Biofísica e Bioquimica

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Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● BIOFÍSICA 
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DIFUSÃO 
 
Difusão consiste na simples movimentação de moléculas, causada 
pela diferença de concentração das mesmas. Contudo, a difusão abrange um 
conceito ainda maior, incluindo a movimentação da água, além de outros 
fatores que influenciam neste processo de movimento, tais como: tamanho e 
solubilidade das moléculas, temperatura, etc. 
No exemplo ao lado, é possível observar que haverá movimentação 
do solvente de “A” para “B”, e do soluto de “B” para “A”. Essa movimentação 
caracteriza o fenômeno da difusão, e é finalizada quando ambos os líquidos 
atingirem uma concentração comum. 
 
 
 
 
 
 
 
FATORES QUE INTERFEREM NA DIFUSÃO 
 Dentre os principais fatores que interferem no processo de difusão, podemos citar: 
 Gradiente de concentração das partículas do meio 
 Tamanho das moléculas ou das partículas 
 Temperatura 
 
GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO 
O gradiente de concentração é de grande 
importância para o estudo da difusão, uma vez que, 
como foi visto anteriormente a propósito de seu conceito, 
a difusão é o principal responsável pela movimentação 
das partículas e depende diretamente da concentração 
destas partículas. 
O exemplo ao lado explica que quanto maior a 
diferença de concentração (Dc) entre as soluções, mais 
intensa será a difusão, por meio do qual poderemos 
instituir a seguinte relação: 
 
 
OBS
1
: Concentração de equilíbrio. Para se calcular a concentração final em casos em que os volumes são iguais, 
basta calcular a média aritmética das concentrações envolvidas. Contudo, quando os volumes das concentrações são 
diferentes, a concentração final (Cf) pode ser calculada de acordo com a seguinte fórmula: 
 
 
 
Ex: Tomando como base a figura ao lado, e sabendo que Massa = Concentração x Volume, 
temos: 
 Cf = (200mM x 1,5L) + (100mM x 0,75L) 
 1,5L + 0,75L 
 
 Cf = 166mM 
 
 
 
 
 
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BIOFÍSICA 2016 
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OBS
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: O gráfico da concentração em função do tempo, exemplificado 
na figura ao lado, demonstra o que ocorre em um processo de difusão. 
Considerando que o compartimento A (Ca) apresenta glicose em maior 
concentração do que o compartimento B (Cb), haverá a passagem de 
soluto de um meio para o outro (A → B), até que suas concentrações 
atinjam um equilíbrio, que está evidenciado no ponto Cf, representando, 
assim, a concentração final de equilíbrio. 
 
 
 
 
 
 
 
TAMANHO DAS PARTÍCULAS 
Evidentemente, o tamanho dos veículos interfere no transito de uma cidade: veículos longos lentificam e 
atrapalham na fluidez de uma via bastante movimentada, enquanto que motos e carros menores tendem a aumentar a 
velocidade da via e, desta forma, reduzir o congestionamento. 
Molecularmente, o tamanho das partículas também funciona como outro fator que interfere na difusão. Essa 
interferência ocorre especificamente na velocidade da passagem das partículas de um meio “A” para “B”. Ainda tomando 
como base este conceito, o peso molecular (MM), característico de cada molécula, também interfere na difusão, pois 
quanto maior o MM, menor será a difusão (pois maior será o tempo de difusão até que a concentração final de equilíbrio 
seja alcançada). 
 
 
TEMPERATURA 
A temperatura também contribui positivamente para a difusão, pois a elevação da mesma proporciona uma 
elevação na energia cinética das moléculas, aumentando assim o seu grau de agitação, o que proporciona uma maior 
velocidade na taxa de difusão. 
 
 
TAXA DE DIFUSÃO 
A taxa de difusão é a relação existente entre os diversos fatores que interferem na velocidade de movimentação 
das partículas através de dois meios, estando ela diretamente proporcional ao gradiente de concentração e à 
temperatura e inversamente proporcional a massa molecular da substância. Desta forma, temos: 
 
 ΔC: Gradiente de Concentração 
 A: Área do Compartimento Difusível 
 T: Temperatura 
 Δx: Distância entre os Compartimentos Difusíveis. No caso das células, seria a espessura da própria membrana 
plasmática, ou seja: a distância da superfície externa da interna. 
 MM: Massa Molecular da Substância 
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LEI DE FICK 
 A lei de Fick é uma lei quantitativa na forma de equação diferencial que descreve diversos casos de difusão de 
matéria ou energia em um meio no qual inicialmente não existe equilíbrio químico ou térmico. Recebe seu nome de Adolf 
Fick, que as derivou em 1855. Ela determina que a taxa de difusão J representa a massa do soluto difundido em função 
do tempo. Tem-se a seguinte relação: 
 
 
 
 
 
 
OBS
3
: O sinal de negatividade presente na fórmula representa o 
sentido da difusão, que se dá de forma oposta ao gradiente de 
concentração. 
 
 J: taxa de difusão 
 D: Constante de difusão 
 A: Área do Compartimento Difusível 
 ΔC: Gradiente de concentração 
 Δx: Distância entre os compartimentos difusíveis 
 
Baseando-se na lei de Fick, pode-se provar como os fatores descritos anteriormente interferem na difusão. Ora, 
de acordo com a fórmula, quanto maior o Δc, maior será a difusão (J), de modo que estas grandezas guardam uma 
relação diretamente proporcional; o mesmo ocorre com a área do compartimento. Com relação ao Δx, quanto maior a 
distância entre os compartimentos, menor será a taxa de difusão (J) – o mesmo ocorrendo com o peso molecular, pois 
estas, por sua vez, são grandezas inversamente proporcionais. 
 
 
 
Ex: OKUNO (1986): O coeficiente de difusão da sacarose em água é de 5,2.10
-10
 m
2
/s. Quanta sacarose se difundirá 
em 20 segundos através de uma tubulação horizontal de 1,5 cm de raio, se o gradiente de concentração for 0,25Kg/m
3
 
em cada metro da tubulação. 
 
i. Área Seccional do Tubo: iii. J = 5,2.10-10 m2.s-1 x 7.10-4 m2 x 0,25 Kg.m-3 
A= .r2 1m 
A= 3,14. (0,015m)2 J= - 9,1.10-14 Kg/s 
A= 7.10-4 m2 
 
ii. J = -D.A.C/X iv.Em 20s, a quantidade de sacarose difundida seria de: 
 D = 5,2.10-10 m2.s-1 9,1.10-14 Kg ---------- 1s 
 C = 0,25 Kg.m-3 x Kg --------- 20s 
 X = 1m x = 182.10-14 Kg 
 
 
VELOCIDADE DE DIFUSÃO 
Fisicamente, a velocidade de difusão pode ser determinada pela razão entre o coeficiente de difusão (D) e o 
espaço percorrido pelo soluto (Δx). Desta forma, temos: 
 
 V: Velocidade de difusão 
 D: Coeficiente de difusão 
 Δx: Espaço percorrido pelo soluto 
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Ex: MONTOREANO (1995): Íons sódio do intra-capilar se difundem livremente para o espaço intersticial através de 
fendas intracelulares. Sabendo que a distância percorrida é de 10
-3 
cm, calcular a velocidade de difusão dos íons sódio. 
Dados: Coeficiente D (Na) =1,48.10
-5
 cm
2
/s (difusão em água a 25ºC). 
 
V = 1,48.10-5 cm2.s-1 = 1,48.10-2 cm/s ou 0,0148 cm/s 
 10-3 cm 
 
 
PROCESSO DE HEMATOSE E DIFUSÃO - CAPILARES SANGUÍNEOS E ALVÉOLOS PULMONARES 
Nos alvéolos pulmonares, a concentração de O2 é maior que sua concentração no capilar sanguíneo que, por 
sua vez, possui uma alta concentração de CO2, gás liberado durante os processos metabólicos da célula. Assim, devido 
a essa diferença de concentração o ocorre o fenômeno da hematose, em que o O2 dos alvéolos se difunde para o 
capilar sanguíneo, diferentemente do CO2 que se difunde do capilar sanguíneo para o alvéolo pulmonar. 
Portanto, o fenômeno da hematose consiste na troca gasosa entre o sangue rico em CO2 e o ar inspirado, rico 
em O2, no intuito de oxigenar o sangue. Este processo deve ser o mais efetivo possível,de modo que a difusão entre os 
gases O2 e CO2 ocorra sem maiores dificuldades e de forma rápida. Basicamente, a troca gasosa ocorre justamente 
devido à diferença do gradiente de concentração desses dois gases. 
A velocidade dessa troca é maior devido à pequena distância existente entre os compartimentos difusíveis, que 
corresponde à membrana respiratória alveolar (com apenas 0,4 μm de espessura). A área da membrana respiratória 
total é dada pela soma relativa de todas as membranas alveolares, que é cerca de 15m², um valor alto, que possibilita 
ainda mais o aumento da velocidade de difusão. 
Além disso, a massa molecular do CO2 e do O2 não interfere diretamente no gradiente de concentração, o que 
aumenta ainda mais a velocidade da troca gasosa (muito embora o CO2 seja mais solúvel na membrana respiratória que 
o O2). 
 
Alvéolo Pulmonar Capilar sanguíneo 
 PCO2 = 40 mmHg   PCO2 = 45 mmHg 
 PO2 = 104mmHg  PO2 = 40 mmHg 
 
 
 
Δx = 0,4 μm (distância entre o alvéolo e o capilar sanguíneo) 
 
OBS
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: Membrana respiratória = epitélio alveolar + membrana basal epitelial + espaço intersticial + membrana basal do 
capilar + endotélio capilar. 
 
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