Estudo Dirigido 1 Biofisica Farmacia

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO - MEC
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO - UFRRJ
INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE - ICBS
BIOFÍSICA APLICADA A FARMÁCIA – IB 316
PROF. GUSTAVO VENTURA
ESTUDO DIRIGIDO DE BIOFÍSICA APLICADA – FARMÁCIA
AMANDA BARROS DA SILVA (201537002-1)
MIRIAM PEREIRA DA C. EUZÉBIO (201637030-9)
THAMIRES DA FONSECA CUNHA (201537029-1)
SEROPÉDICA-RJ
14/11/2017
ESTUDO DIRIGIDO DE BIOFÍSICA APLICADA – FARMÁCIA
I. POTENCIAS DE MEMBRANA:
A variedade de tipos celulares existentes num organismo para formação tecidual é vasta. Relacionando células e potencial de membranas:
Diferencie células excitáveis de células não excitáveis:
Todas células tem potencial de membrana. As células excitáveis são células que quando recebem um estimulo dão respostas especificas e processam as informações recebidas sua membrana através dos canais protéicos. São capazes de gerar e produzir ponteciais de ação. Quando ativadas, o potencial muda de valor e sai do repouso elétrico e, por um breve período, o interior da célula fica positivo, e o exterior, negativo; então, rapidamente, a membrana da célula retorna o seu potencial de repouso, o que causa uma diferença de potencial. Este processo, com suas fases de despolarização e repolarização, envolve correntes elétricas (iônicas) transmembrana. 
Uma característica ímpar das células excitáveis é que uma despolarização (alteração da voltagem transmembrana para valores menos negativos) aumenta a permeabilidade da membrana ao sódio (PNa)
Enquanto, as células não excitáveis
Quais os tipos de canais protéicos presentes nas células excitáveis? 
São proteínas integrais de membrana, que permeiam íons através da membrana celular. Os tipos de canais iônicos são: Sensíveis a voltagem (como os Canais de sódio, potássio e cálcio das células excitáveis), Sensíveis a ligantes (como os Receptores de neurotansmissores, Sensores químicos, Canais ativados por cGMP dos fotoreceptores e Mistos - canais de potássio ativados por cálcio), e Sensíveis a estímulos físicos (como os Canais sensíveis a tensão da cóclea, Canais sensíveis a calor e frio), Canais de vazamento (como os Canais de sódio, cloreto e de potássio presentes nas membranas celulares em geral).
São as proteínas carregadoras e de canais (vazamento)
Dê exemplos de células excitáveis e células não excitáveis.
As células excitáveis são neurônios,células musculares (fibras musculares), miócitos e células endócrinas. Já as não excitáveis são as células gliais (não neuronais).
 Para ocorrer um potencial de ação é necessário o transporte de íons pela membrana celular. Considerando a permeabilidade na membrana para os íons K+ e Na+. Responda:
Qual o gradiente de eletroquímico desses íons?
O gradiente eletroquímico estabelecido é chamado de impulso nervoso ou potencial de ação. Quando o nível de disparo é alcançado, um potencial de ação explosivo ocorre; a membrana do neurônio rapidamente alcança o potencial "zero" e sobe para +35mV. Ocorre uma "inversão rnomentânea da polaridade", ou seja, o lado interno da membrana tem uma carga positiva, comparada a membrana adjacente (fig.4.5 e 4.6). O aumento rápido no potencial de ação é chamado de spike.
Quais os tipos de canais existentes para esses íons?
O canal para Na+ são os canais dependes de ligante voltagem-dependente e bomba.
E potássio são os canais de vazamento, dependentes de voltagem e bomba.
Com quais tipos de transportes esses íons estão envolvidos?
Transporte ativo: neste processo, as substâncias são transportadas com gasto de energia, podendo ocorrer do local de menor para o de maior concentração (contra o gradiente de concentração). Esse gradiente pode ser químico ou elétrico, como no transporte de íons. O transporte ativo age como uma “porta giratória”. A molécula a ser transportada liga-se à molécula transportadora (proteína da membrana) como uma enzima se liga ao substrato. A molécula transportadora gira e libera a molécula carregada no outro lado da membrana. Gira, novamente, voltando à posição inicial. A bomba de sódio e potássio liga-se em um íon Na+ na face interna da membrana e o libera na face externa. Ali, se liga a um íon K+ e o libera na face interna. A energia para o transporte ativo vem da hidrólise do ATP.
Qual diferença cinética do canal para Na+ voltagem depende perante outros canais? 
Mais rápido
 Esquematize o gráfico de potencial de ação e indique, citando os canais e íons envolvidos:
Potencial de repouso – Limiar de excitação – Despolarização – Repolarização – Hiperpolarização.
Conceitue período refratário e diferencie período refratário absoluto de período refratário relativo.
No período refratário absoluto que dura por toda a fase de queda do potencial de ação, ou seja, a membrana não recebe estímulos e não responderá; portanto não gerará um novo potencial, durante este período nenhum estímulo é capaz de iniciar uma segunda resposta regenerativa. Seguindo o potencial de ação existe um período refratário relativo no qual a inativação residual dos canais para Na + e a alta condutância para o K + produzem um aumento no limiar para a geração de um novo potencial de ação. Neste período, estímulos maiores podem deflagrar um potencial de ação. Neste período, estímulos maiores podem deflagrar um potencial de ação.
Um potencial de membrana pode ser gerado pela diferença de concentração de íons, através de uma membrana seletivamente permeável. Considerando essa informação, correlacione:
Equilíbrio eletroquímico – Equação de Nernst – Equação de Goldman – Bomba Na+ e K+-ATPase.
II. TERMODINÂMICA
A membrana celular apresenta em sua estrutura diversos canais que atuam no transporte transmembrana. Considerando um canal que atua de forma favorável a um gradiente de concentração, qual valor (positivo ou negativo) de ΔG (Energia Livre de Gibbs) para esse processo? Justifique. 
ΔG (Energia Livre de Gibbs) indica a espontaneidade de uma reação. Interprete as possibilidades de valores de ΔG. 
ΔG=0, processo em equilíbrio
ΔG>0, processo não espontâneo 
ΔG<0, processo espontâneo 
O critério para a definição de uma reação ou fenômeno endotérmico ou exotérmico é a variação da entalpia (ΔH). Analise a seguinte situação: 
Um cubo de gelo em contato com o ar faz com que o sistema e o ambiente busquem um equilíbrio térmico. Para obter este equilíbrio, o gelo troca calor com o meio. 
O que acontece com o gelo? Explique. 
O gelo derrete recebendo energia na forma de calor do meio.
Esse processo é endergônico ou exergônico? Justifique. 
Endorgônico por conta do recebimento de calor das vizinhanças.
O corpo humano troca matéria e energia, possuindo então, um fluxo aberto de entrada e saída de ambos. Processos como a digestão, a sudorese e outras expressões fisiológicas do nosso organismo são exemplos que consolidam essa afirmação. Usando o corpo humano como parâmetro, responda e justifique: 
Como esse sistema é caracterizado quanto a sua delimitação?
O sistema é delimitado como aberto pois troca energia e matéria com suas vizinhanças.
Quem é o sistema e quem é o ambiente? 
O corpo humano é o sistema e o meio ambiente é a vizinhança.
A entropia (ΔS) é uma grandeza da termodinâmica que mede o nível de desordenamento em um sistema. Sabendo que o NaCl é um sal com estrutura cristalina, responda: 
O que acontece com o sal de cozinha (NaCl) quando é dissolvido em água? Explique.
Sofre solvatação, solubilizando-se assim tendo sua entropia – desordem – aumentada.
Qual o valor (positivo ou negativo) de ΔS para essa dissolução? Justifique. 
O valor de ΔS para este processo de dissolução é positivo, pois ocorre um aumento na desordem quando o sólido – NaCl – é dissolvido em água.
III. MEMBRANAS BIOLÓGICAS (thamires)
A membrana permite equilíbrio dinâmico ou regime estacionário? Justifique.
Algumas bactérias e leveduras tem a capacidade de mudar a síntese de lipídeos que compõem a membranaplasmática, quando a temperatura diminui. Discuta essa afirmação dando ênfase às características dos fosfolipídios.
Discuta o caráter anti-entrópico das membranas biológicas.
Descreva os tipos de proteínas que compõem a estrutura de membranas biológicas. Qual a importância da presença das proteínas de membrana?
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IV. TRANSPORTE:
Quais são os principais fatores necessários para que aconteça difusão de moléculas entre dois compartimentos separados por membranas?
__ Potencial de Nernst O valor do potencial, entre as duas faces da membrana, que impede a difusão efetiva de um íon em qualquer direção através dessa membrana.
Abaixo, pode-se observar a representação esquemática de uma membrana plasmática celular e de um gradiente de concentração de uma pequena molécula “X” ao longo dessa membrana. Com base nesse esquema, julgue as seguintes afirmativas abaixo como verdadeiras (V) ou falsas (F), justificando as incorretas: 
( V ) A molécula “X” pode se movimentar por difusão simples, através dos lipídios, caso seja uma molécula apolar.
( F ) A difusão facilitada da molécula “X” acontece quando ela atravessa a membrana com o auxílio de proteínas carreadoras, que a levam contra seu gradiente de concentração.
 Justifique: É a favor do gradiente de concentração.
( V ) Se a molécula “X” for um íon, ela poderá atravessar a membrana com o auxílio de uma proteína carreadora.
( F ) O transporte ativo da molécula “X” ocorre do meio extracelular para o citoplasma. 
Justifique: Contra o gradiente de concentração
Qual das curvas melhor representa difusão simples e difusão facilitada? Justifique.
Qual tipo de transporte utilizado para transportar glicose do lúmen do intestino para dentro do enterócito (célula intestinal)? Quais os efeitos que a oubaína pode causar neste transporte? 
Para compreender o transporte acoplado utilizado para transportar a glicose do lúmen do intestino para dentro da célula intestinal, vale relembrar que moléculas de açúcar que ingressam nas células contra o seu gradiente de concentração, devido a bomba de sódio/potássio que expulsa íons de sódio da célula, ao mesmo tempo que faz os íons potássio ingressarem, utilizando a mesma proteína transportadora (o mesmo canal iônico), com gasto de energia. Assim, a concentração de íons de sódio dentro da célula fica baixa, o que induz esses íons a retornarem para o interior celular. Ao mesmo tempo, moléculas de açúcar, cuja concentração dentro da célula é alta, aproveitam o ingresso de sódio e o “acompanham” para o meio intracelular. Esse transporte simultâneo, ocorre com a participação de uma proteína de membrana “cotransportadora” que, ao mesmo tempo em que favorece o retorno de íons de sódio para a célula, também deixa entrar moléculas de açúcar cuja concentração na célula é elevada. Note que a energia utilizada nesse tipo de transporte é indiretamente proveniente da que é gerada no transporte ativo de íons de sódio/potássio.
A Ouabaína ou estrofantina-g é uma substância orgânica inibidora específica da bomba de sódio/potássio (ou Na+ K+ ATPase), este mantém o potencial de repouso das normal de todas as células eucariotas. Com o funcionamento normal dessa bomba, os íons de sódio são expelidos ativamente, enquanto íons de potássio são simultaneante trazidas para dentro. Na presença de ouabaína, a bomba é inativada e íons de sódio inundam a célula, em função do gradiente de concentração, uma resposta que é amplificada com a presença de outra substância química. 
V. TRANSMISSÃO SINÁPTICA: 
Diferencie sinapse elétrica de sinapse química, citando suas principais características, incluindo vantagens e desvantagens de cada uma.
Na sinapse elétrica, o potencial de ação pode ser transmitido diretamente para outra célula, por meio de conexões célula-célula, as "gap junctions". A transmissão do impulso nestas sinapses é muito rápida. Já na sinapse química, a fenda entre as duas células é de mais de 20nm e o impulso nervoso não consegue "saltar" a fenda para chegar na outra célula. Assim, é necessário que compostos químicos, os neurotransmissores, conduzam a mensagem neural através das sinapses. Após atravessar a fenda sináptica, os neurotransmissores ligam-se à receptores específicos na membrana plasmática do neurônio pós-sináptico.
Falta vantagens
Quando falamos de sinapses químicas, existem peculiaridades sobre esta sinapse. Responda:
O que é sinapse colinérgica?
Sinapse Colinérgica são sinapses que liberam acetilcolina (Ach) como neurotransmissores.
Na sinapse colinérgica existem dois tipos de receptores. Quais são e quais suas características?
Nicotinico – Forma canal iônico aberto pela ligação do ligante, processo de metabolismo rápido.
Muscarínico – Parecem proteínas carreadoras, pois mudam sua conformação.
Qual a relação da toxina botulínica com a sinapse neuromuscular?
Degrada acetilcolina, não gera estimulo de contração muscular.
Qual significado das PEPS e PIPS? Liste características sobre cada uma das siglas.
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PEPS – Potencial Exitatório Pós-Sinaptico
PIPS – Potencial Inibitório Pós-Sinaptico 
 
Existem algumas maneiras de finalizar uma transmissão sináptica. Quais são? Cite duas substâncias tóxicas que influenciam na transmissão sináptica, separando-as em agonistas e antagonistas.
VI. SOLUÇÕES:
O metal mercúrio (Hg) é tóxico e pode ser absorvido via gastrointestinal pelos animais. A análise da água de um rio contaminado revelou uma concentração de 50 µM de mercúrio. Qual é a massa aproximada em mg de mercúrio que foi ingerida por um garimpeiro que bebeu um copo contendo 200 mL dessa água? (Dado: Hg = 200 g.mol-1).
O ácido tartárico, C4H6O6 (conservante), usado em alguns refrigerantes, pode ser obtido a partir da uva durante o processo de fabricação do vinho. Se a concentração de ácido tartárico em um refrigerante é 175 mM, qual é a massa de ácido utilizada na fabricação de 500 000 L desse refrigerante?
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No preparo de uma solução aquosa, foram usados 400 mg de MgCl2 como soluto. Sabendo que a concentração da solução resultante é de 0,05 mol/L, determine o volume final aproximado em mL.
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Utilizando a solução da questão acima, como fazemos para preparar 150 mL de uma nova solução aquosa de MgCl2 a 20 mM?
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Qual a massa de soluto necessária para preparar 250 mL de uma solução de cloreto de cálcio (CaCl2) a 5%?
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