Biofísica

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Biofísica
1.0 História da Biofísica
Foi somente a partir do século XVIII, entretanto, com a difusão e a valorização do método científico, que a
Biofísica recebeu as maiores contribuições para sua consolidação como ciência.
Grandes nomes da Biofísica:
Luigi Galvani (1737 - 1798)
Nascido em Bolonha (Itália), em 1737, Luigi Galvani formou-se em Medicina, aos 22 anos, na Universidade
de Bolonha onde, posteriormente, dedicou-se aos estudos sobre a interação e os efeitos da eletricidade em
animais.
Acidentalmente, em 1786, Galvani deixou a parte inferior do corpo de uma rã dissecada, ainda com sangue e
outros fluidos, sobre a mesa do laboratório ao lado de um gerador eletrostático .Ao tocar os nervos da rã com
um bisturi, as pernas do animal rapidamente se contraíram. Galvani atribuiu a contração muscular ao estímu-
lo pelo gerador eletrostático, mas não ao uso do bisturi ou aos fluidos corporais.
Àquela época, relatos de espasmos musculares na presença de relâmpagos e eletricidade eram registrados,
mas pouco estudados. Acreditava-se que, na presença de eletricidade, um fluido elétrico diferente do fluido
corporal percorria o corpo do encéfalo, através da medula espinhal, até os músculos, provocando contrações.
Motivado pela sua observação Galvani decidiu testar a existência de um fluido elétrico realizando vários ex-
perimentos.
Um dos seus experimentos consistiu no seguinte:
• Utilizou a parte inferior do corpo da rã preso a alças metálicas compostas por zinco (Zn) e cobre (Cu);
• A alça de cobre presa ao músculo de uma das pernas;
• A alça de zinco presa ao nervo lombar;
• Com uma das mãos, Galvani sustentava a ponta de cada uma das alças, formando um carco metálico
• Ao fechar o arco, tocando as pontas das alças, ocorria a contração muscular nas rãs.
Galvani atribuiu o fenômeno a uma eletricidade natural da rã, e, equivocadamente, comprovou a existência
do fluido elétrico. A explicação para o equívoco de Galvani foi posteriormente apresentada por Alessandro
Volta.
Alessandro Volta (1745-1827)
Alessandro Volta, nascido em 18 de fevereiro de 1745, no Ducado de Milão, Itália, foi professor de física na
Escola Real e pesquisador com persistente dedicação à compreensão do fenômeno da eletricidade.
Segundo explicações de Volta, Galvani produziu uma corrente elétrica através dos átomos de cobre e zinco
das alças metálicas, sem a necessidade de usar um animal dissecado, pois a corrente elétrica forma-se quando
dois metais de naturezas distintas são colocados em contato ou usam um condutor, que, nesse caso, era o flui-
do corporal animal.
A corrente elétrica gerada apresentava carga elétrica oposta ao corpo animal, exercendo atração e provocan-
do contorções nos seus membros .Volta explicou que se fosse utilizado o mesmo metal, em vez de dois dife-
rentes, a contração não ocorreria.
O princípio da atração e repulsão de cargas afirma que cargas de mesmos sinais se repelem e cargas de sinais
opostos se atraem.Para demonstrar esse fenômeno, Volta fez uma analogia entre o fenômeno observado e o
funcionamento de uma pilha de metais.
Em 1800, Volta comprovou sua teoria construindo a primeira pilha elétrica formada por discos intercalados
de zinco, prata e papelão umedecido em salmoura, que seriam ligados a um fio condutor. Quando ligada ao
fio, a pilha elétrica gerava uma corrente elétrica.Uma pilha é um dispositivo que transforma energia química
contida nos átomos de metais em energia elétrica.
Julius Robert von Mayer (1814-1878)
Mayer nasceu em Heilbronn (Alemanha), em 1814, foi médico e físico formado pela University of Tübingen,
Alemanha.Em seus estudos, manifestou enorme interesse na compreensão dos fenômenos fisiológicos no
corpo humano e nas plantas, pelas leis da física.Nos primeiros anos de atuação como médico, Mayer traba-
lhou em viagens intercontinentais, muitas vezes realizando a sangria em seus pacientes europeus.
Em uma viagem para a ilha de Java, Mayer observou que a cor do sangue arterial e venoso apresentavam as-
pecto vermelho-vivo em clima tropical, ao contrário do que ocorria em clima frio, na Europa, em que a cor
do sangue arterial é vermelho-vivo e do sangue venoso vermelho-escuro.
Mayer, então, remeteu ao princípio defendido por Lavoisier, da Lei de Conservação das massas para explicar
esse fenômeno.
Segundo Lavoisier, o oxigênio em maior quantidade no sangue arterial é usado na queima de matéria orgâni-
ca para gerar calor, gás carbônico e outros produtos, que são levados pelo sangue venoso até os pulmões. Ho-
je em dia, esse fenômeno é chamado de respiração celular.
A presença de oxigênio no sangue arterial confere a cor vermelho-vivo ao sangue arterial enquanto que a cor
mais escura do sangue venoso se deve ao gás carbônico e aos produtos da queima da matéria orgânica.
Mayer defendeu a transformação da energia química contida no alimento em energia térmica na forma de ca-
lor e introduziu a ideia de diferentes formas de energia conversíveis: química, térmica, elétrica, mecânica,
gravitacional. O calor não é criado, nem o alimento destruído. São apenas diferentes formas de energia.
Desse modo, Mayer propôs que, assim como as massas, as energias são conservadas, mas se transformam.
Essa passou a ser conhecida como Lei de conservação da energia, a Primeira Lei da termodinâmica.
Herman von Helmholtz (1821 – 1894)
Helmoltz, médico e físico alemão, contribuiu para estabelecimento da Lei da conservação da energia, assim
como James Prescott Joule e Julius Robert Mayer, e criou a Teoria da Panspermia cósmica junto com Wil-
liam Thomson, segundo a qual as moléculas da vida provêm de materiais transportados do espaço.
Além de suas muitas contribuições para a ciência, Helmholtz deixou um dos seus maiores legados: a desco-
berta dos mecanismos físicos da percepção humana da audição e visão.
Obviamente, a existência de ondas eletromagnéticas e mecânicas, envolvidas na visão e audição, respeciva-
mente, já havia sido descoberta quando Helmoltz fez sua pesquisa.Helmoltz foi o primeiro a sugerir que o fe-
nômeno da audição partia da cóclea, órgão interno do ouvido, também chamado de caracol. Helmoholtz de-
fendia que a cóclea continha elementos com vibração ressonantes individuais, isto é, estruturas distribuídas
de forma organizada que eram específicos para cada frequência de onda do som, que o recebiam e o amplifi-
cavam para dentro do cérebro.
Posteriormente, Georg von Békésy, fisiologista húngaro-americano, comprovou que a vibração não era uma
ressonância de componentes mecânicos individuais, mas de regiões mecanicamente associadas.Para a com-
preensão do fenômeno da visão, Helmholtz e Thomas Young trabalharam de forma independente para desco-
brir a Teoria Tricromática da visão, atualmente chamada de Teoria Tricromática de Young-Helmholtz.
Em 1801, Thomas Young (1773-1829), físico e médico britânico, constatou que nossa retina seria composta
de células receptoras — os cones, que são sensíveis às ondas de luz nas cores vermelha, verde e violeta.Já
Helmholtz sugeriu que uma das células seria sensível à onda de luz azul, em vez de violeta, e que a combina-
ção das três cores primárias, vermelho (R); verde (G) e azul-violeta (B), ou RGB, forma toda a paleta de co-
res que somos capazes de ver. Assim foi constituída a Teoria Tricromática da visão.
Wilhelm Conrad Röentgen (1845 – 1923)
Wilhelm Conrad Röentgen, físico alemão nascido em Munique, em 1845, descobriu um tipo de radiação que
acreditava não ter relação com a luz, assim a chamou de radiação X, ou raios X, para designar o desconheci-
do.
Röentgen pesquisava o tubo de raios catódicos 1 e, na noite de 1895, ao ligar o tubo, observou que uma placa
de platinocianeto de bário situada na direção do tubo, brilhou no ato. Ao desligar o tubo o brilho desapare-
ceu. Ligou novamente e o brilho reapareceu.
A luminosidade persistiu mesmo quando Wilhelm Röentgen colocou um livro e uma folha de alumínio entre
o tubo e a placa. Constatou que uma radiação era emitida pelo tubo, atravessava barreiras, interagia com as
estruturase atingia o platinocianeto de bário 
No dia 22 de dezembro daquele ano, usou a mão de sua mulher, Bertha, como barreira, por 15 minutos e, do
outro lado da placa, usou uma chapa fotográfica. Revelada a chapa, nela podiam ser vistas as sombras dos os-
sos de Bertha, e esta é considerada a primeira radiografia da história 
Röentgen decidiu chamar os raios de "X" para designar o desconhecido sobre suas propriedades até então.
Assim, surgiu o aparelho de raios X que revolucionou a ciência da época.
Svante Arrhenius (1859 – 1927)
Svante Arrhenius, nascido em 19 de fevereiro de 1859, foi um químico sueco, que atuou em vários campos
da ciência.Propôs a Teoria da dissociação eletrolítica para explicar de que modo soluções aquosas poderiam
conduzir corrente elétrica, o que lhe rendeu um Prêmio Nobel, em 1903.
Segundo a Teoria de Arrhenius, as soluções aquosas podem apresentar-se de duas formas quanto à condução
de eletricidade: soluções iônica ou eletrolíticas e soluções moleculares ou não eletrolíticas.
Soluções eletrolíticas
As substâncias se dissociam em água até chegar a partículas menores, como os íons (átomos ou grupos de
átomos de elementos químicos com carga elétrica positiva – cátion, ou negativa — ânion) que fecham o cir-
cuito elétrico conduzindo a corrente elétrica.Exemplo: Sal de cozinha (NaCl) em água.
O cloreto de sódio (NaCl) dissolvido em água dissocia-se em íons Na+ e Cl-, tornando a solução condutora
de eletricidade.
Além dos sais, outros exemplos são os ácidos e bases fortes, principalmente, que liberam íons H+.
http://estacio.webaula.com.br/cursos/DIS029/aula1.html
http://estacio.webaula.com.br/cursos/DIS029/aula1.html
Soluções não eletrolíticas
Aquelas que não são condutoras, pois a dissociação das substâncias é interrompida até no nível de molécula
e não libera íons.Exemplos: Soluções de proteínas e carboidratos.
Além disso, Arrhenius demonstrou a dependência entre a velocidade das reações químicas em soluções gaso-
sas e a temperatura.Mais tarde, em 1896, Arrhenius calculou que a temperatura da Terra aumentaria 5ºC com
o dobro de gás carbônico (CO2) liberado na atmosfera. Arrhenius já observara a elevação da temperatura
global àquela época, e sugeriu que tal fenômeno ocorria por causa da emissão de CO2 para a atmosfera, em
decorrência das atividades humanas. Foi, portanto, o primeiro a reconhecer o CO2 como gás de efeito estufa.
Aproximadamente cem anos antes, Jean-Baptiste Fourier, matemático e físico francês, já havia sugerido a
contribuição da atmosfera na regulação da temperatura do planeta e, se não fosse a presença do CO2 na at-
mosfera, a Terra seria muito mais fria
Apenas em 1957, os pesquisadores Roger Revelle e Hans Suess apresentaram, em um artigo, evidências do
comportamento CO2 emitido pelas atividades antrópicas e demonstraram que os oceanos não poderiam ab-
sorver, como se pensava à época, todo o gás carbônico produzido
 Carlos Chagas Filho(1910 - 2000) 
Na história da ciência, o Brasil também foi berço de cientistas de notável renome, como Carlos Chagas Fi-
lho, filho de Carlos Justiniano Ribeiro Chagas.
Carlos Chagas Filho nasceu no Rio de Janeiro, em 12 de setembro de 1910, ingressou na Faculdade Nacional
de Medicina, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, em 1926, e se formou em 1931. Seis anos depois,
retornou por concurso à mesma Faculdade, como livre-docente na cátedra de Física biológica.
O cientista reportou que sua experiência em Manguinhos, entre sua formação e seu concurso, foi determinan-
te para compreender que a pesquisa é necessária, pois ensina.Àquela época, a Física já havia atingido a matu-
ridade de formulação das leis para explicar os fenômenos da natureza, o que incluía os processos da Química
e da Biologia.
Durante os anos de 1941 e 1942, o pesquisador foi supervisor do Serviço Especial de Grandes Endemias do
Instituto Oswaldo Cruz. Em 1945, criou o primeiro Instituto de Biofísica do Brasil na Universidade do Bra-
sil, atualmente Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho da Universidade Federal do Rio de Janeiro.
	Acidentalmente, em 1786, Galvani deixou a parte inferior do corpo de uma rã dissecada, ainda com sangue e outros fluidos, sobre a mesa do laboratório ao lado de um gerador eletrostático .Ao tocar os nervos da rã com um bisturi, as pernas do animal rapidamente se contraíram. Galvani atribuiu a contração muscular ao estímulo pelo gerador eletrostático, mas não ao uso do bisturi ou aos fluidos corporais.
	Àquela época, relatos de espasmos musculares na presença de relâmpagos e eletricidade eram registrados, mas pouco estudados. Acreditava-se que, na presença de eletricidade, um fluido elétrico diferente do fluido corporal percorria o corpo do encéfalo, através da medula espinhal, até os músculos, provocando contrações.