Guia de Estudos da Unidade 1 Biofisica

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Biofísica
UNIDADE 1
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UNIDADE 1
bIofísIcA
PARA INÍCIO DE CONVERSA
Prezado estudante, desejo boas-vindas ao curso de Biofísica. Espero que você esteja com muita 
vontade de aprender como nós, seres vivos, funcionamos e como as ciências físicas podem nos 
ajudar a compreender isso. 
 
ORIENtAçõES DA DISCIPlINA
Peço que você leia essa guia de estudo e depois faça a leitura de seu livro- texto, na unidade 1. 
As duas leituras permitirão a você compreender essa ciência fantástica que é a Biofísica e sua 
relação com as ciências da saúde e dessa forma, poder brevemente responder a atividade propos-
ta. Caso tenha alguma dúvida, envie uma mensagem para seu tutor, ele está apto para quaisquer 
tipos de esclarecimentos.
Bem-vindo(a)!
INtRODUçÃO
 
PAlAVRAS DO PROfESSOR 
A vida é um fenômeno complexo. Mas ainda, a vida é um conjunto de fenômenos complexos.
Ainda que exista uma ciência, a Biologia, para compreender o que é a vida, o mais espantoso nisso 
é que a vida não possui uma definição. É um conceito primitivo, que aceitamos sem definição. 
Reconhecemos a vida em nosso cotidiano e isso nos basta.
Claro que talvez possamos tentar algo quanto à questão de uma definição para a vida. A vida é 
algo que se reproduz. A vida é algo que possui um processo interno sofisticado e que converte os 
recursos a sua volta em energia. Muito da vida está associado a movimento.
Gostou? Veja que não defini o que é vida (pois dizer algo, não define nada!), apenas busquei algu-
mas de suas características principais.
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Mas, eu pensava em fogo quando escrevia isso e não é de nosso costume pensar que o fogo está 
vivo literalmente.
Para que as ciências da vida possam compreendê-la é importante observar a vida de múltiplas 
perspectivas.
Assim, pode-se olhar a vida a partir das substâncias envolvidas com os processos da vida e como 
essas substâncias se modificam e se transformam em novas substâncias, para regular e sustentar 
a vida. Tem-se aí a ciência da Bioquímica.
Mas se você compreender a vida como algo que ocupa lugar no espaço, que interage com múlti-
plas variáveis ao seu redor, modificando essas variáveis, na medida em que se automodifica, e 
claro, a energia está circulando por esse sistema, aí se tem a ciência da Biofísica.
Dessa forma, entenderemos a Biofísica como um ramo da Física, porque as variáveis importantes 
serão variáveis físicas, cujo foco será compreender os processos envolvidos na vida. 
 
GUARDE ESSA IDEIA!
Seja você um(a) médico(a), ou um(a) nutricionista, enfim, um profissional da área 
da saúde, é fundamental que compreenda vários dos processos envolvidos na-
quilo que denominamos vida. E uma forma de compreendermos esses processos 
e analisando suas variáveis físicas, ou seja, massa, volume, pressão, força, ve-
locidade, e muitas outras. 
Em outras palavras, a Biofísica é uma parte da Física. E o que é Física? Talvez você ache engraçado 
nessa altura de seus estudos, já na Universidade, perguntar sobre algo que foi estudado em todo 
o ensino médio.
A palavra Física tem uma raiz grega na palavra physis que significa natureza. Não natureza no 
sentido de meio ambiente. Não é natureza simplesmente como um lugar bonito, com uma grama 
bem verde. É natureza no sentido do que é natural para algo.
É natural, espontânea, inevitável que os corpos materiais ocupem lugar no espaço. A ciência que 
estuda essa característica (propriedade) da matéria é a Física. Para que um corpo saia do lugar 
em que estava parado (saia do repouso) é necessário à aplicação de uma força. É natural que ao 
aplicar uma força um corpo possa sair do lugar. Então isso é estudo pela Física. 
 
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Dessa forma, a Biofísica nos ajudará a compreender a vida e o bom funcionamento da vida, ou 
seja, a saúde do corpo vivo.
É difícil estabelecer um início histórico para a Biofísica. Mas os trabalhos de eletricidade do ita-
liano Luigi Galvani (1737 – 1798), que envolviam as coxas de rãs, permitiu a ele determinar que 
o movimento muscular tem uma base elétrica, e que, as células nervosas se comunicavam com 
eletricidade. Os trabalhos desse professor de anatomia da Universidade de Bolonha, Itália, passa-
ram a ser conhecidos como bioeletricidade. Esses trabalhos de Galvani tiveram influência sobre a 
inglesa Mary Shelley (1797 – 1851) para que ela escrevesse sua obra mais importante Frankstein, 
de 1818. O livro de Shelley já foi levado ao cinema várias vezes. 
 
VEjA O VÍDEO!
Uma dessas versões cinematográficas possui um trailer de menos de três minu-
tos, onde essa associação entre vida e energia (elétrica) é feita. Veja no seguinte 
link.
Sendo a vida um fenômeno vastíssimo para sua compreensão, não é de se admirar que a Biofísica 
também seja enorme. Assim, nesse curso vamos nos ater a alguns aspectos dessa ciência, quais 
sejam:
•	 A energia e a vida;
•	 Aspectos da energia luminosa;
•	 Transporte de substâncias;
•	 Equilíbrio.
Dessa forma, poderemos compreender um pouco da perspectiva física da vida. Como a vida se 
utiliza de energia? Como a energia luminosa nos permite compreender o mundo a nossa volta? 
Como substâncias transitam pelo corpo vivo e isso se transforma em informação? E como garantir 
o equilíbrio para a vida?
Você está convidado(a) a participar dessa jornada.
A ENERGIA E A VIDA 
Na introdução ao falarmos sobre vida lembramos que o conceito de vida é um conceito primitivo, 
ou seja, um conceito aceito sem definição, simplesmente porque nossas mentes, nossas experiên-
cias, nos dão um conceito prático de vida.
É interessante que o título dessa unidade, energia e vida, envolve outro conceito primitivo, ou 
seja, outro conceito aceito sem uma definição precisa, a energia. Como a vida nós sabemos algu-
mas das características da energia. 
https://youtu.be/ew30jkv0ij4
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A energia não pode ser destruída e nem criada, de modo que sua quantidade total, a que preenche 
todo o Universo, é sempre a mesma.
Matéria pode ser transformada em energia e energia em matéria, de modo que energia é, em 
última instância, a única coisa que compõe o Universo.
Podemos medir a intensidade ou quantidade de energia de um sistema, medindo quanto trabalho 
esse sistema realiza. Como assim?
Em Física, entendemos que trabalho é realizado por forças que estejam participando do deslo-
camento de corpos. Assim, se um recipiente é preenchido com gasolina e permitimos que essa 
gasolina entre em combustão, gerando assim uma explosão, as forças produzidas por essa explo-
são participarão do deslocamento de corpos. Se medirmos esses deslocamentos e as forças par-
ticipantes, estaremos medindo o trabalho realizado e dessa forma, a energia liberada, que estava 
contida, nesse caso, quimicamente na gasolina.
VEjA O VÍDEO!
Assista ao vídeo e faça uma rápida revisão de aproximadamente 4 minutos, veja 
no seguinte link.
Podemos medir quanto trabalho o som possui, ou mesmo a luz, e assim podemos saber quanta 
energia o som possui ou mesmo a luz.
Uma referência simples: se próximo à superfície da Terra um corpo de 100 g é erguido em um 
metro acima de sua posição inicial, podemos dizer que as forças que realizaram esse trabalho se 
utilizaram de 1 joule (1 J) de energia, aproximadamente. Assim 1 J é a energia para erguer em um 
metro um corpo de 100 g no campo gravitacional da Terra.
Se você erguer um corpo de 200 g o mesmo um metro a energia envolvida será, aproximadamente, 
2 J e assim por diante.
Se você erguer um corpo de 100 g em dois metros a energia envolvida será, 2 J e assim por diante.
A quantidade de trabalho e também energia envolvidas é diretamente proporcional à massa do 
corpo erguido e a altura que ele é erguido.
 
ExEmPlO
Se uma pessoa de 70 kg fosse erguida em 3 andares, algo como 10 m, a quantidade de energia 
envolvida seria de:
https://youtu.be/7IcuTJyT1zw
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70 kg = 70 000 g. Se essa pessoa fosse erguida um metro, como ela tem 700 vezes cem gramas, 
seriam necessários 700 J.
Mas como ela será erguida em 10 m serão necessários 7 000 J.
Podemos resumir isso assim: Energia gravitacional= m.g.h; onde m é a massa do corpo em qui-
logramas; g é a gravidade terrestre (próximo de 10 m/s2) e h a altura na qual o corpo foi erguido, 
em metros.
Assim Energia gravitacional = 70.10.10 = 7 000 J.
Vamos a mais um exemplo. Se um corpo de 100 kg for erguido em 20 m teremos: Energia gravita-
cional = 100.10.20 = 20 000 J.
A unidade joule (J) homenageia o físico britânico James Prescott Joule (1818 – 1889).
Se você consultar o rótulo de um alimento moderno poderá ver o seu conteúdo energético ou caló-
rico, nessa unidade ou em seu múltiplo, quilojoule (kJ). Como o joule é uma unidade relativamente 
pequena usa-se muito o múltiplo, kJ.
E por falar nos rótulos de alimentos você está acostumado com a unidade caloria (cal), que tam-
bém é uma unidade de energia, pois calor é uma forma de energia.
Porque temos duas unidades?
Porque antes de entendermos que erguer um corpo ou aquecê-lo envolvia o mesmo conceito, ener-
gia, o esforço para erguer os corpos e seu aquecimento eram tratados pela ciência como conceitos 
separados e assim, foram criadas unidades separadas.
O que é então um caloria (1 cal)? 
Observação: as unidades devem ser tratadas em língua portuguesa no masculino, por isso um 
grama e um caloria.
Um caloria é a quantidade de calor necessária para aquecer um grama de água líquida em um 
grau Celsius.
Para você aquecer dois gramas de água líquida em um grau Celsius são necessários dois calorias, 
e assim por diante.
Se você aquecer um grama de água líquida em três graus Celsius serão necessários três calorias, 
e assim por diante.
 
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DICA
A quantidade de calor necessária para aquecer a água líquida é diretamente 
proporcional à quantidade em massa de água líquida e diretamente proporcional 
ao aquecimento produzido (variação de temperatura em Celsius). 
 
VEjA O VÍDEO!
Você pode ter mais alguns detalhes no vídeo de 8 minutos. disponível nos 
eguinte link.
Para aquecer um litro de água líquida, 1000 gramas, em 20°C será necessária uma quantidade de 
calor igual a 1000.20 = 20 000 cal ou 20 kcal (quilocaloria).
Existe uma conversão entre joule e caloria. Ela é 1 cal = 4,18 J.
Seja na forma de calor ou outra forma, a energia está sempre se transformando. Denominamos de 
transdução a transformação de uma forma de energia em outra.
Assim deve ocorrer transdução na pele para que possamos transformar o calor em sensação 
térmica, ou mesmo em nossos olhos e ouvidos para transformar luz e som, respectivamente, nas 
sensações que temos de tudo ao nosso redor.
Equilíbrio e Homeostase 
Mas se nossos corpos manipulam a energia, recebendo-a e emitindo-a, em incontáveis processos 
de transdução, é fundamental que não existam acúmulos, seja de saída de energia e nem de en-
trada de energia. Deve haver equilíbrio. 
Os fluxos de energia que entram nos corpos vivos e os fluxos de energia que saem dos corpos 
vivos devem ser iguais, para manter o equilíbrio. Não apenas os fluxos totais, mas também os 
fluxos parciais, que ocorrem em cada um dos muitos sistemas de um corpo vivo.
Se esse equilíbrio for perdido o mau funcionamento, a má saúde, poderá se instalar. Esse equilí-
brio é o que garante o que se denomina de homeostase.
 
https://youtu.be/kvguP4DWVb0
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VOCê SAbIA?
A homeostase ou homeostasia é a condição de equilíbrio que um organismo vivo 
deve manter para sua sobrevivência, garantindo que os processos internos do 
corpo vivo existam, apesar das múltiplas condições externas. Evidentemente, 
que se as condições externas variarem muito será muito mais difícil para o orga-
nismo garantir sobrevivência.
 
tERmODINÂmICA 
Dessa forma, caro(a) aluno(a), o corpo vivo, como o corpo humano, pode ser entendido como uma 
máquina térmica, ou seja, um sistema que recebe energia processa essa energia, e devolve ener-
gia para o ambiente circundante. A parte da Física que estuda esses processos denomina-se ter-
modinâmica. A termodinâmica estuda as transformações que ocorrem entre as múltiplas formas 
de energia, buscando as leis básicas para todas elas. 
 
A primeira lei da termodinâmica consiste na conservação da energia, ou seja, no fato de que a 
energia não pode ser criada e nem destruída. Assim, toda a energia que entrar em um sistema 
precisa ser igual a toda a energia que sai e que é utilizada pelo sistema. No caso de um ser vivo, 
toda a energia que conseguimos por intermédio de nossa alimentação precisa ser igual a toda 
energia processada pelo organismo somada a toda energia liberada pelo organismo, principal-
mente na forma de calor.
Antes que o calor fosse entendido como forma de energia, pensava-se nele como um fluido. O 
mesmo ocorria com o frio, que também seria um fluido. Hoje sabemos que o calor é energia e o 
frio é a menor intensidade dessa energia, ou mesmo, a retirada dela.
ImPORtANtE
Por causa do pensamento antigo sobre calor e frio, a termodinâmica guarda até 
hoje os conceitos de fonte quente e fonte fria. A fonte quente era a fonte de ca-
lor que o sistema precisa absorver. A fonte fria era a fonte de frio para combater 
o calor. Hoje não pensamos mais assim, ainda que tenhamos mantido os nomes 
originais.
A fonte quente é a fonte da energia térmica, do calor, que transfere energia 
para o sistema trabalhar, enquanto que a fonte fria é o destino de parte do calor. 
Assim entendemos que o calor é uma forma de energia em trânsito entre duas 
temperaturas diferentes, sendo que o fluxo do calor tem origem na maior tempe-
ratura e destino na menor temperatura.
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Sendo Q1 e Q2 as quantidades de calor trocadas pelo sistema (por exemplo, o corpo humano) com 
as fontes quente e fria, respectivamente, a primeira lei da termodinâmica estabelece que Q1 = 
trabalho + Q2, ou ainda, trabalho = Q1 – Q2.
 
DICA
No corpo humano Q1 representa toda a energia obtida pelas células a partir da 
combustão dos compostos obtidos nos alimentos e Q2 é a energia liberada pelo 
corpo para o ambiente. A diferença, que o trabalho, é a soma de todos os pro-
cessos vitais do corpo.
A energia liberada para o ambiente é fundamentalmente calor liberado. Esse calor se espalha pela 
atmosfera que nos cerca e assim, se dispersa ficando menos acessível ao nosso corpo. Quanto 
menos acessível uma forma de energia está para um sistema, dizemos que maior é a entropia. 
Assim nosso corpo, como também os dos demais seres vivos, são produtores de entropia. 
Paradoxalmente os sistemas existentes nos corpos vivos reorganizam a energia obtida nos ali-
mentos tornando-a mais acessível ao corpo, reduzindo assim a entropia. De qualquer modo, o 
aumento de entropia causada pela liberação de calor é maior que a redução de entropia causada 
pela organização da energia corporal.
Isso está de acordo como a segunda lei da termodinâmica, que estabelece que a entropia de um 
sistema sempre aumenta, ou seja, ao usar a energia para realizar um trabalho a energia nunca é 
destruída, mas sua entropia aumenta, e assim ela fica menos disponível ao sistema.
A segunda lei da termodinâmica justifica por que existem crises energéticas. Afinal, pela primeira 
lei, a energia sempre se conserva em seu total, mas pela segunda lei, a transdução faz com que 
uma forma de energia acessível ao sistema se torne menos acessível. Assim, a crise energética 
que assombra os países não se trata na verdade de falta de energia, no sentido geral do conceito, 
mas de falta de energia acessível.
 
ExEmPlO
Uma pessoa que disponha apenas de carvão vegetal para sua alimentação mor-
rerá de fome, pois ainda que o carvão vegetal possua bastante energia, essa 
energia não está em uma forma acessível para nós.
As leis da termodinâmica são leis naturais e não podem ser desafiadas. Elas são a expressão 
científica de como a natureza se comporta. Relembrando: A energia não pode ser criada e nem 
destruída (1.a lei) e com o passar do tempo à energia vai se tornando cada vez menos acessível 
aos sistemas (2.a lei).
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termorregulação 
Deve-se considerar que o corpo humano em particular precisa manter uma temperatura internamédia próxima de 37°C para que os processos vitais possam ocorrer, visto que reações químicas 
precisam da presença e ação de determinadas substâncias para as quais a temperatura corporal 
humana é ideal.
Mas vimos que o calor flui do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura, 
o que significa que devem existir processos para garantir o equilíbrio da temperatura corporal, 
ou seja, para termorregular o corpo. Essa termorregulação ocorre por três modos basicamente, a 
saber, condução, convecção e irradiação. 
Alguns autores separam da convecção a evaporação e assim contam quatro modos. Mas há con-
trovérsias, pois, outros autores consideram a evaporação dentro da convecção. Essa discussão 
não é relevante para nós.
Na condução temos a transferência direta de calor da pele para a atmosfera que nos cerca, ou 
mesmo das roupas que usamos. De fato, usamos roupas mais leves ou mais pesadas com o obje-
tivo de facilitar a condução ou dificultá-la, respectivamente.
Se estamos em um local muito quente, precisamos usar uma roupa leve para liberar calor por con-
dução. A não ser que estejamos em um ambiente no qual a temperatura externa seja muito mais 
alta que a temperatura corporal e nesse caso, uma roupa mais pesada pode ser utilizada, como 
fazem pessoas que moram em desertos quentes, para impedir a entrada de calor. Dessa forma, 
que fique claro que blusas não produzem mais calor para nos aquecer e são apenas barreiras para 
a passagem do calor.
Todo o corpo acima do chamado zero absoluto (zero kelvin = 0 K), que corresponde à temperatu-
ra de –273°C emite radiação térmica ou radiação infravermelha. Assim, nossos corpos emitem 
infravermelho. Alguns animais, como corujas e cobras, que são caçadores noturnos e podem ver 
infravermelho, e assim perseguir suas presas mesmo na falta total de luz visível. Uma câmera 
de infravermelho ou também chamada de câmera de visão noturna percebe seres vivos e objetos 
pelo calor que emitem. O fato é que nossos corpos emitem infravermelho liberando dessa forma 
energia.
No processo da convecção transferimos energia usando uma substância intermediária, a água. 
Nossa pele elimina água na forma de vapor todo o tempo. Em algumas situações o fluxo, de vapor 
na pele e os processos de condução e irradiação não são suficientes para liberar todo o calor 
necessário, visando a termorregulação, e nesse caso, digamos assim mais extremo, o corpo, via 
pele, irá liberar água líquida, o suor.
Dessa forma, o suor ao evaporar retira bastante calor da pele e, por conseguinte a resfria. Se 
estivermos em um lugar muito seco a perda de calor pelo vapor pode ser o suficiente para a ter-
morregulação corporal. Se não for, o vapor irá se condensar na pele formando o suor. 
 
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PAlAVRAS DO PROfESSOR 
Talvez você pergunte: Mas e se mesmo com tudo isso a quantidade de calor 
liberada pelo corpo não for suficiente para a termorregulação? Nesse caso, não 
haverá a termorregulação e o corpo entrará em hipertermia, ou seja, a tempera-
tura corporal irá se elevar e várias substâncias corporais não poderão executar o 
seu papel. O corpo em hipertermia cessará de funcionar.
O equilíbrio como já dissemos é fundamental!
A hipotermia, ou seja, o rebaixamento da temperatura corporal também é um problema, pois deixa 
novamente o equilíbrio e com isso, perde-se a homeostasia.
Se uma pessoa estiver exposta por muito tempo a temperaturas muito baixas sua temperatura 
corporal tenderá a baixar também, hipotermia. Como temos mecanismos de produção de calor 
(termogênese), o corpo usará esses mecanismos para tentar garantir a termorregulação. 
Um desses mecanismos é o eriçamento de pelos corporais em uma tentativa de conter ar quente 
próximo à pele. Mas, com a evolução perdemos muito de nossa cobertura pilosa o que torna essa 
reação, para a enorme maioria das pessoas, inócua. Nossos músculos podem se movimentar rapi-
damente, gerando mais calor, quando temos calafrios. Além disso, um maior consumo de alimen-
tos pode gerar mais calor, ainda mais se os alimentos forem ricos em gordura.
Temos ainda a possibilidade tecnológica de usarmos aquecedores, mantas, cobertores, roupas 
térmicas, e outros recursos.
A nossa espécie se originou nas regiões quentes da África a muitos milhões de anos e dessa for-
ma, temos mais recursos para lidar com a hipertermia do que quanto à hipotermia. As tecnologias 
que desenvolvemos, inicialmente usando o fogo e peles de animais, nos permitiram migrar para 
regiões mais frias do planeta. A presença humana se dá em todos os continentes, em menor ou 
maior grau.
Nossa vida depende de equilíbrio, entre eles o equilíbrio térmico, a termorregulação, nem muito 
quente e nem muito frio.
Como vimos à alimentação é importante nesse processo e assim, os povos que vivem em re-
giões quentes possuem uma determinada dieta, enquanto que, aqueles que vivem e regiões frias 
possuem dietas diferentes, essas últimas mais calóricas, ou seja, com o teor energético mais alto.
Quando falamos de teor energético mais alto, estamos falando de gordura basicamente. Enquanto 
que um grama de açúcar ou proteína contém algo próximo de 4 calorias por grama de substância, 
a gordura contém 9 calorias por grama.
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Assim, reter açúcar e proteínas é importante para o organismo, mas reter gordura é fundamen-
tal. Precisamos de todas essas substâncias para uma boa termorregulação, pois precisamos de 
energias facilmente acessíveis como nos açucares e carboidratos, mas precisamos de grandes 
reservas, como na gordura.
DICA
Se compararmos a energia com o dinheiro precisamos de reservas (poupança, 
investimentos, etc.) para grandes ou maiores projetos, mas também precisamos 
de dinheiro trocado (notas de pequeno valor, moedas) para tocar nosso dia a 
dia. De forma semelhante, precisamos de energia em pequenas quantidades 
para tocar o dia a dia (açucares e carboidratos), mas em longo prazo precisamos 
também de reservas mais significativas (gorduras). A sobrevivência da espécie 
humana foi conseguida com essas habilidades de reter substâncias energéticas.
No mundo moderno, podemos usar máquinas para nos transportar (automóveis, elevadores, etc.), 
além de máquinas para realizar uma série de trabalhos mais pesados (erguer caixas, arrastar má-
quinas, etc.). Algumas dessas máquinas desenvolvem forças equivalentes a centenas ou mesmo 
milhares de pessoas. 
O conforto do mundo moderno nos faz precisar de menos força muscular e de menos movimento. 
Isso é bom. Mas como todo o excesso é ruim, pois excesso não é equilíbrio e logo não é homeos-
tase, a ingestão muito grande de alimentos e principalmente alimentos de alto teor energético, 
aliado ao fato de que usamos menos força muscular e menos movimento, é parte da explicação 
pelo aumento de peso corporal médio das pessoas, com destaque ao mundo ocidental, sendo que 
nesse aumento há grande participação de massa gorda (gordura corporal).
A homeostase corporal exige uma alimentação equilibrada e atividades físicas equilibradas tam-
bém. O excesso ou a falta (extremos) nos tiram do equilíbrio.
fORmAS DE ENERGIA NO UNIVERSO 
A Física consegue explicar todos os fenômenos conhecidos no Universo com base em quatro for-
ças fundamentais e, consequentemente em quatro formas de energia associadas a essas forças. 
Elas são as forças nucleares fortes e fracas; a força gravitacional e a força eletromagnética (tam-
bém chamada de força elétrica aqui, para facilitar). 
As duas primeiras forças, as nucleares, tem papel fundamental no equilíbrio dos átomos. Os 
átomos são muito menores que as células, nossas unidades vitais, e assim essas forças e essas 
energias não estão acessíveis às células diariamente.
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A terceira força, a gravitacional, e sua energia são importantes quando um dos corpos envolvidos 
possui tamanho de planeta, como a própria Terra ou a Lua ou o Sol, por exemplo. As células são 
muito maiores que os átomos, mas são muito menores que um planeta. Essa força e essa energia 
também não estão acessíveis às células.As células buscam energia em processos químicos que em última instância são processos elétri-
cos, com o trânsito e o compartilhamento das partículas chamadas de elétrons. Assim, em termos 
físicos, a única força e energia disponíveis às células são as forças elétricas.
Para que forças e energias elétricas estejam disponíveis, precisamos de duas condições.
Primeira condição: Cargas elétricas devem estar presentes. Essa condição é fácil, pois toda a 
matéria é feita de átomos e os átomos possuem cargas elétricas positivas (em seus núcleos) e 
cargas elétricas negativas (nos elétrons, que circundam esses núcleos). Onda a matéria há cargas 
elétricas.
Segunda condição: Essas cargas elétricas da primeira condição precisam estar relativamente se-
paradas, positivas em uma região (o polo positivo) e as negativas em outra região próxima (o polo 
negativo). Ocorre (como você certamente sabe!) que cargas elétricas opostas se atraem e assim, 
o que é comum no Universo é que as cargas elétricas positivas e negativas estejam misturadas 
entre si.
 
PAlAVRAS DO PROfESSOR 
Então como estamos? Acredito que até o momento você tenha compreendido todos os temas que 
abordei. Caso tenha ficado alguma dúvida, faça uma nova leitura.
A vida precisa de energia. A vida é feita por células. As células precisam de energia. A única 
forma de energia acessível é a energia elétrica.
ENERGIA ElÉtRICA E A VIDA 
E voltando ao que falamos na introdução a relação entre a vida e a energia elétrica. Para poder-
mos usar a energia elétrica precisamos da formação de polos elétricos (separação entre os dois 
tipos de carga elétrica).
Em nosso mundo moderno, cheio de máquinas mecânicas e máquinas eletrônicas, como usamos 
a energia elétrica. Vamos considerar um dispositivo bem simples, uma pequena lanterna que use 
pilhas.
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Para que a lanterna funcione precisamos da existência de uma corrente elétrica, ou seja, elétrons 
em movimento. Os elétrons, que possuem carga negativa, são repelidos pelo polo negativo e atraí-
dos pelo polo positivo. Assim se tivermos o meio adequado no qual os elétrons existam e possam 
se mover, e em cada extremo desse meio tivermos os polos opostos, poderemos fazer a corrente 
elétrica existir e acender a lâmpada da lanterna.
Por isso, a lâmpada da lanterna está conectada as pilhas por meio de fios metálicos. Os fios me-
tálicos possuem elétrons que podem se mover através deles e a energia para movê-los vem das 
forças de atração e repulsão que são naturais às cargas elétricas.
Assim, as pilhas são importantes porque elas têm os polos positivos e negativos necessários para 
cumprir a segunda condição.
Se em vez de pilhas usamos baterias o processo é o mesmo. As baterias possuem os dois polos 
opostos. Se usarmos uma tomada na parede, existem algumas pequenas diferenças, mas em es-
sência teremos os polos opostos.
Alguém poderia perguntar: Como as pilhas podem ter polos opostos se as cargas opostas se 
atraem? Porque simplesmente, por dentro da pilha, as cargas elétricas não se encontram e se 
misturam?
Porque dentro das pilhas e baterias existem barreiras para esses encontros. Existe uma substân-
cia, denominado isolante, que dificulta que as cargas se misturem. 
 
Mas e nas nossas células?
Potenciais de membrana 
As membranas celulares têm em sua composição gordura (lipídeos) que são isolantes elétricos, 
ou pelo menos, péssimos condutores. São os lipídeos que dificultam que as cargas opostas se 
encontrem e se misturem, anulando a segunda condição elétrica.
Mas ainda assim existem cargas opostas nas duas faces da membrana celular?
Sim. Na face externa existe uma concentração de cargas positivas, enquanto que, na face interna 
existe uma concentração de carga negativa. Entre as duas faces a estrutura lipídica da membrana 
que produz o isolamento.
Mas se as cargas elétricas opostas naturalmente se atraem como elas foram separadas?
A célula investe algo perto de 20% de seu metabolismo basal para manter as cargas elétricas 
separadas, enviando íons para fora da célula. De fato, íons de sódio (Na+) são transportados por 
uma molécula e íons de potássio (K+) são trazidos para dentro, na proporção de três íons de sódio 
para dois de potássio.
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Isso pode parecer estranho. Burocrático até. Porque não levar simplesmente cargas positivas para 
fora? Isso tornaria o meio externo positivo e o meio interno, pela falta de carga positiva, ficaria 
negativo.
A questão disso é a molécula transportadora que precisa voltar para dentro da célula.
Assim, a molécula se une a três íons de sódio, que são transportados para fora com investimento 
de energia e depois que os íons de sódio são liberados, a molécula transportadora retorna, para 
futuramente poder realizar novos transportes, e em seu retorno traz consigo dois íons de potássio. 
Dessa forma, saem três cargas positivas e entram duas, fazendo com que o efeito resultante de 
cada transporte seja equivalente a levar uma carga positiva para fora.
Dessa forma teremos uma face, a externa, como o polo positivo, a face interna como polo nega-
tivo, e entre elas um isolante, que é a estrutura lipídica. Basicamente, a membrana celular será 
uma pilha ou bateria, disponibilizando energia elétrica para a realização de transportes através 
da membrana, movimento de comportas em outros canais iônicos, além da seleção de quais subs-
tâncias devem entrar ou sair, visto que o transporte transmembrana é seletivo, na medida em que 
a membrana é semipermeável.
Se você vai ao mercado e compra uma pilha comum, com seus polos devidamente separados em 
cargas elétricas, essa separação é medida eletricamente pela unidade volt (V), que homenageia o 
físico italiano Alessandro Volta (1745 – 1827), que deu várias contribuições à ciência da eletrici-
dade, com a criação da primeira pilha elétrica.
Essa pilha comum possui 1,5 V (um volt e meio).
Uma membrana celular típica em repouso mantém algo em torno de 50 mV a 70mV. Esses números 
usualmente são negativos, mas o que importa aqui é a dimensão desses números. O que é mV? 
Significa milivolt ou um milésimo de volt, ou ainda, 0,001 V. 
A membrana celular tem algo medianamente em torno de 60 mV enquanto que uma pilha comum 
tem 1500 mV. Assim, você tem uma ideia de comparação.
No dia a dia esse número 1,5 V ou mesmo 60 mV é chamado de voltagem. Um neologismo em cima 
da palavra volt. Tecnicamente denominamos esses números de potenciais elétricos, ou melhor, 
ainda, diferenças de potenciais elétricos. No caso da membrana celular chamamos de potencial 
elétrico de repouso, ou simplesmente, potencial de repouso.
Esse potencial é mantido pela célula, como dissemos acima, a partir de investimento de energia 
metabólica, mas também, o potencial de repouso sustenta os processos elétricos da célula. As-
sim, temos uma relação de feedback onde o metabolismo celular sustenta o potencial de repouso 
e o potencial de repouso sustenta o metabolismo.
É fundamental que esse potencial de repouso seja mantido, sob pena de morte celular, caso não 
aconteça.
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Portanto, se um estímulo externo a membrana alterar esse potencial de repouso, várias transfe-
rências de sódio e potássio ocorrerão, para voltar ao estado de repouso. O estado de repouso é 
assim um estado de equilíbrio para o bom funcionamento da célula.
As transferências de sódio e potássio são denominadas de bombas de sódio-potássio. Se um es-
tímulo externo altera os valores do potencial de repouso, muitas vezes invertendo a polaridade na 
membrana celular, bombas de sódio-potássio restituem ou tentam restituir o equilíbrio original, 
na forma do potencial de repouso. 
Essas rápidas bombas de sódio-potássio que restituem o potencial de repouso, seu conjunto, é 
denominado de potencial de ação.
 
VEjA O VÍDEO!
As células nervosas são especialistas em produzir potenciais de ação que trans-
ferem a informação de um ponto da célula para outro ponto, criando assim o im-
pulso nervoso. Tem um vídeo de aproximadamente 4 minutos, que pode ilustrar 
esses aspectos dospotenciais de membrana disponível no seguinte link.
A fISIOlOGIA E A bIOfÍSICA 
A fisiologia é o estudo do funcionamento dos sistemas que compõe a vida. Repare que o radical 
da palavra fisiologia também é physis como a Física. 
Por isso, nosso livro-texto em sua unidade 1 fará uma viagem panorâmica sobre a fisiologia para 
que a Biofísica se integre aos demais conhecimentos da área de saúde. Assim, convido você a ler 
o livro-texto para compreender mais sobre a Biofísica, compreendendo um pouco sobre a fisiolo-
gia do corpo vivo. Boa leitura.
 
PAlAVRAS DO PROfESSOR
 
Prezado(a) aluno(a), chegamos ao final da nossa I unidade. Agora chegou o momento de colocar 
em prática seu aprendizado. Acesse o ambiente virtual e responda as atividades. Caso tenha al-
guma dúvida, não perca tempo, pergunte ao seu tutor!
Bons estudos e até a próxima unidade!
https://youtu.be/EN2YFUZuycU