PROVA BIOFÍSICA 1

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ÁGUA E SOLUÇÕES
Importância da água em organismos vivos
A vida surgiu provavelmente em ambiente aquoso;
A água representa 70% ou mais do peso da maioria dos organismos;
As propriedades físicas e químicas (ligações de hidrogênio, ionização do H+ e OH-) da água determinam a vida, possibilitam a existência dos sistemas tampão e influenciam a estrutura dos componentes celulares (proteínas, carboidratos e ácidos nucleicos).
Natureza polar da água
Diferenças de eletronegatividade entre H e O conferem um momento dipolar e, juntamente com a presença de pares de elétrons não compartilhados no O, formam-se ligações de hidrogênio entre moléculas de água;
Os orbitais da molécula possuem um arranjo tetraédrico.
(ex: polares: glicose, glicina, glicerol.../ apolares: /anfifílicas: fenilalanina)
Ligações/ pontes de hidrogênio
Responsáveis pelas forças coesivas que tornam a água líquida à temperatura ambiente e favorecem um arranjo ordenado das moléculas de água em cristais de gelo;
A água pode atuar tanto como aceptor como doador de H;
As ligações de H são isoladamente fracas;
O arranjo tetraédrico ao redor do O permite ligações de H com até 4 outras moléculas de água;
OBS: no estado líquido, devido ao estado desorganizado, uma molécula de água forma ligação com apenas outras 3
As ligações de H aumentam o ponto de ebulição e fusão;
As ligações de H são mais fortes quando os átomos estão em linha reta (interação eletrostática máxima)
Água como solvente
A solubilidade de um soluto em um solvente depende da capacidade que o solvente tem de interagir com o soluto de maneira mais forte que as partículas do soluto entre si;
A polaridade da água faz com que esta dissolva substâncias polares (hidrofílicas). Substâncias apolares são insolúveis em água (hidrofóbicas);
Os íons de um sal interagem de acordo com a lei de Coulomb: F= (quanto maior a const. dielétrica, menor a força que une as duas cargas)
A água é um dos solventes com maior const. dielétrica, o que reflete na sua capacidade de dissolver compostos polares, já que mantém as cargas opostas separadas
OBS: as forças que mantem as regiões apolares de moléculas diferentes juntas são hidrofóbicas, que resultam de uma maior estabilidade termodinâmica através da minimização de interações com a água (ex: proteínas, pigmentos, esteróis, fosfolipídeos são anfipáticos)
4 tipos de interações fracas (não-covalentes) 
São: eletrostáticas; van der Waals; de hidrogênio e hidrofóbicas;
São muito mais fracas que interações covalentes (peptídica e dissulfeto), mas em conjunto podem ser fortes;
Importância: ligação de enzima ao substrato, estrutura de biomoléculas e DNA, dobramento de proteínas em folhas beta e alfa hélie
Outras propriedades da água
Densidade (d: m/v): em g/mL ou kg/L (a densidade da água a 4˚C é de 1g/mL e varia com a temperatura)
Calor de vaporização: em J/g é a energia necessária para transformar 1g de um líquido em sua temperatura de ebulição, à pressão atm para o estado de vapor (a água apresenta alto calor de vaporização, o que traz vantagens para desidratar um sistema biológico e para controle de temperatura em organismos vivos)
Tensão superficial: atrações intermoleculares (forças coesivas) entre a camada externa da água com o ar são maiores devido ao fato de não possuírem moléculas iguais em todas as dimensões, formando-se uma espécie de membranca que impede a penetração na água; é a força necessária para romper um filme de 1 cm de comprimento (a tensão superficial da água é alta e diminui com a temperatura. é importante para a compartimentalização celular, mas dificulta trocas gasosas nos alvéolos pulmonares)
OBS: sabões e detergentes reduzem a tensão superficial
OBS: a tensão superficial está relacionada com capilaridade, capacidade de um líquido subir ou descer em um tubo fino (ex: transporte de seiva em plantas)
Viscosidade: resistência à deformação por forças de tensão (quanto maior a força de coesão, maior a viscosidade)
OBS: a água deveria ter alta viscosidade devido às pontes de H, mas o fato de estas se desfazerem e refazerem rapidcamente faz com que tenha viscosidade baixa.
Soluções
Misturas contendo mais de um componente que se apresenta com apenas uma fase;
Solvente pode ser água ou orgãnico;
Fluidos biológicos podem conter milhares de solutos dissolvidos (sais, proteínas, carboidratos...);
Soluções aquosas são possíveis apenas para solutos iônicos ou polares
Concentração: quantidade de soluto por quantidade de solução e pode ser expressa de várias formas:
% = M= C1.V1=C2.V2
FOTOCOLORIMETRIA
Fotocolorimetria é um método para estudar a concentração de soluções através da absorção do espectro de luz.
Lei de Lambert-Beer
I = Io. 
O raio emergente (I) é proporcional à luz monocromática (Io) e inversamente proporcional à constante de absorção óptica.
OBS: o aumento do percurso óptico (d) diminui o feixe de luz emergente (I)
Fotocolorímetro X Espectrofotômetro
A diferença entre os dois é o comprimento de onda. O fotocolorímetro abrange apenas a faixa de luz visível, enquanto o espectro fotômetro abrange todas as faixas do espectro, desde o infravermelho até o ultravioleta.
Absorbância e Transmitância
Absorbância é a luz que a solução absorve (A= log )
Transmitância é a luz transmitida (T= . 100%)
A= 2 - log T%
Grandezas relacionadas na Curva Padrão
Absorção e concentração.
OBS: teoricamente são necessários 2 pontos para traçar o gráfico da curva padrão, mas na prática não atende ao objetivo por causa do índice de erro, sendo necessário fazer uma média das curvas.
OBS: o gráfico da curva padrão é tido como dotado de erro pois para montá-lo depende-se de vários fatores que podem alterar o resultado, como, por exemplo, defeito na máquina e erro humano.
OBS: usamos o fator de calibração para eliminar os elementos que não deseja-se medir.
OBS: na construção da curva padrão para a anilina vermelha se aumentar ou diminuir o comprimento de onda o gráfico ficaria abaixo da curva padrão.
Gráfico "espectro de absorção"
Grandezas relacionadas: Absorção e comp. de onda.
Importante para determinar o fotopico da substância, o qual é importante para descobrir o valor máximo da absorbância e para poder relacioná-lo com os outros valores, além de analisarmos a curva declinar.
PHMETRIA
Ácido
Arrhenius: substância que em solução aquosa libera o cátion H+
Bronsted-Lowry: doador de prótons
Base
Arrhenius: substância que em solução aquosa libera o ânion OH-
Bronsted-Lowry: receptor de prótons
Processo de dissociação da água
H2O <-> H+ + OH- (a reação é reversível e a dissociação é bastante reduzida)
Kw (produto iônico da água) = [H+].[OH-]
É a constante que representa o equilíbrio iônico da água. Para que isso ocorra é preciso que as moléculas da água sejam quebradas (dissociação)
PH e POH
pH: - log H+ (logaritmo do inverso da concentração hidrogeniônica)
pOH: - loh OH- (logaritmo do inverso da concentração hidroxiliônica)
pH + pOH = 14
Solução neutra (pura): [H+] = [OH-] = pH 7
[H+]= -> ph = - log -> pH = - (-7)
Solução ácida: [H+] > [OH-] = pH < 7 e pOH >7
Solução básica: [H+] < [OH-} = pH > 7 e pOH<7
pH e pOH de uma solução com [H+]=M
pH= - log [H+]
pH= - log -> pH = - (-9) = 9 (básica)
pH + pOH = 14
9 + pOH = 14 -> pOH = 5
pH e pOH de uma solução com [OH-]=M
pOH= - log [OH-]
pOH= - log -> pOH= - (-3) = 3 (básica)
pH + pOH = 14
pH + 3 = 14 -> pH =11
Solução de 0,01M de um monoácido forte (HA) possui pH menor, igual ou maior que 1?
[HA] = monoácido forte
[HA] = 0,01M
[HA] <-> H+ + A-
[H+]= 0,01M = M
pH = -log [H+] = - log = - (-2) = 2
Qual pH e pOH de uma amostra de vinagre de [H+]= 4,5. M? (dado log 4,5 = 0,65)
pH= -log [H+]= - log 4,5 . = - (0,65 + (-3))= + 2,35
pH + pOH = 14 -> 2,35 + pOH = 14 -> pOH = 11,65
Sistema Tampão
São soluções capazes de manter o pH do meio mesmo após a adição de uma base ou ácido. Um sistema tampão é constituído por um ácido fraco e o seu sal, formado com uma base forte.
Sãoessenciais porque mantêm a constância do meio interno, mantendo o pH ideal para realizar determinadas funções.
Ao adicionar um ácido forte como HCl ao sistema tampão haverá haverá a dissociação desse ácido, onde os íons de H+ se juntarão aos íons acetato, formando ácido acético (fraco). Com isso, a adição desse ácido não alterará o pH em grande escala. 
(HCl <-> H+ + Cl -) 
H+ + CH3COO <-> CH3COOH
HCl + CH3COONa <-> NACl + CH3COOH
Ao adicionar uma base forte como NaOH haverá dissociação dessa base, onde os íons OH- se juntarão aos íons H+ do ácido acético para formar água
NaOH <-> Na+ + OH-
Na+ + OH- + CH3COOH <-> CH3COONa + H2O
(Logo, se adicionar um ácido ou base ao sistema tampão a modificação do pH é mínima, pois, em geral, as soluções tampão são constituídas por um ácido fraco e um sal deste ácido.)
Sistemas tampão do organismo
O tampão composto por ácido carbônico/bicarbonato ajuda a controlar o pH sanguíneo; o tampão Hemoglobina/Oxihemoglobina é exclusivo das hemácias, colabora com a função de transporte do CO2 e com o tampão bicarbonato. O sistema tampão fosfato, formado pelo fosfato de sódio e ácido fosfórico é eficaz no plasma, no líquido intracelular e nos túbulos renais onde se concentra em grande quantidade.
Sistema tampão bicarbonato (base forte)/ ácido carbônico (ácido fraco)
CO2 + H2O <-> H2CO3 <-> H+ + HCO3-
O sistema tampão do bicarbonato/ácido carbônico é muito poderoso porque os seus componentes podem ser facilmente regulados. A concentração do CO2 é regulada pela eliminação respiratória e a concentração do bicarbonato é regulada pela eliminação renal.
Se a essa solução for adicionada uma pequena concentração de ácido, irá ocorrer sua ionização, gerando cátions H+, que irão reagir com os ânions HCO3- presentes no meio, originando ácido carbônico não ionizado. Não ocorre a variação do pH.
Já se uma base for adicionada, serão gerados ânions OH-. Esses íons se combinam com os cátions H+, provenientes da ionização do H2CO3. Assim, os ânions OH- são neutralizados, mantendo o pH do meio.
Maior [H2CO3] = acidose (acúmulo de ácido com redução do pH)
Menor [H2CO3] = alcalose (perda de ácido, com aumento de pH)
Métodos de determinação do pH
Método colorimétrico: baseia-se no uso de indicadores-substâncias que variam de cor em função da [H+]. Constituem-se de ácidos ou bases fracas, cuja dissociação depende da [H+]. HI (indicador) <-> H+ + I (íon resultante)
Método eletrométrico ou potenciométrico: é feita através de aparelhos chamados de phmetros, constituindo-se num método mais preciso do que o colorimétrico. Baseia-se na formação de potenciais elétricos entre duas soluções com concentrações iônicas diferentes. Neste caso, a espécie iônica de interesse é o H+, medida de ddp.
Indicadores ácido-base
São substâncias naturais ou sintéticas que têm a propriedade de mudadem de cor em função do pH. (ex: vermelho de fenol: amarelo=ácido/vermelho=básico; fenoftaleína: incolor=ácido/vermelho=básico; repolho roxo: vermelho=ácido/amarelo=básico)
BIOFÍSICA MOLECULAR
Comunicação Celular 
As células precisam sentir e responder ao ambiente, interpretando os sinais que recebem de outras células. 
Princípios gerais da sinalização celular
A comunicação baseia-se na transdução de sinal, que é o processo pelo qual um tipo de sinal é convertido em outros. A célula sinalizadora produz uma molécula-sinal, que é detectada pela célula-alvo, a qual possui proteínas receptoras, que reconhecem e respondem especificamente à molécula-sinal (proteína, peptídeo, aminoácido, nucleotídeo, hormônio etc), iniciando a transdução quando convertem um sinal extracelular em intracelular. 
Tipos de sinalização nas células animais 
Endócrina: os hormônios produzidos em glândulas endócrinas são secretados para a corrente sanguínea e distribuídos para o corpo (ex: o pâncreas produz insulina, que regula a captação de glicose em todas as células do corpo) 
Parácrina: os sinais parácrinos são liberados pelas células para o meio extracelular nas suas vizinhanças e agem localmente (agem como mediadores locais sobre células próximas) OBS: às vezes, as células podem responder aos mediadores que elas mesmas produzem, o que é chamado de sinalização parácrina autócrina (ex: células cancerígenas) Neuronal: os sinais neuronais são transmitidos ao longo dos axônios para células-alvo distantes. A mensagem não é amplamente distribuída, mas é liberada rápida e especificamente. Cada impulso elétrico estimula a liberação de um neurotransmissor (molécula-sinal extracelular) Dependente de contato: não requer a liberação de uma molécula secretada. As células fazem contato direto por moléculas-sinal localizadas na membrana plasmática das células sinalizadoras e proteínas receptoras inseridas.
OBS: A mesma molécula-sinal produz respostas distintas em células-alvo diferentes, pois depende da proteína receptora, que é ativada por apenas um tipo de sinal. E a informação depende de como a célula-alvo recebe e interpreta o sinal.
OBS: A maioria das células é programada para sofrer apoptose na ausência de sinal
OBS: A resposta celular a um sinal pode ser rápida (não requer mudanças na expressão gênica) ou lenta (a resposta requer mudanças na expressão gênica e a produção de novas proteínas) 
OBS: Molécula-sinal extracelular se liga a receptores de superfície celular ou de enzimas intracelulares. A maioria das moléculas-sinal é grande e hidrofílica (se ligam ao receptor de superfície. A proteína receptora ativa uma ou mais vias de sinalização intracelular, transmitindo, amplificando, integrando e distribuindo o sinal que chega), a minoria é pequena e hidrofóbica (se difundem pela MP, ativam enzimas ou se ligam a receptores intracelulares, ex: hormônios esteroides ou gases, como o óxido nítrico, que é convertido rápido em nitratos e nitritos).
OBS: Os receptores de superfície celular pertencem a 3 classes principais: Associados a canais iônicos (+ simples e diretos/ especialidade do sistema nervoso/ permitem um fluxo de íons através da MP que altera o potencial da membrana e produz corrente elétrica, ou seja, convertem sinais químicos em elétricos); Associados a proteínas G (são numerosos e evolutivamente antigos/ todo o corpo/ ativam as proteínas triméricas de ligação a proteínas G, as quais ativam uma enzima ou um canal iônico na MP, além de ativar subunidades da própria proteína G); Associados a enzimas (são enzimas transmembranas/ todo o corpo/ atuam como enzimas ou se associam à enzimas dentro da célula, ativando várias vias de sinalização)
OBS: Muitas proteínas sinalizadoras intracelulares funcionam como interruptores moleculares., pois são ativadas pela adição do grupo fosfato ou inativadas pela remoção. Em alguns casos, o fosfato é ligado à proteína pela cinase que transfere um fosfato do ATP para a proteína e é removido pela fosfatase. Em outros casos, a proteína sinalizadora que se liga a GTP é induzida a trocar sua GDP por GTP, o que adiciona um fosfato à proteína e ativa a mesma, enquanto a hidrólise de GTP a GDP a inativa. 
OBS: O Ca2+ atua como mensageiro intracelular e a alteração na sua concentração é desencadeada por muitos estímulos: quando um espermatozoide fertiliza um óvulo, aumenta Ca2+, um sinal do nerso aumenta Ca2+, o Ca2+ desencadeia secreção e estimula respostas porque se liga a proteínas sensíveis que lhe influenciam. A [Ca2+] livre no citosol é muito menor que no líquido extracelular, diferenças mantidas por bombas 
OBS: cascatas de sinalização intracelular podem alcançar velocidades, sensibilidades e adaptibilidades surpreendentes