâmicos de transporte e transformação da matéria biológica;
· Transformações de energia;
· Sinalização e comunicação celular;
· Organização dos processos biológicos, em nível fisiológico de cada indivíduo e nível de interação do individuo com o meio, evidenciando os princípios físicos.
Biofísica: é o estudo da matéria, energia, espaço e tempo nos sistemas biológicos.
· Todo ser vivo possui as 4 grandezas fundamentais: matéria (kg), energia (A), espaço (m) e tempo (s).
· Os seres vivos são constituídos de matéria, e, portanto, ocupam espaço próprio, seus processos vitais percorrem diante da conservação e utilização de energia e necessariamente ao longo do tempo.
 Medidas de grandeza fundamental:
· Matéria (massa): é a quantidade de matéria de um ser vivo (presente em um corpo).
· A massa é variável, de acordo com o ser vivo, podendo ser desde o vírus com 10-20 até uma baleia 103 kg.
· Massa ≠ peso.
· Peso: é a força que esse corpo exerce em algum lugar, dependendo da quantidade de matéria (massa) e da gravidade.
· 
· Tempo: pode ser avaliado por qualquer fenômeno periódico. No SI usa-se segundos.
· Ex: batimentos cardíacos ou estações do ano.
· Espaço: é medido pelo comprimento e possui 2 grandezas derivadas do espaço: área (m2) e volume (m3).
· Área ou superfície corporal.
· Relacionado com fatores fisiológicos - como metabolismo, secção da área de uma artéria.
· Unidade no SI é ao m2, mas na biologia usa-se cm2.
· Volume: quando o espaço é visto em três dimensões, por isso utiliza-se cúbico.
· Energia é a capacidade que um corpo tem de realizar trabalho. É medida em ampere. 
· A energia nunca é criada e nem destruída, sempre (e apenas) transformada.
· Lei da conservação de energia.
· Durante a transformação de energia pode ser realizado um trabalho, logo sem conversão de energia não há realização de trabalho.
· A energia pode ser apresentada de várias formas:
· Potencial (repouso).
· Cinética (movimento).
· Térmica.
· Nuclear.
· Mecânica.
· Para gerar energia é necessário o trabalho. 
· Os seres biológicos realizam trabalho constantemente para manter a vida.
· Transformando energia e liberando-a na forma de calor.
· Fluxo de energia dos sistemas biológicos: energia captada pelos seres fotossintéticos → transformada em energia química → passa através da cadeia alimentar → usada no metabolismo celular.
· Para que os seres vivos consigam realizar a conversão de energia em trabalho é necessário haver um estoque de energia, pois sem a energia os seres vivos vêm a morrer.
· Nos organismos vivos a energia é armazenada em substancias químicas, sendo transformadas por processos bioquímicos, e liberam essa energia quando necessário.
· É necessário de energia nas ligações químicas para que consigam ser quebradas.
· A energia de ativação (EA) é responsável por quebrar as ligações químicas.
· Nas reações químicas do metabolismo, a energia é quebrada e liberada quando novas ligações são formadas após a ligação original se quebrar, esta é a energia utilizada pelas células para realizarem suas funções.
· Qual a fonte de energia da célula? Através do metabolismo celular que sintetiza e quebra compostos orgânicos e inorgânicos afim de produzir energia ATP. 
· Os organismos quimiotróficos oxidam os compostos orgânicos e inorgânicos, gerando ATP. Utilizam compostos químicos como fonte de energia.
· Os organismos fototróficos convertem a energia solar em química, na forma de ATP. Realiza a síntese de matéria orgânica através da utilização de energia solar.
OBS: rever o processo (ciclo de Krebs).
· Organismos autotróficos: produzem seu próprio alimento, através da fotossíntese realizando o armazenamento de energia química. 
· Organismos heterotróficos: não produz seu próprio alimento. Utilizam compostos orgânicos como fonte de energia, através da oxidação desses compostos orgânicos.
 Processos de respiração:
· Respiração anaeróbica: não utiliza O2. Considerada fermentação devido à falta de oxigênio. Através da glicólise utiliza-se o restante da reação de fermentação, liberando 2 ATP, sendo considerado uma oxidação incompleta e possui como resíduos o etanol ou ácido lático ou CO2.
· Respiração aeróbica: utiliza O2. Com a glicólise, inicia-se o processo de respiração celular, com varias etapas, as mais importantes: formação de Acetil-CoA, ciclo de Krebs e cadeia respiratória. Este tipo de respiração é classificado como uma oxidação completa, liberando 36 ATP, e têm como resíduos água e gás carbônico.
· Transferência de um íon de hidrogênio da molécula do nutriente para a molécula de NAD+ ou FAD+ que são transportadores de elétrons nos seres biológicos. 
· Termodinâmica dos sistemas biológicos:
· Energia térmica: agitação e movimentos dos átomos e moléculas.
· Energia mecânica: promovida pelo deslocamento dos corpos e pela ação das massas.
· Energia química: contida nas ligações química e nas interações entre átomos e moléculas. Armazenada também nas moléculas de ATP das células musculares sendo transformada em energia mecânica, por meio de proteínas contrateis. Energia química acumulada na molécula de ATP é transformada em energia eletroquímica, através do transporte ativo de íons pela membrana, resultando em uma dpp. 
A energia mecânica de um sistema sendo energia potencial (repouso) é transformada em energia cinética (movimento), em transporte passivo o deslocamento dos íons e moléculas ocorre sempre a favor do gradiente de concentração. Utiliza-se a 1° lei de fick (para fluxo de partículas) 
· Energia eletromagnética: proveniente de cargas e correntes elétricas.
· Energia luminosa: propaga por um campo eletromagnético em forma de energia eletromagnética. Fotossíntese – transformação de energia luminosa (eletromagnética), sendo utilizada para converter CO2 em composto químico energético, utilizando a glicose para planta ou alimento.
· Densidade: quantidade de matéria em um dado volume de um corpo.
· Densidade nos tecidos biológicos é praticamente constante, variando muito pouco.
· 
· O volume dos corpos depende da temperatura, portanto a densidade está em função da termodinâmica.
· Para sólidos é pequeno.
· Velocidade: os seres vivos, suas partes e seus componentes (sangue) estão em constante movimento, sendo a mudança de posição no espaço. 
· , esta formula mede a velocidade cte.
· Energia ou Trabalho: é o produto da força pela distância percorrida. É o deslocamento de uma força.
· O trabalho é a grandeza que mede a energia de um corpo.
· Energia é a capacidade de um corpo de realizar trabalho.
· Ex: a contração muscular é trabalho retirado da energia elétrica dos músculos.
· – força x deslocamento.
· Força: presente em todas as estruturas e processos biológicos.
· Ex: as moléculas biológicas são formadas pela atração e também pela repulsão, onde essas forças são atuantes nas reações moleculares. 
· São as forças de atração que respondem pela manutenção das estruturas como células, tecidos e órgãos.
· -2
· Aceleração: razão entre a variação de velocidade num dado intervalo de tempo.
· Ex: aceleração do sangue na ejeção cardíaca.
· 
· 
· Potência: capacidade de realizar trabalho (ou produzir energia) em função do tempo.
· 
· Pressão: força agindo sobre a área.
· Ex: a pressão sanguínea é a força que exerce sobre as paredes dos vasos sanguíneos.
· 
· Quando a pressão exercida modifica o volume do sistema, aparece o trabalho (ou energia) que resulta da contração de cavidades, como a bexiga, o coração e o pulmão.
· Viscosidade: é o atrito interno em um fluido. É a força que deve ser feita durante certo período de tempo para deslocar fluido em uma área.
· Esse atritointerno é visível no escoamento de água (viscosidade <) com o do mel (viscosidade >).
· Ex: escoamento de líquidos, circulação sanguínea e etc.
· 
· Tensão superficial: representa a força que deve ser feita para penetração de objetos em uma superfície liquida. 
· Esse fenômeno ocorre em todos os líquidos.
· Se caracteriza formando tipo uma membrana elástica em suas extremidades.
· Ex: importante na troca de gases no pulmão.
· OU 
· Esse fenômeno ocorre como consequência do sistema de forças de atração entre moléculas que estão localizadas na superfície liquida.
· A água possui a > tensão superficial dentre os líquidos.
· Temperatura e calor: a temperatura é uma medida de intensidade de energia térmica, associada à agitação ou movimentação das partículas que compõem os corpos.
· É um dos parâmetros mais importantes na biologia.
· Moléculas pouco agitadas = ↓ temperatura.
· Moléculas muito agitadas = ↑ temperatura.
· O calor é medido pela quantidade de energia térmica em trânsito que flui de um corpo para outro, em razão da diferença de temperatura entre eles.
· Sempre do mais quente para o menos quente.
Exercícios – aplicações das grandezas:
· Na lua, onde a gravidade é igual a 16 m/s2, o peso de uma pessoa é 80 N. Qual a massa dessa pessoa em kg?
P = m x g
80 = m x 16
m = 5 kg
· Uma hemácia marcada com radioisótopo se desloca entre dois pontos de um vaso sanguíneo. A distancia entre os pontos é 0,2 m e o tempo gasto foi de 0,01 s. Calcule a velocidade da corrente sanguínea, no SI.
V = 20 m/s.
· Um radioisótopo é injetado no vaso radial de um atleta e leva 3s para percorrer uma distancia de 0,6 no sistema circulatório ate ser detectado no cérebro. Qual a velocidade de difusão desse marcador?
V = 0,2 m/s.****
· Um atleta de 70 kg sobre um obstáculo de 1,20m de altura. Qual o trabalho físico realizado?
a. O peso do atleta. 
b. O trabalho físico realizado pelo mesmo durante o salto (g=10m/s2).
· Um coagulo formado em um trauma pós-acidente de trânsito é movido pela contração cardíaca numa velocidade de 40 cm/s, e leva 2 s para entupir uma carótida e provocar um AVC. Qual a aceleração desse coagulo?
Divisões da biofísica:
1. Bioeletricidade;
· Biofísica das membranas biológicas e potenciais elétricos.
2. Biotermologia:
· Biofísica das trocas de calor corporal.
3. Biomecânica:
· Biofísica da contração muscular, circulação sanguínea e respiração.
· Aplicação dos princípios da mecânica no estudo dos seres vivos.
4. Biofísica das radiações:
· Radiação é a energia emitida por uma fonte, que se propaga pelo espaço e tem a capacidade de penetrar em materiais na forma de partículas ou ondas eletromagnéticas.
· Principais usos da radiação na medicina:
· Radiografia de raio x.
· Tomografia computadorizada.
· Ressonância magnética nuclear.
· Cintilografia.
· Mamografia.
5. Bioenergética:
· Transformação e trocas energéticas entre seres vivos e ambiente.
· Seres vivos usam energia para realização de trabalho mecânico, químico, osmótico ou elétrico, e para a manutenção de sua organização, reprodução e a interação com o meio.