Aula 1 Introdução à Biofísica

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Aula 1
BIOFÍSICA
Prof. Daniel Ribeiro Menezes
Profa. Flaviane Mª F. Monteiro Silva
Colegiado de Medicina Veterinária 
UNIVASF
Aula 1
BIOFÍSICA
INTRODUÇÃO À BIOFÍSICA
Colegiado de Medicina Veterinária 
UNIVASF
Aula 1
CONCEITOS
• A biofísica é uma ciência interdisciplinar 
que aplica as teorias e os métodos da 
física para resolver questões da biologia.
Aula 1
CONCEITOS
• A biofísica busca enxergar o ser vivo com 
um corpo, que ocupando lugar no espaço, e 
transformando energia, existe num meio 
ambiente que interage com este ser.
Aula 1
CONCEITOS
• Pode ser considerada como a Ciência que 
estuda a Matéria, Energia, Espaço e 
Tempo nos Sistemas Biológicos
Aula 1
OBJETIVO GERAL
• Utilizar conceitos fundamentais de física
para a compreensão dos fenômenos 
biológicos, a nível macroscópico, celular e 
molecular, relacionando as leis físicas com 
a biologia. 
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Aula 1
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Reconhecer a importância das propriedades 
físicas da água, do pH, e dos sistemas tampões 
para os sistemas biológicos.
• Conhecer as leis e princípios termodinâmicos 
aplicados à biologia.
• Entender os princípios biofísicos relacionados ao 
funcionamento celular.
Aula 1
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Conhecer os princípios básicos dos métodos 
empregados na investigação biológica.
• Estudar os mecanismos biofísicos dos sistemas 
fisiológicos dos animais para compreensão do 
funcionamento biológico. 
• Conhecer os fundamentos e utilização das 
radiações ionizantes (Radioisótopos e Raio-X) em 
Medicina Veterinária.
Aula 1
Tópicos da disciplina
• Biofísica da água e soluções
�Água, pH e tampões
• Bioenergética
• Biofísica celular
�Biofísica das Membranas
�Bioeletrogênese
• Biofísica dos sistemas orgânicos
• Biofísica das Radiações (Radiobiologia)
Aula 1
BIOFÍSICOS FAMOSOS
Luigi Galvani, descoberta da bioeletricidade
Hermann von Helmholtz, primeiro a medir a velocidade de 
impulsos nervosos
Georg von Békésy, investigação sobre a audição humana
Bernard Katz, descoberta do funcionamento das sinapses
Maurice Wilkins e Rosalind Franklin, pioneiros da 
cristalografia de DNA
Francis Crick, descoberta da estrutura do DNA
Aula 1
Luigi Galvani (Bolonha, 1737 -
Dezembro de 1798)
Médico e investigador italiano e foi 
professor de Anatomia da 
Universidade de Bolonha;
A partir de estudos, realizados em rãs 
descobriu que músculos e células 
nervosas eram capazes de produzir 
eletricidade, que ficou conhecida 
como a eletricidade galvânica.
Aula 1
Sir Andrew Fielding Huxley
Nascido em 22 de novembro na
Inglaterra
Biólogo e ganhador do prêmio 
Nobel em 1963
Trabalhos com potencial de 
ação dos nervos e passagem 
do impulso nervoso
Teorias sobre os canais iônicos
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Aula 1
Como mensurar 
esta interação?
OS SERES VIVOS EM INTERAÇÃO 
COM O UNIVERSO
Seres vivos
Universo
Energia
Aula 1
Utilizando 
grandezas 
físicas!
OS SERES VIVOS EM INTERAÇÃO 
COM O UNIVERSO
Seres vivos
Universo
Energia
Aula 1
GRANDEZAS FUNDAMENTAIS E 
DERIVADAS
• Grandezas Fundamentais:
– MATÉRIA => objetos, corpos, alimentos;
– ENERGIA => calor, luz, som, pelo trabalho 
físico;
– ESPAÇO => distâncias, áreas e volume dos 
objetos;
– TEMPO => sucessão de um evento.
Aula 1
GRANDEZAS FUNDAMENTAIS E 
DERIVADAS
• Cromatografia
Aula 1GRANDEZAS FUNDAMENTAIS E 
DERIVADAS
A combinação das Grandezas Fundamentais 
origina as Grandezas Derivadas.
�Área é espaço ao quadrado (L2) 
�volume é espaço ao cubo (L3)
�Trabalho é força X distância (Nm ou J)
Aula 1
SISTEMA COERENTE DE MEDIDAS
• As Grandezas Fundamentais e Derivadas são 
convenientemente agrupadas em Sistemas coerentes 
de medida. 
• O uso desses sistemas é indispensável, porque 
racionaliza o uso das Grandezas.
• o SI (Sistema Internacional) é oficialmente 
recomendado, 
• Na Biologia usa-se também:
– MKS (Metro, Kilograma, Segundo)
– CGS (Centímetro, Grama, Segundo)
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Aula 1
CONCEITOS FÍSICOS 
EMPREGADOS NA BIOLOGIA
• Massa (M): é a medida da quantidade 
de matéria de um ser vivo.
• Sob a ação da gravidade, a massa 
exerce uma Força, que é o peso. 
• Os seres vivos variam largamente na 
escala de massa (vírus 10-20 kg, 
baleias 103 kg)
• A massa dos indivíduos varia com 
diversos fatores, sendo um indicador 
do estado de higidez dos indivíduos. 
Aula 1
ÁREA
• A área (espaço ao quadrado - L2), ou 
superfície corporal, pode ser relacionada a 
diversos fatores fisiológicos, como o 
metabolismo, à perda de plasma em casos de 
queimadura.
• A unidade de área do SI é o m2, mas em 
biologia, usa-se ainda o cm2.
Aula 1ÁREA Aula 1VOLUME
O volume (espaço ao cubo -L3), tem grande 
importância biológica. Ex: atrofia de um membro, 
prenhez.
A unidade SI de volume é o m3, mas usa-se ainda o 
cm3, o litro (L) e o mililitro (mL).
Aula 1
VOLUME
Tuba uterina
Prenhez ectópica
Aula 1
DENSIDADE
Densidade = relação massa/ volume 
d= m
v
Densidade dos tecidos biológicos é
próxima a densidade da água.
•Sangue humano d = 1,057 x 103 kg.m-3
(SI), 
•Água: d= 1.0 x 103 kg.m-3 (SI).
X X
16 g9 g
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Aula 1
VELOCIDADE
• Velocidade - Os seres vivos, suas partes (membros, 
órgãos) seus componentes (sangue, etc.) estão em 
constante movimento, que é a mudança de posição no 
Espaço. 
• Esse fenômeno é medido pela velocidade, definida 
como o espaço percorrido dividido pelo Tempo 
decorrido: 
• V= L/ T
Aula 1
VELOCIDADE
Velocidade do impulso nervoso
Aula 1
ACELERAÇÃO
• Aceleração - A mudança de velocidade em função do 
tempo é a aceleração (a) que é definida como a variação da 
velocidade (∆V) dividida pelo Tempo:
• a= ∆V (positiva, negativa, constante).
T
• Aceleração da gravidade g= 9,8 m.s-1
Aula 1
ACELERAÇÃO
Aula 1 Aula 1
FORÇA
• Força - é definida como o produto da Massa pela 
Aceleração
• F = Massa x Aceleração
• Está presente em todas estruturas e processos 
biológicos, desde moléculas até sistemas complexos
– Forças de atração e também de repulsão moleculares. 
– Força de contração muscular
• A unidade de medida da força é o Newton (N).
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Aula 1
FORÇA
Força de atração molecular
Força muscular
Aula 1
ENERGIA E TRABALHO
• São duas grandezas que possuem a 
mesma expressão dimensional.
• Energia pode produzir Trabalho e Trabalho 
pode produzir Energia
• Energia e Trabalho são definidos como o 
produto da Força pela distância percorrida 
pela Força.
Aula 1
ENERGIA E TRABALHO
• E ou T= Força x Distância 
• O Trabalho representa a principal atividade do ser 
vivo. Toda manifestação biológica se faz através 
de Trabalho ou Energia. 
– A contração muscular 
– A síntese de proteínas é trabalho retirado da 
energia dos alimentos. A emissão de luz pelo 
vaga-lume é a energia produzida por sistemas 
químicos especiais. 
Aula 1
Aula 1
POTÊNCIA
• Potência - A potência (W), é a capacidade de realizar 
Trabalho (ou produzir Energia), em função do Tempo:
Pot = dE/dT
Pot = Potência
dE = quantidade de energia
dT = unidade de tempo
>> A potência consumida/dissipada por um ser humano é
em torno de 100 watts, variando de 85 W durante o sono 
a 800 W ou mais enquanto pratica um esporte.
>> Ciclistas profissionais tiveram medições de 2000 W de 
potência realizada para curtos períodos de tempo.
Aula 1
PRESSÃO
• Pressão - A todo momento, em Biologia, 
fala-se em Pressão (P), que é definida 
como uma Força agindo sobre uma Área:
P = F/A
• A unidade SI de pressão é o pascal (Pa).
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Aula 1
PRESSÃO
• A pressão sangüínea é a força que o sangue 
exerce sobre as paredes dos vasos sangüíneos. 
• A pressão intraglomerular é a força que o 
plasma exerce dentro dosglomérulos, 
produzindo a urina.
• A pressão osmótica é a força que moléculas de 
uma solução exercem sobre paredes celulares.
Aula 1
PRESSÃO
Aula 1
VISCOSIDADE
• A viscosidade é a propriedade dos fluidos 
correspondente ao transporte microscópico de 
quantidade de movimento por difusão 
molecular.
– Quanto maior a viscosidade, menor será a velocidade 
em que o fluido se movimenta;
• Basta comparar o escoamento de água 
(viscosidade menor), com o de mel, ou xaropes 
(viscosidade maior).
• A viscosidade é representada pela letra grega Ƭ.
Aula 1
VISCOSIDADE
Quanto maior a viscosidade, menor será a 
velocidade em que o fluido se movimenta.
Aula 1
TEMPERATURA
• Temperatura - É um dos parâmetros 
físicos de maior importância na Biologia, e 
deve ser bem diferenciado de Calor;
• A temperatura é uma medida de 
intensidade da energia térmica. O calor é
a medida da quantidade de energia 
térmica;
Aula 1
TEMPERATURA
• A diferença de temperatura permite a 
transferência da energia térmica, ou calor, 
entre dois ou mais sistemas
• Sabe-se que, exceto em baixas 
temperaturas (extremas), a temperatura é
uma expressão da energia cinética das 
moléculas. 
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Aula 1
TEMPERATURA
Bomba
Termômetro
Ignição
Água destilada
Vácuo
Cuba
Alimento
Oxigênio
Bomba calorimétrica
Aula 1
FREQUÊNCIA
• Freqüência - Diversos fenômenos biológicos 
repetitivos em função do Tempo:
– Batimentos cardíacos, movimentos respiratórios, 
ondas elétricas cerebrais
– São medidos pela Freqüência, que é representada 
pela letra f.
• Representada por: f = 1/T
Aula 1
FREQUÊNCIA
Aula 1
Tenham um bom dia!!
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