Biofísica - aula 06_11 _2018

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Física Térmica 
06/11/18 
1 
Energia biológica 
Metabolismo celular: conjunto de reações químicas 
executadas pelas células 
 
Taxa de metabolismo basal(TMB) a razão da energia 
consumida por unidade de tempo para a manutenção 
das atividades indispensáveis dos organismos vivos, 
quando estão em repouso. 
 
Razão de metabolismo basal (RMB): razão entre a TMB 
e a massa do organismo 
Biofísica 2 
Exemplo : molécula de adenosina trifosfato (ATP) 
 
 
 
 
 
Energia biológica 
ADP: adenosina difosfato 
Biofísica 3 
 
 
Quando a molécula de ATP perde um grupo 
fosfato é liberado uma energia de 7,7kcal/mol de 
ATP, formando-se uma molécula de ADP 
 
𝐴𝑇𝑃 → 𝐴𝐷𝑃 + ∆𝐸 
 
 
 
 
Energia biológica 
Biofísica 4 
-Respiração : a partir da quebra da molécula de 
glicose 
 
𝐶6𝐻12𝑂6 + 6𝑂2 → 6𝐻2𝑂 + 6𝐶𝑂2 
 
Neste processo, 38 moléculas de ADP são 
convertidas em 38 moléculas de ATP 
 
 
 
 
 
 
 
Energia biológica 
Biofísica 5 
 
 
A energia utilizada pelo corpo é obtida a partir de 
reações de moléculas com o oxigênio presente no 
ar 
- A medida do consumo de oxigênio fornece uma 
medida da variação da energia do corpo 
 
 
 
 
Energia biológica 
Biofísica 6 
Exemplo: Oxidação da glicose 
A oxidação da glicose (𝐶6𝐻12𝑂6) é indicada na reação 
abaixo 
 
𝐶6𝐻12𝑂6 + 6𝑂2 → 6𝐻2𝑂 + 6𝐶𝑂2 + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 
 
1 mol de glicose reage com 6 mols de oxigênio, 
liberando uma energia de 686kcal por mol de glicose 
 Obs:1𝑚𝑜𝑙 = 6,022 × 1023𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 
 
 
 
 
Energia biológica 
Biofísica 7 
Exemplo: Oxidação da glicose 
Em condições normais de pressão e temperatura, 
1mol de gás ocupa um volume de 22,4L 
 
Energia liberada por litro de oxigênio ( 𝐿𝑂2 ) 
consumido 
 
686
6 × 22,4
≅ 5,1𝑘𝑐𝑎𝑙/𝐿𝑂2 
 
 
 
 
 
 
 
 
Energia biológica 
Biofísica 8 
Exemplo: Oxidação da glicose 
Energia liberada por grama de glicose (𝐶6𝐻12𝑂6) 
consumida 
Massa de 1 mol de glicose= 180g 
 
686
180
≅
3,81𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑔
 de glicose 
 
 
Energia liberada por massa = valor calórico 
 
 
 
 
 
Energia biológica 
Biofísica 10 
Alguns valores típicos 
 
 
 
 
 
Energia biológica 
Substância Energia por litro 
de O2 (𝒌𝑐𝑎𝑙/𝐿𝑶𝟐) 
Valor calórico (𝒌𝒄𝒂𝒍/
𝒈) 
Proteínas 4,3 4,1 
Gordura 4,7 9,3 
Carboidratos 5,3 4,1 
Biofísica 11 
Fluidos 
06/11/18 
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Fluidos 
Fluido: matéria que pode escoar 
Líquido -> volume fixo (incompressível), forma 
variável (assume a forma do recipiente no qual 
está contido) 
Gás -> volume e forma variáveis ( assume a forma 
e o volume do recipiente no qual está contido) 
 
Biofísica 13 
Fluidos 
Densidade (ρ): razão entre a massa de uma 
substância e o volume ocupado por ela 
𝜌 =
𝑚
𝑉
 
 
Biofísica 14 
Fluidos 
Densidade de algumas substâncias 
 Substância ρ (𝒈/𝒄𝒎𝟑) ρ (𝐤𝒈/𝒎𝟑) 
Água do mar 1,03 1025 
Água pura a 4°C 1,00 1000 
Álcool etílico 0,81 806 
Ar a 10°C (nível do mar) 0,00125 1,25 
Ar a 20°C (nível do mar) 0,00121 1,21 
Ar a 30°C (nível do mar) 0,00116 1,16 
Biofísica 15 
Pressão 
Razão entre a força exercida e a área no qual a 
força é aplicada 
𝑃 =
𝐹
𝐴
 
 
𝐹 = 𝑓𝑜𝑟ç𝑎 𝑛𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛 − 𝑁 
𝐴 = á𝑟𝑒𝑎 − 𝑚2 
𝑃 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 ( 𝑝𝑎𝑠𝑐𝑎𝑙 − 𝑃𝑎) 
 
1𝑃𝑎 = 1
𝑁
𝑚2
 
Biofísica 16 
Pressão 
Outras unidades de medida comuns para 
pressão 
 
𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑎𝑡𝑚 
𝑚𝑖𝑙í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝐻𝑔 𝑚𝑚𝐻𝑔 
𝑡𝑜𝑟𝑟 𝑡𝑜𝑟𝑟 
 
1𝑎𝑡𝑚 = 760𝑚𝑚𝐻𝑔 = 1,01 × 105𝑃𝑎 
1𝑡𝑜𝑟𝑟 ≅ 1𝑚𝑚𝐻𝑔 = 1,33 × 102𝑃𝑎 
 
 
Biofísica 17 
Exemplos 
1)Considere que a área de contato de cada pé de uma 
pessoa com o chão seja igual a 80𝑐𝑚2. Se esta pessoa 
possui uma massa de 50kg, qual a pressão exercida 
sobre os dois pés desta pessoa? 
Dado: 1𝑐𝑚2 = 1 × 10−4𝑚2 ; força peso 𝐹 = 𝑚𝑔; 
𝑔 ≅ 10𝑚/𝑠2 
𝐹 = 𝑚𝑔 = 50 × 10 = 500𝑁 
 
𝐴 = 2 × 80𝑐𝑚2 = 160𝑐𝑚2 = 160 × 10−4𝑚2 
 
𝑃 =
𝐹
𝐴
=
500
160 × 10−4
= 3,125 × 104𝑃𝑎 
 
Biofísica 18 
Exemplos 
2)Um homem de 70kg , ao ficar em pé, possui uma 
área de contato com o chão de aproximadamente 
200𝑐𝑚2(ambos os pés). Qual a pressão exercida pelo 
homem sobre o chão? 
Dado: 1𝑐𝑚2 = 1 × 10−4𝑚2 ; força peso 𝐹 = 𝑚𝑔; 
𝑔 ≅ 10𝑚/𝑠2 
 
3)Uma bailarina de 48kg, ao ficar sobre a ponta de um 
único pé, possui uma área de contato com o chão de 
aproximadamente 20𝑐𝑚2. Qual a pressão exercida 
sobre a ponta do pé da bailarina? 
Dado: 1𝑐𝑚2 = 1 × 10−4𝑚2 ; força peso 𝐹 = 𝑚𝑔; 
𝑔 ≅ 10𝑚/𝑠2 
 
Exemplos 
2)Um homem de 70kg , ao ficar em pé, possui uma 
área de contato com o chão de aproximadamente 
200𝑐𝑚2(ambos os pés). Qual a pressão exercida pelo 
homem sobre o chão? 
Dado: 1𝑐𝑚2 = 1 × 10−4𝑚2 ; força peso 𝐹 = 𝑚𝑔; 
𝑔 ≅ 10𝑚/𝑠2 
𝐹 = 𝑚𝑔 = 70 × 10 = 700𝑁 
 
𝐴 = 200𝑐𝑚2 = 200 × 10−4𝑚2 
 
𝑃 =
𝐹
𝐴
=
700
200 × 10−4
= 3,5 × 104𝑃𝑎 
 
Exemplos 
3)Uma bailarina de 48kg, ao ficar sobre a ponta de um 
único pé, possui uma área de contato com o chão de 
aproximadamente 20𝑐𝑚2. Qual a pressão exercida 
sobre a ponta do pé da bailarina? 
Dado: 1𝑐𝑚2 = 1 × 10−4𝑚2 ; força peso 𝐹 = 𝑚𝑔; 
𝑔 ≅ 10𝑚/𝑠2 
𝐹 = 𝑚𝑔 = 48 × 10 = 480𝑁 
 
𝐴 = 20𝑐𝑚2 = 20 × 10−4𝑚2 
 
𝑃 =
𝐹
𝐴
=
480
20 × 10−4
= 24 × 104𝑃𝑎 
 
Exemplos 
4)A pressão média com que o coração bombeia o 
sangue para a aorta é de 100mmHg. Qual a força 
média exercida pelo coração sobre o sangue que está 
entrando na artéria, se a seção transversal da artéria 
for aproximadamente igual a 3𝑐𝑚2? 
Dado: 1𝑐𝑚2 = 1 × 10−4𝑚2 ; 760mmHg = 1,01 ×
105𝑃𝑎 
𝐴 = 3𝑐𝑚2 = 3 × 10−4𝑚2 
 
mmHg Pa 
760 1,01 × 105 
100 𝑃 𝑃 =
100×1,01×105
760
≅ 
≅ 0,13 × 105𝑃𝑎 
Exemplos 
4)A pressão média com que o coração bombeia o 
sangue para a aorta é de 100mmHg. Qual a força 
média exercida pelo coração sobre o sangue que 
está entrando na artéria, se a seção transversal da 
artéria for aproximadamente igual a 3𝑐𝑚2? 
Continuação da resolução 
𝑃 =
𝐹
𝐴
→ 𝐹 = 𝑃 × 𝐴 
 
𝐹 = 𝑃 × 𝐴 = 0,13 × 105 × 3 × 10−4 = 0,39 × 10
= 3,9𝑁