Resumo Biofísica

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BIOFÍSICA:estudada todos os níveis, iniciando por moléculas e células e biosfera em seu conjunto.
MATEMÁTICA linguagens da Física. “Quando as idéias da ciência são expressas em termos matemáticos, elas não são ambíguas. Permite previsão e tomada de decisão.
GRANDESAS: características de um fenômeno que podem ser medidas e comparadas a padrões: ◦Comprimento de um objeto, ◦Massa de uma pessoa.
UNIDADE DE MEDIDA Unidade é o padrão de comparação para medida de uma grandeza. Os instrumentos de medida são construídos com base nestes padrões. Ex: 30m ou 200kg
SISTEMA DE UNIDADE: Padrões definidos e invariáveis usados para a medida das grandezas. ◦Comprimento metro (m) ◦Tempo segundos (s) ◦Massa quilograma (kg) ◦Temperatura kelvin (K). ◦Quantidade de matéria mol ◦Corrente elétrica ampère (A) 
POTÊNCIA: potência é a grandeza que determina a quantidade de energia concedida por uma fonte a cada unidade de tempo
PREFIXOS DE UNIDADE: Quando uma unidade é combinada a um prefixo, a unidade é multiplicada pelo fator correspondente ao prefixo. Ex: 2cm = 2.10-2 m 5km = 5.103 m
TABELA DE PREFIXOS: Giga=G valor=109 ex:4Gm – mega=M valor=106 ex: 2MHz 
NOTAÇÃO CIENTÍFICA:Número é escrito como o produto de um coeficiente por um multiplicador Ex: 12000 = 1,2.104 
Coeficiente: é um número maior ou igual a 1 e menor do que 10; 
Multiplicador: é a potência de base 10 que indica a ordem de grandeza. 
Exemplos: 3508000 = 3,508.106 0,004 = 4.10-3 0,0000407 = 4,07.10-5 3508000 = 3,508.106
MASSA: e a medida da quantidade de matéria de um ser vivo. Sob a ação da gravidade, a massa exerce a força, que é o peso.
ÁREA: é um conceito matemático que pode ser definida como quantidade de espaço bidimensional, ou seja, de superfície
VOLUME: é a quantidade de espaço ocupada por esse corpo. Volume tem unidades de tamanho cúbicos Então, o volume de uma caixa de comprimento T, largura L, e altura A 
DENSIDADE: massa volumétrica de um corpo define-se como o quociente entre a massa e o volume desse corpo 
ACELERAÇÃO: Em Física, a aceleração é a taxa de variação da velocidade. Ela é uma grandeza vetorial de dimensão comprimento/tempo² ou velocidade/tempo. 
TRANSPORTE ATRAVÉS DE MEMBRANAS 
Difusão simples; Difusão facilitada; Osmose; Transporte ativo.
SOLUÇÕES - são misturas homogêneas de 2 ou mais substâncias 
Soluto – substância que está dispersa na solução (em menor quantidade). 
Solvente – substância que possibilita a dissolução do soluto (substância predominante) 
Solução aquosa – sempre que o solvente for a água. 
 CONCENTRAÇÃO SIMPLES DE SOLUÇÃO 
Mede a massa de soluto presente no volume da solução. 
Unidade de medida: unidade de massa por unidade de volume. kg/m3 ; g/L 
Exemplo: meio litro de solução foi preparada dissolvendo-se 5 gramas de um sal em água. 
TRANSPORTE ATRAVÉS DE MEMBRANAS PermeáveisImpermeáveis Semipermeáveis ou seletivas: São seletivas quanto às substâncias que as atravessam (permitem passagem de solvente e alguns solutos). Algumas permitem a passagem apenas de solvente. 
TIPOS DE TRANSPORTE
PASSIVO:Substâncias se deslocam de maior concentração para menor concentração, sem gasto de energia – difusão simples, osmose, e facilitada
ATIVO Transporte de íons através da membrana celular. Requer o consumo de energia da célula para ocorrer porque se dá contra o gradiente de concentração dos íons. Energia obtida pela transferência de um grupo fosfato do ATP (Trifosfato de Adenosina). 
TRANSPORTE DE UM FLUIDO POR DIFUSÃO: É a tendência de um soluto se espalhar homogeneamente pelo solvente. É um processo que leva o sistema ao equilíbrio
FATORES QUE AFETAM A DIFUSÃO *Número de partículas, concentração, Volume da partícula, Forma das partículas, Temperatura. 
DIFUSÃO SIMPLES ATRAVÉS DE MEMBRANAS PERMEÁVEIS: processo associado ao movimento aleatório individual de cada molécula de uma substância (soluto) de uma região do meio onde estão mais concentradas, para outra onde estão menos concentradas 
DIFUSÃO SIMPLES Envolve a passagem tanto de solvente quanto de soluto através da membrana. É um processo passivo, sem consumo de energia interna ou externa ao sistema. 
Exemplo: Gás oxigênio (maior concentração no meio extra-celular). 
DIFUSÃO FACILITADA OU POR PERMEASES: proteínas atuam facilitando a passagem de moléculas que, por difusão simples, demorariam muito tempo para atravessar a membrana
DIFUSÃO FACILITADA Processo passivo, a favor do gradiente de concentração e sem gasto de energia pela célula. Esse processo é particularmente comum no movimento de glicose, aminoácidos e vitaminas em alguns tipos celulares, podendo ser reversível. 
MEMBRANA CELULAR OU PLASMÁTICA Isola a célula do meio exterior. Permite a entrada de nutrientes e a eliminação de substâncias residuais ou de secreção. caracteriza por apresentar certa elasticidade e permeabilidade seletiva. É formada de lipídios, glicídios e protídios.
ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA composta por duas camadas de fosfolipídios onde estão depositadas as proteínas, algumas periféricas e outras integradas.
PROCESSOS PASSIVOS DE TRANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS PELA MEMBRANA PLASMÁTICA Ocorrem para igualar a concentração dos meios intra e extra-celular. O movimento de substâncias não é interrompido quando as concentrações se igualam.
PERMEASE – proteína de membrana permeável à molécula
Proteína Canal – específica para determinada molécula. A proteína não sofre alteração em sua conformação e serve como um “canal” para a passagem da molécula.
Proteína Carreadora – a molécula específica se liga a sítios específicos da proteína a partir do meio de maior concentração. A seguir, a proteína sofre uma alteração de conformação e se abre para o meio de menor concentração, liberando ali a molécula. 
OSMOSE É a difusão de água através de uma membrana com permeabilidade seletiva (permite a passagem do solvente, mas não a do soluto). 
OSMOSE NA MEMBRANA PLASMÁTICA Transporte passivo de moléculas de água através da membrana plasmática com o objetivo de igualar as concentrações de solutos nos meios intra e extra-celular. O movimento de moléculas de água não para. Quando as concentrações se igualam, a mesma quantidade de moléculas atravessa a membrana nos dois sentidos. 
BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO Transporta constantemente, nas células excitáveis três íons de sódio para fora e dois íons potássio para dentro da célula, de um meio menos concentrado para um mais concentrado do mesmo íon.  Normalmente o Na+ está mais concentrado no líquido extracelular do que no interior da célula, ocorrendo o inverso com o potássio. 
BIOFÍSICA DAS MEMBRANAS • 1.Fluxos iônicos em membranas. • .Fundamentos de físico-química. • 3.Transporte passivo através de membranas • 4.Potenciais bioelétricos. 
FLUXOS IÔNICOS EM MEMBRANAS A membrana plasmática das células, consiste de uma bicamada fluídica de lipídios na qual se inserem proteínas em cada um dos seus lados (proteínas periféricas) ou a atravessam inteiramente (proteínas integrais) 
A única via para o transporte de íons são as proteínas. • A matriz lipídica, devido a sua baixa constante dielétrica em relação aos meios intra e extracelulares, não permite o transporte de íons através da sua estrutura. 
Transporte: carreadores ou bombas (ATPase) e canais iônicos. •Carreadores – Na-K nos músculos. Movimento ativo através da membrana. •Canais iônicos - canais de sódio, potássio, cálcio e cloreto envolvidos com a gênese da atividade elétrica nos tecidos excitáveis. 
Os canais e carregadores são vias passivas de transporte de íons ou seja , não requerem gasto de energia metabólica oriunda do ATP (trifosfato de adenosina) ou qualquer outro metabólito. 
Os canais iônicos são compostos de poucas moléculas de proteínas e algumas vezes por apenas uma única molécula. seletividade iônica podem selecionar os íons que os atravessam, permitindo que somente um tipo particular uma certa classe de íons o atravesse. 
FÍSICO-QUÍMICA. A matéria em seu estado natural é neutra e somente quando ela interage surge carganos corpos materiais. 
A carga elétrica é decorrente do desequilíbrio no número de prótons e neutros existente na matéria, uma corrente elétrica é dita fluir através da solução do pólo positivo para o pólo negativo. 
*A condutância elétrica é a medida da facilidade da corrente fluir entre dois pontos à diferentes potenciais elétricos. 
*A energia disponível nas membranas celulares para realizar transporte passivo advém do gradiente do potencial eletroquímico do íon transportado.
GRADIENTE DE POTENCIAL ELETROQUÍMICO • considere uma substância hidrossolúvel e não carregada colocada em água. Nesta condição, ocorre um fenômeno conhecido como difusão
Migração iônica: tem a mesma concentração em todos os pontos da solução, porém existe um campo elétrico que induz o componente a migrar.
A migração iônica através de uma membrana: depende da permeabilidade desta membrana. Esta também pode ocorrer por mecanismos eletroquímicos – ativa.
POTENCIAIS BIOELÉTRICOS
Equilíbrio: Todos os sistemas movem-se no sentido do equilíbrio, um estado onde o fluxo resultante de todas as forças atuantes no sistema é nulo. 
Poliônicos: Se uma membrana for permeável a vários íons e estiver banhada por soluções salinas de concentrações diferentes em cada um dos seus lados, a difusão dos íons devido aos seus gradientes de concentrações pode gerar uma d.d.p. através da membrana. 
Repouso celular:células apresentam uma diferença de potencial negativa e constante entre o seu interior e o seu exterior. Esta diferença de potencial, denominada de potencial de repouso celular.
O potencial de ação: Uma característica encontrada no sistema nervoso das diferentes espécies animais é a sua capacidade de conduzir informação com rapidez e eficiência. Estas alteração rápida do potencial transmembrana é denominado de potencial de ação 
Sinal elétrico é o agente responsável pelo disparo da atividade elétrica nos tecidos excitáveis. 
origem elétrica, hormonal, térmica, mecânica, eletromagnética, química e outros
TERMODINAMICA:Quando um móvel se desloca sobre uma superfície com atrito, há necessidade de um constante fornecimento de energia para manter o movimento, durante todo o movimento a velocidade permaneceu constante, logo, o trabalho realizado pela força não aumentou a energia do móvel, sendo então, dissipada.
O que aconteceu com a energia recebida pela realização do trabalho?
Transformou-se em energia térmica e com isso aqueceu o corpo
Sistema e Fronteira Conceito:Termodinâmica é a parte da física que estuda as relações recíprocas entre um trabalho realizado e a corresponde variação da energia térmica do sistema. Há a necessidade de se compreender alguns dos termos que serão utilizados: Sistema e Fronteira, Estado Termodinâmico, Trabalho, Energia, Calor 
Fronteira: A região isolada do espaço, cujas características devem ser estudas, sem qualquer influência externa 
Sistema: Já a superfície que separa o meio externo, quer seja real,ou imaginária
Os sistemas são classificados:
Sistema aberto: permite que hajam trocas com o meio externo de matéria e energia
Sistema Fechado: sistema troca apenas energia com o meio externo, a massa não é trocada.
Sistema Isolado: não há trocas, nem de energia, nem de massa, com o meio externo.
Estado termodinâmico: Corresponde às condições que caracterizam um sistema, em termos de:
Pressão, volume, temperatura, densidade. 
Transformações: Se uma das características de um sistema sofre uma variação, então diz-se que houve uma transformação 
Processo termodinâmico: ao modo pelo qual ocorreu a variação de uma das características de um estado.
Trabalho: Na termodinâmica, trabalha-se com gases, logo, são estes quem realizam trabalho.
Τ é o trabalho realizado/recebido: P é a pressão em que o gás se encontra: V é o aumento/redução do volume do gás 
Convenções: durante uma transformação do gás, seu volume pode aumentar ou diminuir, caracterizando o trabalho, caso aumente o volume o trabalho será positivo, caso diminua será negativo.
Trabalho realizado: ocorre quando o volume do gás aumenta, recebe sinal positivo
Trabalho recebido: quando o volume do gás diminui, recebe sinal negativo
Energia: Esta associada ao movimento das partículas do gás:
Quanto maior a temperatura absoluta, maior a velocidade e maior a energia das moléculas;
Quanto menor a temperatura absoluta, menor a velocidade e menor a energia das moléculas
A energia é uma função exclusiva da temperatura absoluta das moléculas do gás
Calor: É a energia em trânsito entre corpos que apresentam entre si uma diferença de temperatura, No momento em que as temperaturas se igualam, cessa a transferência de energia e os corpos atingiram o equilíbrio térmico.Pode ser medido por (jaule J ou caloria cal)
Temperatura: medida de energia contida num sistema. chama-se energia interna de um sistema. 
Condução: Processo de propagação do calor. Metais são bons condutores térmicos porque transmitem facilmente o calor.A madeira, o plástico, o vidro e a lã são maus condutores térmicos.
Condutividade térmica: facilidade que os materiaias têm para conduzir o calor.
Convecção: processo de propagação de calor característico dos gases e dos líquidos.
EX. O ar próximo do aquecedor aquece, 
Radiação: energia transportada por ondas electromagnéticas que não precisam de qualquer meio material para se propagarem. Ex: Sol a aquecer a Terra.
Um corpo que ebsorve bem é também um bom emissor de radiação
 A energia não pode ser criada, nem destruída, mas apenas convertida.
Elétrica-> cinética -> luminosa -> térmica \ nuclear -> elétrica\ luminosa -> química
Primeira lei da Termodinâmica: Trata do balanceamento energético entre as quantidades de energia interna e externa trocadas durante uma transformação, permanecendo constante durante todo o processo.
Definição: Toda vez que um sistema recebe uma quantidade de energia, parte dela será devolvida sob forma de um trabalho desenvolvido e outra parte o sistema assimilará para si.
Conceito:A quantidade de calor trocada com o meio corresponde à soma do trabalho realizado pelo gás com o aumento de sua energia térmica
Transferência de energia A energia não se cria nem se destrói; apenas se transfere.” Ou por outras palavras: A energia total do Universo não aumenta nem diminui; é sempre constante
Sistema – parte do Universo que se está a estudar.
Sistema aberto – troca energia e matéria com o exterior. Ex: Um géiser.
Sistema fechado – troca energia mas não troca matéria com o exterior Ex: botija de água quente.
Sistema isolado – não troca nem matéria nem energia com o exterior. Ex: um termo.
A energia pode ser transferida entre sistemas, desde que não sejam isolados, e pode ser transformada em todos os sitemas
Podemos classificar a energia que interactua no funcionamento de uma máquina de três maneiras: energia motora, energia útil e energia dissipada.
Energia motora: energia que é necessário fornecer à máquina para ela funcionar.
Energia útil: energia que se relaciona com o que desejamos obter da máquina
Energia dissipada: energia que também resulta da transformação de energia motora durante o funcionamento da máquina, mas que não serve para o propósito pretendido.
SISTEMA SENSORIAL BIOFÍSICA DA AUDIÇÃO:Som - propagação de energia mecânica em meio material, sob forma de movimento ondulatório •Propagação: •no ar - 340 m/s •na água - 1460 m/s •em meio sólido •Vácuo - nula •SENTIDO DA AUDIÇÃO - FINALIDADE •-Detectar predadores, presas e perigo •Comunicação acústica intra - específica 
Onda perturbação que se propaga no meio Comprimento de onda λ 
Amplitude Bel (intensidade) sons fortes e fracos 
Freqüência Hz (altura) sons agudos e graves
Homem 16 a 20.000 Hz Animais infrasons e ultrasons Ondas - freqüências abaixo de 20 Hz - infra-sônicas. Ondas - freqüências acima de 20000 Hz - ultra-sônicas
Ouvido externo Ouvido médio Ouvido interno
OUVIDO EXTERNO •Pavilhão auricular (Orelha) capta e canaliza as ondas para o meato auditivo e tímpano •Meato (canal)auditivo- serve como proteção e como amplificador de pressão 
OUVIDO MEDIO E INTERNO Função do ouvido médio - transmissão da vibração da membrana timpânica até a porta de entrada do ouvido interno (janela oval) 
• transmissão ocorre entre meios com propriedades distintas •Meio Aéreo (Ouvido externo) Meio Líquido (Ouvido interno) •Assim: •Ouvido médio atua como um transformador acústico 
AÇÃO DE ALAVANCA Vibração do estribo é amplificada por mais de 20 vezes
Transmissão mecânica do som – ouvido médio
Órgão de Corti formado por células ciliadas No homem adulto: Quatro fileiras de células ciliadas 1 interna 3 externas Estereocílios MEMBRANA TECTORIAL
Percepção da altura de um som (FREQUÊNCIA) 
Som Agudo •Som Grave •Cada freqüência sonora vibra em uma porção diferente da cóclea: • Sons de alta freqüência: células ciliares da BASE da cóclea são estimuladas encéfalo interpreta como SONS AGUDOS 
Sons de média freqüência: células ciliares da PORÇÃO MÉDIA da cóclea são estimuladas encéfalo interpreta como SONS DE ALTURA INTERMEDIÁRIA 
Sons de baixa freqüência: células ciliares do ÁPICE da cóclea são estimuladas encéfalo interpreta como SONS GRAVES 
Percepção da intensidade de um som (AMPLITUDE) Grau de intensidade do som - estimulação das células ciliares: Som Fraco - Células ciliares são pouco estimuladas 
Som Forte - Células ciliares são intensamente estimuladas
PERDA DE AUDIÇÃO: Presbicusia - envelhecimento natural do ouvido - Exposição prolongada em níveis superiores a 90 dB •Presbicusia é menos pronunciada em mulheres do que nos homens 
PERDA DE AUDIÇÃO •Otites: externa, média e interna (ácaros, bactérias, fungos) •Obstrução: exsudatos, restos celulares •Surdez mecânica e neurológica •Cães de pelos longos no meato e orelhas pendulares •Surdez congênita hereditária – ligada a genes responsáveis pela pigmentação •Cães e gatos – mais comum •Cães malhados de preto e branco, dourados (pele e pelagem) •Gatos brancos •Expressão do gene suprime melanócitos da estria vascular da cóclea, degeneração e morte das células pilosas 
ÓRGÃOS DE EQUILÍBRIO •Ouvido interno •Em ambos os sistemas: Células ciliadas detectam movimento •Sistema auditivo - ondas sonoras causam movimento do líquido da cóclea •Sistema vestibular deslocamento da cabeça causa movimento do líquido dos órgãos vestibulares 
Labirinto ou sistema vestibular Sentido do equilíbrio Estímulos – movimentos circular e rotatório
Os otólitos são mais densos que os tecidos e quando a cabeça se move ocorre deformação dos cílios na direção do movimento Encéfalo monitora continuamente a posição da cabeça no espaço
Rotação da cabeça provoca a movimentação relativa da endolinfa, movimentando a CÚPULA e mudando o Vm das células ciliadas Encéfalo analisa a posição exata da cabeça durante movimentos de rotação
Audição Auditiva (baixa freqüência) – elefantes 
Auditiva (alta freqüência) – cães Humanos - 16 a 20.000 hertz (ciclos/seg) Cães - 40 a 40.000 hz Elefantes e bovinos - até 16 hz Insetos – infrasons e ultrasons
Aves Anfíbios Peixes Répteis Ouvido geralmente pouco desenvolvido Não apresentam pavilhão auditivo com abertura externa do canal auditivo Sons são transmitidos por vibrações dos ossos do maxilar e do crânio
EM ANFÍBIOS... Machos - membrana timpânica possui tamanho superior ao diâmetro do globo ocular Fêmeas - tamanho corresponde àquele do globo ocular
A audição dos cães é bem superior à humana. Um cão consegue escutar um som 4 vezes mais longe que uma pessoa. Além disso, ele pode detectar a origem do som em apenas 6 centésimos de segundo, ou seja, 0,06 segundo. 
Audição em peixes Os ouvidos dos peixes são embutidos nos ossos do crânio, um em cada lado da cabeça. São constituídos por um sáculo, um utrículo e três canais semicirculares. Por causa de sua localização são denominados ouvidos internos
Ecolocação –morcegos •Andorinhão da Ásia e Austrália 
• Guácharos da América tropical -CAVERNAS