BIOFÍSICA P1 UFSC

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BIOFÍSICA P1
Conceitue Biofísica. Descreva instrumentos e/ou métodos biofísicos de análise qualitativa, análise quantitativa e métodos de separação. Dê exemplos. 
R.: Biofísica é a ciência que faz uso da física e seus métodos para estudar os seres vivos, e os fenômenos físicos que ocorrem nos mesmos. Por meio da observação (como por microscópio) podemos qualificar algo, ou seja, descobrir o que é e/ou o que tem uma estrutura biológica. Para quantificar algo, usamos instrumentos que darão respostas númericas, como balanças, pHâmetros, etc, essa análise determina a quantidade de alguma molécula, substância, ou componente em uma amostra biológica. Quando é necessária a separação de componentes de amostras biológicas, podemos usar, por exemplo, a centrífuga.
Estude as funções das vidrarias apresentadas na 1ª aula. Descreva a função/utilidade de cada uma delas. Qual(is) as principais diferenças entre as vidrarias de precisão (volume exato) e as de não precisão? Dê exemplos.
R.: As vidrarias de precisão, são aquelas graduadas que ditam o volume exato, se superaquecidas ou lavadas incorretamente podem perder sua precisão. Já as vidrarias não precisas não apresentam escala nem margem de erro. 
Descreva por que é tão fundamental a água na vida e no planeta. Como ficaria a temperatura do planeta se não fosse formado principalmente de água? Por quê? Qual a percentagem de água doce na Terra? Cite os estados físicos em que a água é encontrada.
R.: Como praticamente toda forma de vida necessita de água pra sua sobrevivência, esta é extremamente fundamental. Além de também, por causa da sua alta capacidade de absorver e conservar calor, ela atua como regulador térmico do planeta. A maior parte de água existente no planeta está nos mares e oceanos sendo apenas 3% a quantidade de água doce na Terra. Ela pode se encontrar em 3 estados físicos: sólida, líquida e gasosa.
Por que a água é considerada polar?
R.: A água é considerada polar, pois o oxigênio possui maior eletronegatividade que os hidrogênios, sendo assim os vetores do momento dipolo estão ambos em direção ao oxigênio, desse modo não se anulam.
Descreva (defina e dê a aplicação, importância) das principais propriedades da água: densidade, calor específico e sua importância no controle térmico, calor de vaporização, tensão superficial, viscosidade. 
R.: A densidade da água é diferente dependendo do estado que a mesma se encontra, por exemplo, como o gelo ocupa um maior volume sua densidade é menor que a água em estado líquido, que ocupa menor volume, assim o gelo flutua sobre a água líquida. Essa aplicação tem grande importância visto que, em invernos severos onde os oceanos congelam apenas a parte mais superficial congela, não dizimando a vida que continua na massa inferior líquida. 
A água tem um alto calor específico, o que significa que para aumentar em 1ºC 1g é necessário o fornecimento de grande quantidade de calor. O mesmo acontece para resfriá-la, onde é necessário perder grande quantidade de calor. É essa dificuldade de alterar a temperatura da água que a torna reguladora térmica, criando um ambiente sem bruscas mudanças na temperatura. Assim como o calor específico, o calor de vaporização também é alto, isso quer dizer que é necessária uma alta quantidade de energia para vaporizar uma molécula de água de uma substância. Isso acontece porque, as ligações de hidrogênio com o oxigênio (pontes de hidrogênio) são consideradas fortes e assim difíceis de quebrar/desfazer. Novamente por causa das ligações de hidrogênio da molécula de água, sua tensão superficial é alta, pois por causa delas as moléculas da superfície da água só são atraídas por moléculas ao lado e abaixo delas, formando ma película elástica na superfície. Diferentemente, a viscosidade da água é baixa, uma ótima propriedade para o nosso corpo, pois assim as hemácias do sangue se movimentam com mais velocidade.
A água é o solvente universal. É um solvente de substâncias iônicas, substâncias covalentes e solvente de substâncias anfipáticas. Explique por que.
R.: Pelo fato de substâncias covalentes formarem pontes de hidrogênio com a água, essas nela se dissolvem. No caso de substâncias anfipáticas em meio aquoso elas orientam a parte covalente para dentro e a parte polar para fora, em contato com a água e assim semelhante dissolve semelhante. A água é um solvente de substâncias iônicas, pois suas moléculas possuem cargas parciais positivas e cargas parciais negativas, interagindo com ambas as extremidades uma substância iônica. 
O que são clatratos? Cite uma possível função.
R.: Clatratos são ‘’gaiolas’’ formadas por 20 ou + moléculas de água, que criam um espaço dentro dessa estrutura podendo aprisionar diferentes substâncias. Um exemplo são os clatratos de metano onde essa gaiola de água aprisiona a molécula de metano até certa temperatura.
Descreva os compartimentos hídricos do organismo (tipos, definição, volumes, principais constituintes – especialmente iônicos –, principais semelhanças e diferenças).
Descreva sobre a constituição e função das membranas biológicas. Comente sobre as principais características e funções das proteínas integrais e periféricas.
R.: Membrana biológica respiratória: constituída de célula epitelial do alvéolo, membrana basal alveolar, líquido intersticial (nem sempre presente, porque célula alveolar e endotelial estão muito próximas) entre o alvéolo e o capilar alveolar, membrana basal do endotélio capilar alveolar e célula endotelial do capilar alveolar, têm como principal função a passagem de O2 para dentro da célula e CO2 para fora da célula, possibilitando a respiração.
Membrana biológica glomerular: formada por capilares glomerulares e seus revestimentos membranosos, apresenta 3 camadas, camada de células endoteliais do capilar, membrana basal (fibras colágenas e proteoglicanos. Bem porosa) e camada de células epiteliais do revestimento (c/ prolongamentos que formam poros em fenda), fendas de filtração. Por onde o líquido pode filtrar para a cápsula de Bowman.
Membrana biológica citoplasmática: Estrutura fina, flexível, mas altamente seletiva, composta principalmente por lipídios e proteínas (mosaico de proteínas incrustadas nos fosfolipídios). Regula a composição dos fluidos intracelular e extracelular, o volume celular, o metabolismo intracelular determinando a concentração de cofatores enzimáticos e de substratos, a atividade metabólica processada por enzimas presentes na membrana, decodifica sinais químicos e físicos por meio de moléculas receptoras e reguladoras presentes na membrana e gera e propaga de sinais elétricos.
Proteínas integrais: estão por toda bicamada, um extremo está para o meio intracelular e outro para o meio extracelular, podem ser canais de membrana, transportadores (proteínas carregadoras) ou receptores de sinais.
Proteínas periféricas: não estão em toda a bicada, tem uma extremidade virada para o meio intra ou extracelular e outra extremidade na cauda das micelas da bicamada, estão frequentemente ligadas às integrais, e podem ser enzimas de membrana, controladoras do transporte de substâncias através dos “poros” da membrana celular ou antígenos de superfície.
Quais são os principais tipos de transporte através das membranas biológicas? Caracterize comparando (relacionando) as principais semelhanças e as principais diferenças de transporte por difusão (transporte passivo) e transporte ativo.
R.: Há dois principais tipos de transporte através das membranas biológicas, são eles transporte passivo e transporte ativo. Apenas se assemelham por poder usar proteínas no transporte sendo que no transporte passivo ocorre ou não a presença das proteínas no transporte e no ativo necessariamente ocorre a presença de proteínas no transporte, enquanto no passivo não há gasto energético e o transporte é a favor do gradiente, no ativo há gasto energético pois o transporte é contra o gradiente.
Descreva detalhadamente o transporte por difusão (transporte passivo). Compare (semelhanças e diferenças) entre os mecanismos dedifusão simples e difusão facilitada. Dê exemplos de onde ocorrem no organismo.
R.: A difusão é o transporte de substâncias entre a membrana á favor do gradiente, o que acarreta a ausência de gasto energético, esse processo ocorre pela tendência das moléculas de um gás ou de uma solução de se distribuírem espontânea (movimento Browniano) e uniformemente por toda a extensão do espaço disponível. Ambas as difusões (simples e facilitada) são um transporte passivo, portanto todas as características citadas acima são semelhanças entre elas, porém se diferenciam pela presença de proteínas facilitadoras de transporte na difusão facilitada e a ausência de proteínas facilitadoras na difusão simples. A bomba de sódio e potássio é um exemplo de difusão simples que ocorre no nosso corpo e a saída de AA da célula é um exemplo de difusão facilitada.
Quais são os principais fatores que alteram a velocidade de difusão através das membranas? Dê exemplos. 
R.: Alguns fatores podem alterar a velocidade do transporte como a diferença de pressão, diferença do potencial elétrico, diferença da concentração, peso molecular, área de difusão e distância a ser percorrida.
Descreva osmose e pressão osmótica.
R.: Osmose é a difusão absoluta de água, que ocorre quando existe diferença de concentração entre 2 compartimentos separados por uma membrana semipermeável, que permite a difusão apenas do solvente do meio menos concentrado para o mais concentrado. A pressão osmótica é uma pressão exercida pela membrana semipermeável que já ocorre naturalmente, porém só depois de muita passagem do solvente para o meio mais concentrado, sendo assim podemos descobrir em que ponto isso ocorrerá e manipular a membrana semipermeável para que essa pressão seja exercida antes.
Defina líquidos isotônicos, hipotônicos e hipertônicos. O que ocorre com as células quando colocadas em meios hipo, iso e hipertônico? Porque o soro fisiológico deve ser isosmótico com os líquidos corporais? Descreva por que ocorre a quebra (lise) de células (como do sangue, por exemplo) ao serem colocadas em solução hipotônica. 
R.: Um líquido isotônico não possui diferença de concentração com seu soluto, impossibilitando o transporte de solvente pela membrana semipermeável. Hipotônico é quando o soluto tem maior concentração do que o solvente. Hipertônico é quando o solvente é mais concentrado do que o soluto. Em meio isotônico nada ocorre com as células, em meio hipertônico as células perdem a água para o meio e murcham e em meio hipotônico elas recebem a água, ficando turgidas e possivelmente causando a lise das mesmas. O soro fisiológico deve ser isosmótico (=pressão osmótica) com os líquidos corporais para evitar problemas como a hemólise nas hemácias do sangue já que assim as moléculas de água difundem-se com facilidade para dentro e para fora das células. 
Comente sobre o transporte ativo através das membranas biológicas (principais características e mecanismo de ação). Descreva o funcionamento das proteínas transportadoras. Discuta sobre o mecanismo e características do transporte ativo primário, secundário (Co e contratransporte). Comente sobre as principais semelhanças e diferenças destes tipos de transporte. Dê exemplos de onde ocorrem. 
R.: O transporte ativo é caracterizado pelo fato de ser um movimento contra o gradiente, com gasto de energia e auxílio de proteínas transportadoras. Dentre os tipos de transporte ativo temos transporte ativo primário, quando a energia é derivada diretamente da degradação do ATP ou outro composto rico em energia, como a bomba de hidrogênio. E o transporte ativo secundário, quando a energia é derivada secundariamente de energia já armazenada, este último pode ainda se dividir em co-transporte (duas moléculas entrando na célula juntas, como Na+ - glicose) e contratransporte (uma molécula saindo e outra entrando, como bomba de Na+ - Ca+2).
Caracterize diálise. Cite exemplos desta técnica nas ciências biológicas e no cotidiano.
R.: A diálise é um processo que tende a equilibrar duas substâncias diferentes, por meio do transporte de íons e moléculas do soluto e solvente, tais micromoléculas passam por meio de uma membrana dializadora (permeável com poros). Após algum tempo da diálise, a concentração da substância fica a mesma nos dois lados. Ex1.: Diálise peritoneal: é feita quando o rim para de exercer suas funções, como filtrar, assim o liquido de diálise é inserido no abdome e usa do peritônio para filtração, após a saturação do líquido de substâncias tóxicas é feita a drenagem. Ex2.: Hemodiálise: processo mais comum, onde o sangue passa por um filtro que possui uma membrana semipermeável (membrana dializadora), que retira as toxinas e as substâncias em excesso, e devolve o sangue limpo para o paciente. 
No que consiste o conceito da técnica por Tensiometria? O que é um tensiômetro? Cite exemplos práticos desta técnica nas ciências biológicas e cotidiano. 
R.: Tensiometria é um método analítico utilizado para medir a tensão superficial de uma determinada substância ou solução. Tensiômetro é o aparelho usado para uma tensão de vapor ou superficial. Ex.: medição da pressão arterial, controle de irrigação agrícola (mede tensão superficial da água do solo).
Descreva as principais características de uma mistura. Quando ela é considera homogênea e quando é heterogênea?
R.: As misturas são formadas por duas ou mais substâncias compostas ou simples que sejam diferentes, sendo assim, apresentam propriedades físicas que não são fixas nem constantes. Mistura homogênea: é uma mistura onde não é possível visualizar a separação das suas substâncias, toda a sua extensão é uniforme, apresentando uma única fase. Mistura heterogênea: é uma mistura onde é possível a visualização da separação entre as substâncias nela contida. Sua extensão não é uniforme, apresentando mais de uma fase.
Descreva as principais características (tipo de mistura, tamanho do disperso, se é fácil e/ou possível separar do dispersante, exemplos, visibilidade, etc.) de: a) uma suspensão; b) dispersão (dispersão coloidal ou colóide); c) uma solução. Dê exemplos de cada uma delas.
R.: a) Suspensões são misturas heterogêneas, nas quais mesmo a olho nu é possível visualizar suas partículas. Exemplo: areia na água, suspensão que podemos separar do dispersante.
b) Dispersões coloidais: são misturas que a olho nu suas partículas não são visualizadas, parecendo homogêneas, porém são heterogêneas. Com o uso de ultracentrífugas é possível fazer a separação das suas partículas. Exemplo: Maionese e gelatina.
c) Soluções: misturas homogêneas, onde não conseguimos visualizar as partículas dispersas nem com microscópio, nesse caso o disperso é chamado de soluto e o dispersante de solvente, as soluções não podem ser separadas por nenhum processo de filtração. Exemplo: sal e água.
Classifique as soluções quanto ao a) seu estado físico; b) condutividade elétrica; c) proporção soluto/solvente. Defina solubilidade ou coeficiente de solubilidade de uma solução. Caracterize uma solução insaturada, saturada e supersaturada.
R.: A) Sólida, líquida ou gasosa. B) Eletrolítica ou não-eletrolítica. C) Diluída, concentrada, não saturada, saturada ou supersaturada. 
O coeficiente de solubilidade é a máxima quantidade de soluto que se solubiliza em uma dada quantidade de solvente, a uma dada temperatura, cada substância possui um coeficiente de solubilidade específico. A solução saturada ocorre quando um determinado solvente dissolve o máximo de soluto que é capaz de dissolver, quando essa quantidade de soluto é maior que o coeficiente de solubilidade mas mesmo assim está dissolvida (solução supersaturada), quer dizer que a solução não foi obtida à temperatura constante e ao receber qualquer tipo de agitação se transforma em uma solução saturada com corpo de fundo. Já a solução insaturada não atingiu seu coeficiente de solubilidade, o soluto foi adicionado, porém o solvente aindaé capaz de dissolver mais.
Conceitue Concentração simples, Normalidade e Molaridade. Calcule quanto é necessário de... a) HCl para fazer 500mL (0,5L) de solução 1N. b) H2SO4 para fazer 200 mL de uma solução 0,2M; c) KCl para fazer 250mL de uma solução 10%?
R.: Concentração simples: é a relação entre a massa do soluto em gramas e o volume da solução em litros (C=m/v). A molaridade de uma solução é a concentração em número de mols de soluto e o volume de 1L de solução (M=n/v). Normalidade: é a relação entre o número de equivalentes-gramas (gramas dividido pelo número de hidrogênios ionizáveis) do soluto e o volume da solução em litros (N=e/v). 
36. Descreva pH. O que significa, escala, como é calculado e importância de sua determinação em meios aquosos biológicos. Mostre através de cálculos, o pH da água pura à25ºC
R.: pH significa potencial hidrogeniônico, ou seja, é a unidade para determinar a quantidade de H+ livre na água e nas soluções. Para tal medição foi criada a escala de pH, onde [H+] é expressa como uma função exponencial e não decimal, a escala varia de 0 a 14, sendo 0 [H+] = 1M (meio ácido), 7 [H+]=10-7M (neutro) e 14 [H+]=10-14M (meio básico). Todos os processos bioquímicos e enzimáticos (metabolismo celular) necessitam de [H+] específico para seu funcionamento ótimo, fundamental para a vida. Pequenas variações da [H+] podem causar grandes alterações na velocidade das reações químicas celulares, causando grande comprometimento no funcionamento do metabolismo celular. Para calcular o pH de uma substância precisamos saber sua concentração, e o pH será -log[x]. Como a água pura à 25ºC é neutra Kw= [H+].[OH-] será 1x10-14 (mol/L)², ou seja, [H+]=[OH-]=1.10-7 mol/L. Resumidamente: ácidos são doadores de... e bases são ... de H+. Quanto mais forte um ácido, maior a sua tendência para perder um próton (H+). Quanto mais forte uma base maior a sua tendência para receber um próton. Ácido forte ex.: suco gástrico; Base forte ex.: água sanitária, lixívia.
37. Cite os principais efeitos (sintomas) da acidose/acidemia e da alcalose/alcalemia no organismo humano. 
R.: Maior [H+] causa diminuição no pH dos líquidos corporais, deixando eles ácidos o que causa a acidose, gerando depressão da atividade mental, podendo até levar ao coma e à morte. Menor [H+] causa aumento do pH dos líquidos corporais, deixando eles básico, causando alcalose, gerando hiperexcitabilidade acentuada no SN provocando aumento dos sinais nervosos.
38. No que consiste um sistema tampão? De que é constituído e como funciona? Dê exemplos dos principais sistemas tampões do organismo humano (intra e extracelular), descrevendo sua importância fisiológica. 
R.: Tampões são sistemas aquosos que tendem a resistir a mudanças de pH quando pequenas quantidades de ácido (H+) ou base (OH-) são adicionadas. Um sistema tampão consiste em um ácido fraco (doados de prótons) e sua base conjugada (aceptor de prótons). Cada par conjugado ácido-base tem uma zona de pH característica na qual é um tampão efetivo. No meio intracelular o principal tampão é o fosfato, enquanto no meio extracelular o bicarbonato.
39. Descreva os principais mecanismo de controle de pH sanguíneo (e do líquido extracelular). Discuta sobre a participação dos sistemas tampão, respiratório e renal. Qual a resposta do organismo (destes 3 sistemas) em caso de acidose e de alcalose.
R.: O principal mecanismo de controle de pH no sangue e do LEC é o tamponamento por bicarbonato. Em caso de acidose no sistema respiratório a respiração é estimulada, assim haverá maior eliminação de CO2, o que desviara a reação fazendo com que o H+ seja usado para produção de CO2. Já em caso de alcalose a frequência respiratória cai, para que haja o acúmulo de CO2 e consequentemente o acúmulo de H+. No sistema renal, em caso de acidose, nos rins ocorre maior filtração de H+, maior secreção de H+ e maior reabsorção e síntese de bicarbonato. Já na alcalose os rins secretam menos H+ e reabsorvem e sintetizam menos bicarbonato.