Biofisica das Radiacoes lista resolvida

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Biofísica – Estudo Dirigido 
Tópicos: Física das Radiações – Interações das Radiações com a Matéria – Efeitos 
Biológicos das Radiações. 
 
1) Fale sobre os modelos atômicos mais famosos – Dalton, Thomson, Rutherford-Bohr. 
Dalton: modelo da “bola de bilhar” – átomo sólido, indivisível. 
Thomson: modelo do “pudim de passas” – esfera carregada positivamente com 
elétrons (dotados de carga negativa) incrustados nela, tais como passas num pudim. 
Rutherford-Bohr: modelo planetário do átomo, com um núcleo pequeno carregado 
positivamente sendo circundado por elétrons em órbitas helicoidais. Bohr refinou o 
modelo e propôs que os elétrons ocupam camadas ou níveis de energia na elétrosfera. 
 
2) O que significa dizer que a “radiação é emitida por núcleos instáveis”? Quais as 
possíveis origens dessa instabilidade nuclear? 
A radiação é emitida por átomos que estão fora de seu estado fundamental, ou seja, seu 
estado de menor energia. Essa energia pode ter sido transferida para o núcleo desse 
átomo por outras partículas que com ele colidiram ou por radiações eletromagnéticas 
ambientais. Como tudo no Universo tende a ir para seu estado de menor energia, o 
átomo “excitado” tenderá a liberar o excesso de energia para voltar a seu estado 
fundamental. 
 
3) Quais são os principais tipos de radiações emitidas pelos núcleos atômicos? Comente 
a respeito do poder de penetração delas. 
Partículas alfa (), partículas beta negativas (négatrons, β-), partículas beta positivas 
(pósitrons, β+), raios gama (γ). O poder de penetração das partículas será tanto maior 
quanto maior for sua energia. No entanto, tipicamente, quando produtos de decaimento 
radiativo, partículas alfa não são capazes de atravessar sequer uma folha de papel. A 
partícula beta pode atravessar o papel, mas pode ser detida pela pele. Já os raios 
gama, sendo ondas eletromagnéticas, possuem grande poder de penetração, sendo 
necessária uma blindagem de vários centímetros de chumbo para impedir sua 
penetração. 
 
4) Cite as principais características da partícula alfa (α). Por que podemos dizer que ela 
é altamente ionizante? 
As partículas alfa são semelhantes a um núcleo do elemento químico hélio (He), sendo 
dotadas de 2 prótons e 2 nêutrons. Tais partículas são relativamente pesadas (em 
comparação com as partículas beta, por exemplo) e possuem duas cargas positivas. Ela 
é altamente ionizante justamente por conta de sua carga elétrica, e será tanto mais 
capaz de arrancar elétrons dos átomos a sua volta quanto maior for sua energia. 
 
5) Em que condições a partícula β- e β+ podem ser formadas? 
A partícula beta negativa é produto do decaimento de um nêutron, que é convertido em 
um próton, um elétron e um anti-neutrino. O elétron e o neutrino são emitidos pelo 
núcleo; esse elétron é a partícula β- em si. Como no núcleo fica um próton a mais, tem-
se que o número atômico desse átomo aumenta em uma unidade, havendo portanto a 
formação de um novo isótopo radioativo. 
Já a particula beta positiva é o produto do decaimento de um próton, que é convertido 
em um nêutron, um pósitron (β+) e um neutrino. O pósitron e o neutrino são emitidos. 
O número atômico desse átomo cai em uma unidade (perda de um próton), o que 
também leva a formação de um novo elemento químico. 
 
OBS: Na prova não cobrarei conhecimentos sobre neutrinos e anti-neutrinos. Podem 
ignorá-los. 
 
6) Os raios gama são emitidos de forma secundária a partir dos núcleos do átomo, ou 
seja, são emitidos após a saída de uma partícula alfa ou beta. Por que isso ocorre? 
Porque nem sempre as partículas alfa ou beta são emitidas com energia suficiente para 
fazer com que o átomo volte a seu estado fundamental. Assim, a energia que ainda está 
em excesso no núcleo acaba sendo emitida na forma de raios gama. 
 
7) O que é efeito fotoelétrico? 
Efeito fotoelétrico ocorre quando um fóton incide em um elétron e fornece energia 
suficiente para que esse elétron salte de seu orbital, deixando o átomo ionizado. Esse 
efeito ocorre com emissões gama de baixa energia (até 1MeV). 
 
8) O que é efeito Compton? 
É o efeito que ocorre quando a energia da radiação gama é superior àquela necessária 
para ejetar um elétron, e o excesso vai se distribuindo por outros elétrons, que se 
libertam de suas órbitas. A cada radiação, mais de um elétron é liberado. Esse efeito 
ocorre frequentemente com emissão gama de energia superior a 1MeV. 
 
9) Explique o mecanismo de formação do raio X orbital. 
Quando um fóton ou elétron colide com um elétron de uma das camadas mais internas 
do átomo (K ou L) com energia suficiente, esse elétron é retirado de seu orbital. Um 
elétron de uma camada externa vem para ocupar essa posição. Para que isso aconteça, 
é necessário que o elétron da camada mais externa libere seu excedente de energia 
(elétrons de camadas mais externas são sempre mais energéticos). Esse excedente de 
energia é liberado na forma de raios X. 
 
10) Explique o mecanismo de formação do raio X de frenagem. 
Os raios X de frenagem são formados no tubo do aparelho de raio X. Nesse tubo, um 
filamento metálico é aquecido, e esse aquecimento provoca a formação de uma “nuvem 
eletrônica”(elétrons arrancados de suas órbitas pelo aquecimento). Um placa metálica 
é colocada diante desse filamento e ambos são acoplados a um gerador elétrico, de 
modo que a placa fica conectada ao pólo positivo. A diferença de potencial aplicada 
acelara os elétrons liberados do filamento, provocando a colisão com a placa colocada 
adiante. Nessa colisão, uma grande quantidade de raios X é liberada devido a vários 
desvios nas rotas dos elétrons que foram acelerados (que quando desaceleram pela 
colisão com a placa eliminam o excesso de energia cinética na forma de raios X) ou 
mesmo devido à geração dos raios X orbitais nos átomos da placa. 
 
11) Explique o mecanismo de funcionamento de um Contador Geiger, aparelho 
utilizado para a detecção de radiação nos ambientes. 
O contador Geiger consiste de uma câmara evacuada, com traços de gases orgânicos, 
que se ionizam com a passagem de radiação. O tubo metálico da câmara funciona 
como cátodo (pólo negativo) e um fio central funciona como ânodo (pólo positivo). 
Entre esses dois eletrodos é estabelecida uma diferença de potencial. Quando uma 
radiação ionizante passa através da câmara, algumas das moléculas do gás são 
ionizados, originando um par de íons: um positivo e um negativo. O forte campo 
elétrico gerado pelos eletrodos acelera os íons para os polos opostos, provocando a 
passagem de um pulso elétrico. Esse pulso é ampliado e contado. O número de pulsos 
por segundo mede a intensidade do campo de radiação. 
12) Explique o princípio de detecção de radiação por meio de cintilação líquida. 
A detecção por cintilação utiliza como princípio a emissão de um fóton luminoso por 
determinados materiais quando recebem energia radioativa. Na cintilação líquida, a 
substância radioativa encontra-se em meio líquido, em contato com certos compostos 
orgânicos que captam a radiação e emitem um pulso luminoso. Esse pulso é recebido 
por célula fotoelétrica e transformado em pulso elétrico, que é registrado. 
 
13) O que é o tempo de meia-vida dos isótopos radioativos? Qual sua utilidade? 
É o tempo necessário para que a atividade (quantidade de emissões) de um elemento 
radioativo caia pela metade. Sua utilidade encontra-se no fato de que permite estimar 
um intervalo de tempo em que é seguro descartar esse material no meio ambiente; 
passando-se cerca de 7 tempos de meia vida, a atividade decai a menos de 99,9% da 
atividade inicial. 
 
14) Fale a respeito dos efeitos diretos e efeitos indiretos da radiação nosorganismos 
vivos. 
Diretos: quando a radiação interage diretamente com moléculas importantes, como 
DNA e proteínas, podendo induzir mutações e/ou morte celular. 
Indiretos: quando a radiação promove a quebra da molécula de água, levando à 
formação de radicais livres que podem, por sua vez, reagir com moléculas importantes. 
 
15) O que são radicais livres? 
As moléculas são constituídas por átomos unidos através de ligações químicas 
formadas por um par de elétrons. Quando as ligações químicas se desfazem, cada 
fragmento molecular passa a conter um único elétron em sua camada mais externa, 
agora não pareado e ávido por fazer novas ligações químicas. Esses fragmentos 
carregados, instáveis e reativos, constituem os radicais livres. Cada radical livre é 
capaz de procurar um parceiro rompendo sua ligação química, para se grupar. 
 
16) Por que a água oxigenada pode comprometer a estrutura das proteínas? As células 
possuem mecanismos de defesa contra a água oxigenada? 
A água oxigenada (peróxido de hidrogênio – H2O2) pode comprometer a estrutura 
terciária das proteínas pois ataca um aminoácido chamado cisteína, que contém o 
radical HS. HS ajuda a manter a estrutura terciária da proteína, através das pontes 
dissulfeto (ligação entre dois S – enxofres – de duas cisteínas que perdem, cada uma, o 
seu H). 
A célula possui, sim, mecanismos de defesa contra a água oxigenada. Dentre esses 
mecanismos, podemos citar as peroxidases (como a catalase), que decompõem a água 
oxigenada em água e gás oxigênio. Além disso, algumas vitaminas, como a vitamina C, 
sofrem ataques dos radicais livres; ao tornar-se o “alvo”, a vitamina C impede que 
DNA e proteínas sejam atacados. 
 
17) Por que células com maior atividade mitótica tendem a ser mais sensíveis à 
radiação? 
Isso ocorre porque a divisão celular requer que uma nova molécula de DNA seja 
corretamente sintetizada para que a nova célula possa sobreviver. Uma interação 
direta da radiação com DNA pode resultar em mutação ou mesmo na indução de 
apoptose da célula irradiada, dependendo da extensão da lesão causada no DNA pela 
radiação. 
 
18) Quais os possíveis danos que as radiações podem provocar no DNA? 
Pode causar eliminação de bases nitrogenadas, rompimento das pontes de hidrogênio 
que unem as duas hemifitas, ruptura de uma ou ambas as cadeias de nucleotídeos (nas 
ligações entre fosfatos), ligações cruzadas (cross-linking) entre duas pirimidinas 
adjacentes (dímeros CC, TT ou TC), alterações estruturais nas bases. 
 
19) Fale sobre o mecanismo de reparo por excisão e substituição. A célula utiliza esse 
mecanismo de reparo para corrigir que tipo específico de lesão no DNA, que pode 
aparecer como consequência das radiações? 
Esse mecanismo é utilizado para o reparo de ligações cruzadas entre duas pirimidinas 
adjacentes. Nele, as regiões defeituosas de uma fita são removidas e ressintetizadas, a 
partir da sequencia contida na fita complementar intacta, que serve como molde. Esse 
mecanismo requer uma sequencia de reações enzimáticas e inclui três etapas: 
1) Excisão da cadeia polinucleotídica situada nas proximidades da lesão. Essa 
etapa é mediada por uma enzima denominada endonuclease dímero-específica. 
2) Remoção do fragmento da cadeia que contém a lesão e ressíntese do fragmento 
removido, tendo por molde a sequência contida na cadeia complementar. Essa 
etapa é catalisada pela DNA polimerase I. 
3) Ligação do segmento neossintetizado à extremidade livre da cadeia pré-
existente. Essa etapa é catalisade por uma DNA ligase. 
 
20) Fale sobre o mecanismo de reparo do DNA por meio de recombinação homóloga. 
Nesse mecanismo, ocorre a troca de informação entre um par de moléculas de DNA 
homólogas, ou seja, duplas-hélices de DNA com sequência similar ou idêntica. Nesse 
processo, a informação presente em uma dupla-hélice intacta e não danificada é 
utilizada como molde para reparar com precisão uma dupla-hélice de DNA quebrada. 
Para inciar o reparo, uma nuclease produz extremidades de fita simples no ponto de 
quebra, pela degradação de uma das fitas de DNA complementar. Com o auxílio de 
enzimas especializadas, uma dessas fitas simples “invade” a dupla-hélice homóloga, 
estabelecendo pares de bases com sua fita complementar. Case esse teste resulte em um 
pareamento extenso, um ponto de ramificação é criado onde as duas fitas de DNA se 
cruzam. Nesse ponto, a fita invasora é sintetizada por uma DNA polimerase de reparo, 
usando a fita complementar como molde. O ponto de ramificação então “migra” à 
medida que os pares de bases que unem a dupla hélice são rompidos, e há a formação 
de novos pares de bases. O reparo é finalizado pela síntese adicional de DNA, seguido 
pela ação da DNA ligase. 
 
21) O que é agente quelante? Cite um exemplo de substância quelante utilizada na 
prática clínica/laboratorial. 
Agentes quelantes sequestram íons metálicos. Como exemplo, temos o EDTA, quelante 
de cálcio que é utilizado como anticoagulante. O íon cálcio (Ca
2+
) é necessário para o 
funcionamento das enzimas da cascata de coagulação. 
 
22) Como o Carbono-14 surge e é incorporado na matéria viva? 
Carbono-14 é formado continuamente nas partes mais altas da atmosfera pelo 
bombardeamento do nitrogênio por nêutrons cósmicos. Ele é incorporado nas plantas 
através do CO2 que é absorvido por elas no processo de fotossíntese. Os animais, por 
sua vez, ingerem as plantas. Assim, cada ser biológico recebe sua cota de carbono-14 
durante seu período de vida. 
 
OBS: NA PROVA SÓ SERÁ COBRADO ATÉ A QUESTÃO 21.