Aula 1 Introdução à Biofísica

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Biofísica aplicada à 
Biomedicina
Prof. Eduardo de Matos Rodrigues
eduardo.rodrigues@unifran.edu.br
Introdução à Biofísica
• História
• Biofísica
Introdução à Biofísica
• História:
• 2.000.000 a. C: Surgimento das primeiras ferramentas de pedra
• Pedra lascada
Introdução à Biofísica
• História:
• 2.000.000 a. C: Surgimento das primeiras ferramentas de pedra
• Pedra lascada
Introdução à Biofísica
• História:
• 800.000 a. C: Domínio do Fogo
Introdução à Biofísica
• História:
• 9.000 a. C: Surgimento de ferramentas de pedra
• Arco
• Funda
Introdução à Biofísica
• História:
• 8.000 a. C: Surgimento de ferramentas de pedra
• Pedra polida
Introdução à Biofísica
• História:
• 8.000 a. C: Surgimento da agricultura
Introdução à Biofísica
• História:
• 5.500 a. C: Surgimento da Escrita
• Tábuas Tártaras
Introdução à Biofísica
• História:
• 5.000 a. C: Metalurgia do cobre
Introdução à Biofísica
• História:
• 4.000 a. C: Surgimento da roda
Introdução à Biofísica
• História:
• 3.300 a. C: Metalurgia do bronze
Introdução à Biofísica
• História:
• 1.650 a. C: Surgimento da matemática
• Papiro de Rhind
Introdução à Biofísica
• História:
• 1.200 a. C: Metalurgia do ferro
Introdução à Biofísica
• História:
• 600 a. C:
• Avanços tecnológicos até então:
• Agricultura
• Domesticação de animais
• Roda
• Armazenamento
• Sedentarismo
• Escrita
• Olaria, metalurgia, tecelagem
• Economia de trocas
• Organização do trabalho
• Civilização
Introdução à Biofísica
• História:
• 600 a. C:
• Surgimento de dúvidas sobre qualquer evento que se observa
Por que
chove?
O que é o 
maremoto? Quando vão 
inventar o 
feriado?
Cai na 
prova?
Introdução à Biofísica
• História:
• 600 a. C:
• Surgimento de dúvidas sobre fenômenos*
• Maneiras de buscas as respostas:
Conhecimento fidedigno sobre algo, obtido através de métodos objetivos, lógicos 
e sistemáticos de análise de fenômenos 
Narrativa simbólica e sagrada, passada de geração em geração, que narra e 
explica a origem de determinado fenômeno, ser vivo, instituição, costume social.
*Fenômeno: Qualquer evento que se observa
Sistema de doutrinas, crenças e práticas relativas a seres sobre-humanos dentro 
de universos históricos e culturais específicos
Introdução à Biofísica
• História:
• 600 a. C:
• Surgimento de dúvidas sobre fenômenos
• Maneiras de buscas as respostas:
Narrativa simbólica e sagrada, passada de geração em geração, que narra e 
explica a origem de determinado fenômeno, ser vivo, instituição, costume social.
Sistema de doutrinas, crenças e práticas relativas a seres sobre-humanos dentro 
de universos históricos e culturais específicos
Ciência
Introdução à Biofísica
• História:
• 600 a. C:
• Surgimento de dúvidas sobre fenômenos
• Maneiras de buscas as respostas:
Sistema de doutrinas, crenças e práticas relativas a seres sobre-humanos dentro 
de universos históricos e culturais específicos
Mitologia
Ciência
Introdução à Biofísica
• História:
• 600 a. C:
• Surgimento de dúvidas sobre fenômenos
• Maneiras de buscas as respostas:
Mitologia
Religião
Ciência
Introdução à Biofísica
• História:
• 600 a. C:
• Surgimento de dúvidas sobre fenômenos
• Maneiras de buscas as respostas:
Ciência
Mitologia
Religião
Como a ciência ainda não 
estava desenvolvida, até então 
buscava-se respostas através da 
Mitologia e da Religião
Introdução à Biofísica
• História:
• 600 a. C:
• Surgimento de dúvidas sobre fenômenos
• Mitologia e Religião
O que é o 
maremoto?
É a vingança 
de Poseidon
Introdução à Biofísica
• História:
• 600 a. C:
• Surgimento de dúvidas sobre fenômenos
• Mitologia e Religião
Por que existem 
as estações do 
ano?
Por causa da 
Perséfone e da 
Despina
Introdução à Biofísica
• História:
• 600 a. C: Tales de Mileto deu o primeiro passo na direção da ciência
• Acreditava que o princípio de todas as coisas era algo que por
todos podia ser diretamente observado na natureza: a água
• Com água: plantas crescem, animais vivem
• Sem água: Plantas secam, animais morrem
Luz
Ciência dos 
fenômenos 
naturais
Água
Fogo
Chuva
Introdução à Biofísica
• História:
• 600 a. C: Tales de Mileto deu o primeiro passo na direção da ciência
• Acreditava que o princípio de todas as coisas era algo que por
todos podia ser diretamente observado na natureza: a água
• Surgimento da Física
Luz
Água
Fogo
Chuva
Física
Introdução à Biofísica
• História:
• 600 a. C: Tales de Mileto deu o primeiro passo na direção da ciência
• Acreditava que o princípio de todas as coisas era algo que por
todos podia ser diretamente observado na natureza: a água
• Surgimento da física
Introdução à Biofísica
• História:
• 513 a. C: Pitágoras fundou a Escola Pitagórica, onde era realizado o
estudo de Geometria, Aritmética, Música e Astronomia
• Criou a palavra Filósofo e Matemática
Sentenças Pitagóricas
• Todas as coisas se assemelham aos números
• Educai as crianças e não será preciso punir os homens
• Quem não domina a si mesmo não encontra a liberdade
• Faz aquilo que achares justo mesmo que o outro pense diferente
• Quem fala semeia, quem escuta colhe
• Ajude os outros com a carga, mas não a carregues por eles
• A vida é como um espetáculo, entramos nele, vemos o que ele nos 
mostra e dele saímos no final
Introdução à Biofísica
• História:
• 450 a. C: Empédocles estabeleceu os quatro elementos essenciais que
fazem toda a estrutura do mundo: fogo, ar, água e terra
Introdução à Biofísica
• História:
• 400 a. C: Leucipo e Demócrito apresentaram um modelo atômico
baseado apenas na intuição e na lógica
• Toda a matéria é constituída por átomos e vazio (do grego, "a",
negação e "tomo", divisível. Átomo= indivisível)
• O átomo é uma partícula pequeniníssima, invisível e indivisível
• Os átomos encontram-se em constante movimento
• O universo é constituído por um número infinito de átomos
• Os átomos são eternos
Introdução à Biofísica
• História:
• 400 a. C: Platão afirmou ser impossível o ser humano ter ciência dos
fenômenos naturais, e distinguiu a ciência da crença
• Ele acreditava que só poderíamos ter ciência das ideias e formas,
enquanto que, daquilo que se podia sentir, poderíamos ter
somente opiniões ou crenças
Domínio 
das ideias 
e formas
Domínio do 
sensível
• Tem forma imutável
• De nenhuma maneira nasce, perece,
ou se transforma em outra coisa
• Não é perceptível pelos sentidos
• É acessível somente à opinião 
unida à experiência dos sentidos
• Está sempre em movimento
• Nasce num lugar e desaparece
Introdução à Biofísica
• História:
• 400 a. C: Platão afirmou ser impossível o ser humano ter ciência dos
fenômenos naturais, e distinguiu a ciência da crença
• Ele acreditava que só poderíamos ter ciência das ideias e formas,
enquanto que, daquilo que se podia sentir, poderíamos ter
somente opiniões ou crenças
Domínio 
das ideias 
e formas
Domínio do 
sensível
Pode ser integralmente conhecida:
Ciência
Pode ser parcialmente conhecida:
Crença
Introdução à Biofísica
• História:
• 350 a. C: Aristóteles afirmou ser possível o ser humano ter ciência dos
fenômenos naturais através da indução
Indução
Observação de 
casos 
particulares do 
mesmo tipo
Ex.: Observação 
dos hábitos dos 
seres humanos 
Identificação 
características 
de cada um
Ex.: Bebem 
água, correm, 
pulam, caçam, 
gritam
Procura dos 
elementos em 
comum
(Particular)
Ex.: Seres 
humanos que 
bebem águavivem, os que 
não bebem 
morrem
Ciência de um 
fenômeno 
natural
(Universal)
Ex.: A água é 
essencial à vida 
do ser humano
Introdução à Biofísica
• História:
• 350 a. C: Aristóteles afirmou ser possível o ser humano ter ciência dos
fenômenos naturais através da indução
Domínio do 
sensível
Domínio do 
sensível
Pode ser integralmente conhecida pela indução:
Ciência
A água é 
essencial à 
vida do ser 
humano
Introdução à Biofísica
• História:
• 350 a. C: Aristóteles afirmou ser possível o ser humano ter ciência dos
fenômenos naturais através da indução
• Defendia que o mundo era compost por 5 elementos essenciais
que fazem toda a estrutura do mundo: fogo, ar, água, terra e o
éter
• Para Aristóteles, o éter era um elemento eterno, imutável,
que preenchia o espaço vazio do universo (“vácuo”)
Introdução à Biofísica
• História:
• 1500 - 1600: Galileu, Copérnico e Francis Bacon criam a ciência
moderna
• Copérnico: Propôs o heliocentrismo, porém sem conseguir provar
• Kepler: Descobriu as leis dos movimentos dos planetas,
conseguindo provar a teoria heliocêntrica
• Francis Bacon: Propôs a experimentação seguida da indução
• Ciência contemplativa aristotélica substituída pela ciência ativa
e operativa
• Galileu: Considerado o pai da ciência moderna por 3 razões:
• Aplicou o método experimental como meio adequado para
chegar ao conhecimento
• Deu autonomia à ciência, fazendo-a sair da sombra da
teologia e da autoridade livresca
• Aliou a ciência com a linguagem matemática
Introdução à Biofísica
• História:
• 1650: René Descartes defendeu o mecanicismo
• Entendia que o mundo era composto de peças ligadas entre si que
funcionavam de forma regular e poderiam ser reduzidas às leis da
mecânica (contatos físicos que produzem “puxões” e “empurrões”)
• Se fundamentava nas teorias da natureza inorgânica para explicar
os fenômenos da natureza orgânica
• Acreditava que o ponto de partida do método experimental era o
pensamento, e não a observação sensível (Galileu)
Introdução à Biofísica
• História:
• 1650: René Descartes defendeu o mecanicismo
“Eu não sei de nenhuma diferença entre as máquinas que os artesãos fazem e os
diversos corpos que a natureza por si só compõe, a não ser esta: Que os efeitos
das máquinas não dependem de mais nada a não ser da disposição de certos
tubos, que devendo ter alguma relação com as mãos daqueles que os fazem, são
sempre tão grandes que as suas figuras e movimentos se podem ver, ao passo
que os tubos ou molas que causam os efeitos dos corpos naturais são
ordinariamente demasiado pequenos para poderem ser percepcionados pelos
nossos sentidos. Por exemplo, quando um relógio marca as horas por meio das
rodas de que está feito, isso não lhe é menos natural do que uma árvore a
produzir os seus frutos”
Introdução à Biofísica
• História:
• 1650: René Descartes defendeu o mecanicismo
Mecanicismo Vitalismo
Leis da 
mecânica 
Matéria 
viva
Matéria 
não viva
Leis da 
Matéria viva 
Matéria 
viva
Matéria 
não viva
Leis da 
Matéria não viva 
Introdução à Biofísica
• História:
• 1650: René Descartes defendeu o mecanicismo
Mecanicismo Vitalismo
Leis da 
mecânica 
Matéria 
viva
Matéria 
não viva
Matéria 
viva
Matéria 
não viva
Leis da 
Matéria não viva 
Leis da 
Matéria não viva
+ Força Vital 
Introdução à Biofísica
• História:
• 1700: Isaac Newton sintetizou o mecanicismo em seu livro Princípios
Matemáticos de Filosofia da Natureza, a “Bíblia da Ciência Moderna”
• Unificou as anteriores descobertas sob uma única teoria que servia
de explicação a todos os fenômenos físicos
Introdução à Biofísica
• História:
• 1791: Luigi Galvani dedicou-se aos estudos sobre a interação da
eletricidade em animais
• As experiências realizadas nesse período foi incentivada devido a
uma descoberta ao acaso. Galvani havia deixado uma rã dissecada
na mesa de seu laboratório próximo a uma gerador eletrostático, e
casualmente um de seus ajudantes tocou a ponta de um bisturi
nos nervos internos da rã, no mesmo momento em que o gerador
estava ligado. Nesse instante para a surpresa de todos, as patas
da rã se contraíram
• Surgimento da Biofísica
Introdução à Biofísica
• História:
• 1791: Luigi Galvani dedicou-se aos estudos sobre a interação da
eletricidade em animais
“De viribus electricitatis in motu musculari Commentarius” 
(Dos poderes da eletricidade no movimento de caráter muscular)
Introdução à Biofísica
• História:
• 1791: Luigi Galvani dedicou-se aos estudos sobre a interação da
eletricidade em animais
“De viribus electricitatis in motu musculari Commentarius” 
(Dos poderes da eletricidade no movimento de caráter muscular)
Introdução à Biofísica
• História:
• 1791: Luigi Galvani dedicou-se aos estudos sobre a interação da
eletricidade em animais
“De viribus electricitatis in motu musculari Commentarius” 
(Dos poderes da eletricidade no movimento de caráter muscular)
Introdução à Biofísica
• História:
• 1791: Luigi Galvani dedicou-se aos estudos sobre a interação da
eletricidade em animais
“De viribus electricitatis in motu musculari Commentarius” 
(Dos poderes da eletricidade no movimento de caráter muscular)
Introdução à Biofísica
• História:
• 1791: Luigi Galvani dedicou-se aos estudos sobre a interação da
eletricidade em animais
Introdução à Biofísica
• História:
• 1791: Luigi Galvani dedicou-se aos estudos sobre a interação da
eletricidade em animais
• Galvani percebeu que a coxa da rã sempre se contraia quando os
nervos e os músculos eram ligados um ao outro por um arco
formado por dois metais diferentes.
Galvani concluiu que existia
uma “eletricidade animal”
que se descarregava quando
nervos e músculos eram
ligados por metais
Introdução à Biofísica
• História:
• 1796: Alessandro Volta propôs que existia uma eletricidade metálica (e
não animal, como disse Galvani) gerada pelo contato entre dois tipos
de metal
• Teoria do Contato: Diferentes metais possuem tendência em
gerar eletricidade quando postos em contato
• Volta produziu e mediu um “fluido elétrico” (corrente elétrica) a
partir do contato de dois metais sem necessitar de qualquer rã,
criando assim a tensão elétrica ou diferença de potencial
Introdução à Biofísica
• História:
• 1797: Luigi Galvani mostrou que os contatos metálicos podiam ser
dispensados, pois o contato entre dois materiais biológicos podia
produzir o mesmo tipo de contrações musculares
Introdução à Biofísica
• História:
• 1800: Alessandro Volta inventou a pilha elétrica
• Ele empilhou pares de discos metálicos separados por um pedaço
de papelão umedecido com solução salina, notando que as tensões
elétricas se somavam
Terminal negativo
Terminal 
positivo
Disco de cobre
Papelão umedecido com 
solução salina
Disco de zinco
Pilha elétrica
Introdução à Biofísica
• História:
• 1800: Alessandro Volta inventou a pilha elétrica
• Ele empilhou pares de discos metálicos separados por um pedaço
de papelão umedecido com solução salina, notando que as tensões
elétricas se somavam
Terminal negativo
Terminal 
positivo
Disco de cobre
Papelão umedecido com 
solução salina
Disco de zinco
Pilha elétrica de moedas
Introdução à Biofísica
• História:
• 1800: Alessandro Volta inventou a pilha elétrica
• Ele empilhou pares de discos metálicos separados por um pedaço
de papelão umedecido com solução salina, notando que as tensões
elétricas se somavam
Na pilha, o zinco e o cobre apresentam
uma diferença de potencial devido à
diferença do número de elétrons livres
liberados por cada um deles
Potencial
Introduçãoà Biofísica
• História:
• 1828: Friedrich Wöhler produziu ureia (substância orgânica) a partir
do cianato de amônia (substância inorgânica)
• Esse resultado foi marcante para a derrubada da teoria da força
vital
Introdução à Biofísica
• História:
• 1842: Emil Du Bois-Reymond demonstrou a diferença de potencial
elétrica estabelecida no sistema nervoso, bem como, a corrente de
repouso dos nervos
• 1934: Análises de difração de raios-x foram utilizados para estudar
estruturas moleculares
• 1953: Possibilitou Rosalind Franklin, James Dewey Watson e Francis
Crick a descreverem o modelo helicoidal da molécula de DNA
Análise da estrutura molecular
do DNA por raios-X de difração
Introdução à Biofísica
• Biofísica:
• Etimologia: Bio + física
• Bio: Palavra originada do grego “bíos”, que significa vida
• Física: Palavra originada da palavra grega “physis”, que significa
natureza
• Definição: É a ciência que utiliza as teorias e os métodos da física
para estudar os fenômenos biológicos presentes nos organismos vivos
Introdução à Biofísica
• Exercícios:
1) Por que o experimento feito pelo médico Luigi Galvani pode ser
considerado o surgimento da biofísica?
2) Qual é a diferença entre Mecanicismo e Vitalismo?
3) Como funciona a pilha elétrica desenvolvida por Alessandro Volta?
4) Qual é a definição de biofísica?
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