APOSTILA I DE BIOFISICA

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APOSTILA I DE BIOFISICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SANTOS, J. S. 
1. INTRODUÇÃO 
A biofísica busca enxergar o ser vivo com um corpo, que ocupando lugar no 
espaço, e transformando energia, existe num meio ambiente o qual interage com 
este ser. Aspectos elétricos, gravitacionais, magnéticos e mesmo nucleares 
estão na fundamentação de vários fenômenos biológicos, e, portanto, podem ser 
tratados pelos conhecimentos das ciências físicas. Seu principal intuito é 
entender os princípios Físicos e junto com outras ciências conseguir desenvolver 
equipamentos de medidas dos fenômenos biológicos. 
2. EQUILIBRIO HIDROELETROLITICO 
Organização da água: Um dipolo é a diferença de carga existente entre átomos 
separados por uma determinada distância. Na água, o dipolo se forma pela 
diferença de eletronegatividade dos átomos que formam a molécula de H2O. A 
estrutura da molécula de água é mais ou menos assim: 
 
Como o oxigênio é bastante eletronegativo, e o hidrogênio é pouco 
eletronegativo, ocorre uma diferença de cargas. O fato de os átomos de 
hidrogênio estarem localizados para um lado da molécula de o oxigênio para o 
outro forma o dipolo, pois assim há diferença de carga de átomos separados por 
uma certa distância. 
As moléculas de água nos três estados físicos: 
No estado SOLIDO, as moléculas de água: 
• Estão fortemente ligadas entre si; 
• Apresentam uma pequena liberdade de movimento, pois vibram em posições 
praticamente fixas. 
No estado LIQUIDO, as moléculas de água: 
• Não ficam tão próximas entre si como no estado sólido; 
• Movimentam-se mais intensamente, deslizando umas sobre as outras. 
 
No estado de GASOSO, as moléculas de água apresentam: 
• Grande distância umas das outras, se comparadas com essas mesmas 
moléculas nos estados sólidos e 
líquidos; 
• Movimento totalmente desordenado, chocando-se intensamente sobre si. 
 
Importância/características da água: 
Solvente universal; Poder de coesão e tensão superficial; Controle acidobásico; 
Controle de reações bioquímicas; Aquisição e eliminação de substâncias, 
Transporte de nutrientes, Termorregulação, auxilia na estrutura celular... 
Distribuição da água: 
A água do organismo está distribuída em dois grandes compartimentos: o 
intracelular e o extracelular. A água do interior das células (líquido ou 
compartimento intracelular) corresponde a cerca de 40% do total do peso do 
indivíduo, enquanto a água do líquido extracelular corresponde a 20%. O 
compartimento extracelular corresponde à água do plasma sanguíneo (4%) e à 
água do líquido intersticial (16%). 
3. ELETROLITOS 
São todas as substâncias que dissociadas ou ionizadas originam íons positivos 
(cátions) e íons negativos (ânions) pela adição de um solvente ou aquecimento. 
Desta forma torna-se um condutor de eletricidade. 
No organismo animal, os principais eletrólitos são: • Sódio (Na+) • Potássio (K+) 
• Cloreto (Cl-) • Cálcio (Ca2+) • Magnésio (Mg2+) • Bicarbonato (HCO3-) • 
Fosfato (PO42-) • Sulfato (SO42-). 
Os eletrólitos encontram-se dissolvidos nos três principais compartimentos de 
água corpórea: o líquido no interior das células (intracelular), o líquido no espaço 
que circunda as células (extracelular) e o sangue (na realidade, os eletrólitos 
solubilizam-se no soro - parte líquida do sangue). O sódio, o potássio e o cloro 
são componentes essenciais de fluidos corporais, como sangue e urina e, 
ajudam a regular a distribuição de água ao longo do organismo além de 
desempenhar um papel importante no equilíbrio ácido básico. 
Mudanças nos organismos causados pelo desequilíbrio dos eletrólitos: 
• Desidratação: É a perda de solvente sem perda de soluto. Ocorrência:-
Evaporação cutânea (perspiração insensível) – perda de água pela pele 
e respiração; Diabete insípido –pequena perda de soluto; Insolação; 
Diarreia. 
• Perda de eletrólitos: Quando existe um desequilíbrio entre eles, as 
funções eletroquímicas do organismo começam a parar de funcionar. 
• Hiper-hidratação: ocorre quando a ingestão de água é maior que sua 
eliminação. Este excesso de água provoca uma diluição excessiva do 
sódio presente na corrente sanguínea. Ex: intoxicação aquosa, casos de 
cirurgia/anestesia extensa, hormônios antidiuréticos; pode ter sintomas 
como vômitos, ficar confuso. pode ser sinal de diabetes, infecção na 
bexiga... 
 
Interações intermoleculares: Ligações de hidrogênio entre as moléculas de água. 
Pode-se observar que o hidrogênio (carga positiva) atrai o oxigênio (carga 
negativa) das moléculas de água vizinhas. Assim, ocorre a ligação de hidrogênio, 
onde cada molécula de água fica circundada por outras quatro moléculas de 
água. 
Este tipo de força intermolecular é responsável por alguns fenômenos 
interessantes como a tensão superficial da água, que permite que alguns insetos 
andem sobre ela. 
 
4.1 PROPRIEDADES MACROSCOPICAS DA ÁGUA 
Densidade: É a quantidade de massa por unidade de volume é 
definida. 
Calor Especifico 
É a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 g de água 
em 1°C; Proteção contra mudanças bruscas de temperatura. 
 
Calor de vaporização 
É a quantidade de energia necessária para alterar um grama de uma substância 
no estado líquido para gasoso a uma temperatura constante. Vantagens: 
Desidratação reduzida (energia); Controle da temperatura do corpo; Eliminação 
pela sudorese. 
 
Tensão Superficial 
É um fenômeno que ocorre em todos os líquidos, ela se caracteriza pela 
formação de uma espécie de membrana elástica em suas extremidades. A água, 
por sua vez tem a maior Tensão Superficial dentre os outros líquidos. 
A tensão superficial da água é resultado das ligações de hidrogênio, ou seja, é 
resultado de forças intermoleculares causadas pela atração dos hidrogênios de 
determinadas moléculas de água com os oxigênios das moléculas de água 
vizinhas. *Força de atração na superfície é maior do que abaixo da superfície. 
 
Viscosidade 
Resistência de um fluido em deslocar-se. 
 
4.2 PROPRIEDADES MICROSCOPICAS DA ÁGUA 
Substancia Iônica: Capaz de conduzir corrente elétrica. 
 
Substancia covalente: são aquelas que se formam quando átomos se ligam por 
meio de ligações covalentes. Ponte de hidrogênio 
 
Substancia Anfipática: Possui parte hidrofílica e parte hidrofóbica. Em meio 
aquoso se orientam com a parte covalente para dentro e a parte polar para fora. 
 
 
5. TRANSPORTE ATRAVES DA MEMBRANA 
Membrana Celular: É a membrana que isola do meio exterior: a membrana 
plasmática. Seus componentes mais abundantes são fosfolipídios, colesterol e 
proteínas. É por isso que se costumam dizer que as membranas plasmáticas 
têm constituição lipoprotéica. 
 
Permeabilidade Seletiva: A membrana plasmática é formada por uma bicamada 
lipídica, tendo como principal componente moléculas de fosfolipídios, essa 
composição faz com que a membrana sirva de barreira para a entrada e saída 
de substâncias, as moléculas lipossolúveis passam facilmente, já as moléculas 
hidrossolúveis não. 
 
Transporte Ativo 
Neste processo, as substâncias são transportadas com gasto de energia, 
podendo ocorrer do local de menor para o de maior concentração (contra o 
gradiente de concentração). É realizado por proteínas carreadoras e utiliza 
energia sob a forma de ATP para realizar o transporte de íons e outras 
substâncias através da membrana plasmática. 
TA 1°: O transporte ativo pode ser classificado em primário quando a proteína 
transportadora utiliza energia a partir de uma reação química exotérmica. Nele o 
fornecimento de energia vem da hidrólise do ATP através de ATPases 
específicas. 
*É importante salientar, que a energia necessária a esta mudança é proveniente 
da quebra da molécula de ATP (adenosina trifosfato) em ADP (adenosina 
difosfato) e fosfato. 
• BOMBA DE SODIO E POTASSIO: A concentração de sódio é maior fora 
da célula (meio extracelular) enquanto a de potássio é maiordentro da 
célula (meio intracelular) e a manutenção dessas concentrações é 
realizada pelas proteínas que capturam os íons sódio (Na+) no citoplasma 
e bombeia-os para fora das células. Fora da célula, as proteínas capturam 
os íons potássio (K+) e os bombeiam para dentro da célula. 
 
 
• TA 2°: também precisa desta energia, no entanto ela é obtida através de 
um transporte primário que está ocorrendo paralelamente a este. Quando 
há o transporte dos íons sódio para fora da célula por meio de transporte 
primário, forma-se, na maioria das vezes, um gradiente de concentração 
de sódio muito intenso. Esse gradiente representa um reservatório de 
energia, já que o excesso de sódio no exterior da célula, tende sempre a 
se difundir para o interior. Em condições adequadas, essa energia de 
difusão do sódio pode puxar outras substâncias junto com o sódio, através 
da membrana. Esse fenômeno recebe o nome de co-transporte; é uma das 
formas de transporte ativo secundário. 
 
Transporte Passivo 
Ocorre sempre a favor do gradiente, no sentido de igualar as 
concentrações nas duas faces da membrana. Não envolve gasto de 
energia. 
 
• DIFUSÃO SIMPLES: Consiste na passagem das moléculas do soluto, do 
local de maior para o local de menor concentração, até estabelecer um 
equilíbrio. É um processo lento, exceto quando o gradiente de 
concentração for muito elevado ou as distâncias percorridas forem curtas. 
A passagem de substâncias, através da membrana, se dá em resposta ao 
gradiente de concentração. 
 
• DIFUSÃO FACILITADA: Íons e moléculas maiores e que não são 
lipossolúveis, como as de glicose, não conseguem atravessar a membrana 
espontaneamente, ou fazem esse movimento com velocidade muito baixa, 
em razão de tais propriedades (permeabilidade seletiva). Diante dessas 
condições, se ligam a proteínas de membrana (permeasses) para 
cumprirem este papel. 
 
 
• Solução em relação a hemácia – Osm 0,3 = ISOTONICA; Osm 0,6 = 
HIPERTONICA; Osm 0,1 = HIPOTONICA. 
 
6. EQUILIBRIO ACIDO – BASICO 
É a regulação da concentração do íon-hidrogênio nos líquidos corporais. A [H+] 
nas células e líquidos biológicos influencia a velocidade das reações químicas, 
a forma e função das enzimas assim como de outras proteínas celulares e a 
integridade das células. O H+ de uma solução é quantificada em unidade de Ph. 
Homeostasia: equilíbrio entre a entrada ou produção de íons hidrogênio e a livre 
remoção desses íons do organismo. 
A água funciona tanto como ácido como base: H2O + H2O → OH+ + H3O+ 
Se ocorrer o aumento de H+, aumentando sua concentração na solução, vai 
haver uma diminuição do ph e consequentemente o meio ficara mais ácido – 
ocorrera uma ACIDOSE. 
Do mesmo modo se ocorrer o aumento do OH-, aumentando sua concentração 
na solução, vai haver um aumento do ph e consequentemente o meio ficar mais 
básico – ocorrera uma ALCALOSE. 
No ph sanguíneo: oxidação da glicose: libera H+; quebra de aminoácidos nos 
músculos: libera NH4 OU SO4- → Aumentando o ph. 
OBS: A alteração do ph é prejudicial porque as enzimas corporais 
(proteínas) são sensíveis a variação de temperatura e ph, e assim perdem 
sua conformação e consequentemente sua função. 
Sistemas de Tampões: Tampão » qualquer substância que pode, 
reversivelmente, se ligar aos íons hidrogênio. Um tampão resiste às variações 
no pH porque ele contém tanto espécies ácidas para neutralizar os íons OH- 
quanto espécies básicas para neutralizar os íons H+. 
 
 
Regulação Renal: O Controle Renal Do Ph Sanguíneo Se Dá: 
1. reabsorção do bicarbonato 
 2. excreção de ácidos – na forma de íons h+, na forma de h2po4, na forma de 
amônia. 
acidose metabólica: surge quando existe um excesso de h + não derivado do 
co2; •quando há perda de hco3- para o meio externo (perda urinária ou 
gastrintestinal). 
 
ALCALOSE METABOLICA: Surge quando há um aumento da reabsorção renal 
de base; Quando há perda de H+ para o meio externo. 
 
7. PROPRIEDADES COLIGATIVAS 
Osmose: É a passagem de um solvente, através da membrana semipermeável, 
do meio menos concentrado (Hipotônico) para o meio mais concentrado 
(Hipertônico) afim de igualar as concentrações (Isotônicos). *O meio menos 
concentrado aumenta a concentração e o meio mais concentrado diminui. Ex: 
Quando um animal apresenta alguma enfermidade que envolva a perda de água 
em excesso (por exemplo, vômito, diarreia) esse equilíbrio desaparece e 
acontece o que conhecemos por desidratação; O tratamento da desidratação 
envolve a reposição de fluidos, conhecida como fluidoterapia. 
 
 
 
Osmolaridade: Concentração de partículas osmoticamente ativas em uma 
solução. Necessária para a pressão osmótica. 
Pressão osmótica: É a pressão aplicada na membrana afim de impedir que 
ocorra a osmose (impedir que o solvente atravesse). *FORÇA CONTRARIA A 
OSMOSE! Ex: O soro fisiológico deve ser isotônico em relação ao sangue, ou 
seja, ambos devem possuir a mesma pressão osmótica, Isso permite que as 
moléculas de água entrem e saiam dos glóbulos vermelhos com a mesma 
facilidade, garantindo seu funcionamento normal. 
 
OBS: Se aumentarmos muito a pressão osmótica, o solvente se desloca no 
sentido da solução mais concentrada para a menos concentrada, isolando-se 
assim, o soluto. Chama-se OSMOSE REVERSA. Ex: separar o sal da agua do 
mar. 
 
8. TERMODINAMICA 
TERMO (calor) DINAMICA (força/movimento), ciência que trata das formas de 
energia (transformação de energia). 
Propriedades: Pressão, volume, temperatura, composição química e massa.) 
Bioenergética – Mesmo estudo acima, só que realizado nos seres vivos. 
Metabolismo: O metabolismo refere-se ao conjunto de reações bioquímicas que 
controla a síntese e a degradação de substâncias no nosso organismo. 1 – Obter 
energia, 2 – converter as moléculas de nutrientes para moléculas com 
características de cada célula, 3 – formar macromolecular (polissacarídeos), 4 – 
Sintetizar e Degradar. 
1° Lei da termodinâmica - conservação da energia. Isso quer dizer que a energia 
em um sistema não pode ser destruída nem criada, somente transformada. 
2° Lei da termodinâmica – Energia, espontaneamente, sempre se desloca de 
níveis mais altos para níveis mais baixos. 
OBS: De acordo com as duas leis, todo sistema que realiza um trabalho tem sua 
energia diminuída. Ex: Seres vivos envelhecem e morrem. 
Entalpia (H)- J/mol ou Cal/mol: É a quantidade de energia que se encontra nas 
substâncias e que pode ser alterada mediante reações químicas; Refere-se ao 
número e ao tipo de ligações entre os átomos de uma molécula, de forma que, 
quanto mais ligações tiver a molécula e quanto maior for a energia dessas 
ligações, maior é a ENTALPIA do sistema. 
Reações endotérmica – o sistema ganha calor (ΔH > 0) 
Reações exotérmicas – o sistema perde calor (ΔH < 0) 
ΔH = Hp – Hr 
ΔH = variação de entalpia 
Hp = entalpia do produto 
Hr = entalpia do reagente 
 
Entropia (S) – J/mol.K ou Cal/mol.K: É uma grandeza associada ao grau de 
desordem de um sistema, A “desordem” não deve ser compreendida como 
“bagunça” e sim como a forma de organização das moléculas no sistema. 
As mudanças de ENTROPIA em um sistema ou em uma reação química podem 
ser medidas a partir da variação da energia livre, segundo a equação de energia 
livre de Gibbs: 
∆G = ∆H - T∆S 
∆G – variação da energia livre do sistema (J/mol) 
∆H – variação da ENTALPIA dos sistema (J/mol) 
T – Temperatura na qual é realizado o processo(K:0 ̊C =273 ̊K) 
∆S – variação de ENTROPIA do sistema (J/ K̊) 
OBS: Quando não houver temperatura usar a temperatura universal 25C°. 
 
 
Valor de ΔG Natureza da reação Sentido da reação 
 
ΔG < 0 Exergônico Espontânea 
ΔG > 0 Endergônico Não espontâneo 
ΔG = 0 Equilíbrio ▬ 
 
 ΔG’° (padrão bioquímico) - energia livre padrão, em condições prefixadas e 
numa concentração específica (1 M, pH 7 e T 25°C).Keq: constante de equilíbrio, ou seja, o momento de um a reação no qual 
mudanças químicas não m ai s acontecem de forma efetiva, Nessa condição 
a razão entre os reagentes é constante. 
Keq = [C] x [D] 
[A] x [B] 
Quando o sistema não se encontra em equilíbrio, os reagentes buscam o 
equilíbrio através de um a força impulsora, essa força é a variação padrão 
de energia livre ∆G°. Levando em consideração a constante de equilíbrio 
dos reagentes, Assim, ΔG’° e Keq relacionam-se entre si da seguinte maneira: 
ΔG’° = - 2,303.R.T.log Keq 
ATP: o ATP serve para favorecer reações químicas que não aconteceriam 
normalmente ou para acelerar reações que ocorreriam lentamente, sobretudo a 
função do ATP é estabelecer uma conexão ou acoplar reações exergônicas 
a reações endergônicas. O ATP sofre uma reação de hidrólise (qualquer reação 
química que envolva a quebra de uma molécula por ação da molécula de água). 
 
Ex: 
Glicose + Pi → Glicose-6-Pi + H2O ΔG’° = + 13,8 kJmol-1 
ATP + H2O ↔ ADP + Pi ΔG’° = - 30,5 kJmol-1 
Glicose + ATP → Glicose-6-Pi + ADP ΔG’° = - 16,7 kJmol- 
A fosforilação da glicose necessita de ∆G°´ = +13,8 k J mol-1. Essa reação 
é, portanto termodinamicamente desfavorável, contudo, por m ei o da hidrólise 
do ATP a reação se processa já que a hidrólise do ATP libera -30, 5 kJ mol-1. 
9. EQUILÍBRIO ÁCIDO – BASE 
A regulação dos líquidos do organismo compreende a manutenção de 
concentrações adequadas de água e eletrólitos e a preservação da 
concentração de íons hidrogênio dentro de uma faixa estreita, adequada ao 
melhor funcionamento celular. 
A manutenção da quantidade ideal de íons hidrogênio nos líquidos intracelular e 
extracelular depende de um delicado equilíbrio químico entre os ácidos e as 
bases existentes no organismo, denominado equilíbrio ácido-base. 
Quando a concentração dos íons hidrogênio se eleva (acidose) ou se reduz 
(alcalose), alteram-se a permeabilidade das membranas e as funções 
enzimáticas celulares; em consequência, deterioram-se as funções de diversos 
órgãos e sistemas. 
 [H+] – influencia: 
a velocidade das reações químicas, a forma e função das enzimas e de proteínas 
celulares e a integridade das células 
Acidez e Ph: 
A acidez de uma solução pode ser expressa pela molaridade ou outra unidade 
de concentração. 
pH = - log [H+] 
o pH está relacionado com a [H+], portanto, um pH baixo corresponde uma 
acidose [H+] ↑ e um pH alto a uma alcalose [H+] ↓. 
Ácidos e bases fortes – são considerados fortes quando em soluções aquosas 
diluídas ionizam-se completamente. 
HCl → H+ + Cl- NaOH → OH- + Na+ 
pH = - log [H+] pOH = - log [OH-] 
 
Força do ácido e da base 
Expressa em pH – quanto menor o pH da solução ↑ a força do ácido; 
Obs1: Quanto maior o Ka mais ionizado (mais forte) será o eletrólito. 
Obs 2: Quanto menor o valor de Ka, maior será o valor correspondente de pK. 
pKa = - log Ka 
 
Calculo do ph e poh: 
Exemplo agua - [H+] = [OH-] = 1 . 10-7 mol/L 
pH = - log [H+] pOH = - log [OH-] 
pH = - log [10-7] pOH = - log [10-7-] 
pH = - log [10-7] pOH = - log [10-7] 
pH = - (-7) pOH = - (-7) 
pH = 7 pOH = 7 
 
Sistemas tampões: 
Tampão » qualquer substância que pode, reversivelmente, se ligar aos íons 
hidrogênio. 
Um tampão é uma mistura de um ácido fraco e do seu sal, capaz de captar e 
libertar H+. 
Evita alterações na concentração de H+ e consequentemente alterações de pH, 
quando adicionadas pequenas quantidades de ácidos ou bases fortes. 
Poder tamponante de um sistema tampão pode ser definido pela quantidade de 
ácido forte que é necessário adicionar para fazer variar o pH de uma unidade. 
Todo o sistema ou processo que dependa do pH, está associado a um TAMPÃO: 
Ex.: 
• sistemas biológicos – sangue, sistemas enzimáticos; 
• reações químicas – reações de precipitação, reações eletródicas; 
• biotecnologia – lavagem de células, quebrar o DNA, eletroforese. 
O pH de uma solução tampão pode ser calculado pela Equação de Henderson-
Hasselbalch: 
pH = pKa + log [sal] / [ácido 
Tampões biológicos 
Alguns dos principais tampões encontrados em animais superiores acham-se 
associados ao sistema sanguíneo e ao sistema renal. 
Tampão Bicarbonato: O íon bicarbonato é o principal responsável pelo 
tamponamento do sangue humano e é geralmente encontrado nos fluidos 
corporais na forma de bicarbonato de sódio. O bicarbonato mantém o pH do 
sangue numa faixa segura compreendida entre 7,35 e 7,45, restringindo às 
variações de pH para cima ou para baixo desses valores. 
O mais importante sistema tampão do organismo é o sistema tampão ácido 
carbônico/bicarbonato, pois atua diretamente na regulação do pH, portanto, os 
sistemas tampões têm como função preservar o pH sanguíneo em ótimo e os 
demais líquidos orgânicos. 
Quando um ácido é adicionado ao sangue, o bicarbonato do tampão 
prontamente reage a ele; a reação produz um sal, formado com o sódio do 
bicarbonato e o ácido carbônico. Essa reação diminui a quantidade de bases e 
altera a relação entre o bicarbonato e o ácido carbônico. 
Quando uma base invade o organismo, o ácido carbônico prontamente reage a 
ela, produzindo bicarbonato e água. O ácido carbônico diminui. Os rins 
aumentam a eliminação de bicarbonato ao invés do íon hidrogênio, reduzindo a 
quantidade de bicarbonato no organismo, para preservar a relação do sistema 
tampão. 
OBS: A enzima anidrase carbônica vai fazer, dependendo da quantidade de a 
ácido carbônico, dióxido de carbono e agua, ira fazer o deslocamento da reação. 
Muito ácido carbônico (ter mais ácido) a anidrase vai quebrar em CO2 e H2O; 
se a quantidade de ácido carbônico cair demais (ter mais base) a anidrase vai 
pegar o CO2 e H2O e transformar em acido carbônico. 
Controle Renal Do Equilíbrio Ácido-Básico 
Um mecanismo mais duradouro é realizado pelos rins, através da reabsorção de 
quase todo o bicarbonato filtrado e recuperação do HCO3 que foi consumido no 
processo de tamponamento de ácidos fixos. Este último processo é obtido 
através da excreção de uma quantidade equivalente de H+ na urina. Para cada 
molécula de bicarbonato consumida, o rim reabsorve ou regenera uma nova 
molécula de bicarbonato. A urina torna-se ácida pela reabsorção das 
substâncias alcalinas ou pela adição de ácido ao fluido tubular. 
Reabsorção Tubular do Bicarbonato Filtrado: 
Como o sódio e outros solutos, o bicarbonato é filtrado livremente pelo glomérulo. 
Em adultos, cerca de 4.500 mEq de bicarbonato são filtrados por dia. Se 
houvesse perdas de bicarbonato, mesmo que pequenas em relação ao total, os 
estoques seriam rapidamente esgotados. Isto é evitado pela existência de uma 
grande avidez tubular pela reabsorção de bicarbonato, que ultrapassa 99,9% do 
bicarbonato filtrado, ou seja, apenas 2 mEq de bicarbonato são excretados por 
dia. 
Recuperação do Bicarbonato: 
Quando o bicarbonato é ativado pelo sistema bicarbonato, presente na luz 
tubular, se junta ao hidrogênio formando ácido carbônico que se dissocia 
formando CO2 e H2O. A agua é eliminada pelos rins enquanto o CO2 se difunde 
para as células renais e logo se junta com outra molécula de agua formando o 
ácido carbônico e hidrogênio. O bicarbonato formado vai para os capilares por 
meio de transporte ativo secundário, enquanto o hidrogênio vai para a luz tubular 
para se juntar com uma molécula de bicarbonato e ser recuperado. 
 
Regeneração do Bicarbonato: 
Quando há um aumento na quantidade de CO2 nos capilares peritubulares, 
ocorre a difusão do CO2 para as células, dentro delas o CO2 se juntara com uma 
molécula de agua formando o ácido carbônico;esta ira se dissociar formando 
bicarbonato e hidrogênio. O bicarbonato será levado pelos capilares por meio do 
transporte ativo secundário para a atuação no organismo, enquanto o hidrogênio 
vai para a luz tubular. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tampão Proteína: As proteínas estão entre os tampões mais abundantes no 
corpo devido às suas concentrações elevadas, especialmente no interior das 
células. 
Nas hemácias a hemoglobina é um tampão importante. Aproximadamente 60 a 
70% do tamponamento químico total dos líquidos corporais se dá no interior das 
células e grande parte resulta das proteínas intracelulares. 
Entretanto, exceto no caso das hemácias, a lentidão com que o H+ e o HCO3 - 
se movem através das membranas celulares muitas vezes retarda por muitas 
horas a capacidade máxima de as proteínas tamponarem anormalidades 
acidobásicas extracelulares. 
Além das concentrações elevadas de proteínas nas células, um outro fator que 
contribui para seu poder de tamponamento é o fato de os PHs de muitos desses 
sistemas de proteínas serem bem próximos de 7,4. 
O tampão proteína vai depender da proteína (obvio) e vai atuar no sangue 
(hemoglobina) e lá ele vai consumir quantidades de ácidos e bases pra 
manter o pH neutro. 
Tampão Fosfato: O sistema tampão fosfato, formado pelo fosfato de sódio e 
ácido fosfórico é eficaz no plasma, no líquido intracelular e nos túbulos renais 
onde se concentra em grande quantidade. 
Apesar de o sistema tampão operar em uma faixa boa da curva tampão, sua 
concentração no líquido extracelular é 12 vezes menos do que o do tampão 
bicarbonato. Por isso, sua capacidade de tamponamento total no líquido 
extracelular é bem menor que a do sistema bicarbonato. 
Por outro lado, o tampão fosfato é especialmente importante nos líquidos 
tubulares dos rins, por duas razões: 
1° o fosfato fica geralmente muito concentrado nos túbulos, aumentando a 
capacidade de tamponamento do sistema fosfato. 
2° o líquido tubular geralmente é mais ácido do que o líquido extracelular, 
trazendo a faixa de operação do tampão mais próximo ao pK (constante de 
acidez) do sistema. 
O tampão fosfato também é muito importante nos líquidos intracelulares, visto 
que a concentração de fosfato nesses líquidos é muitas vezes maior que a dos 
líquidos extracelulares e, também, pelo fato de o pH do líquido intracelular estar 
geralmente mais próximo ao pK do sistema tampão fosfato do que o pH do 
líquido extracelular. 
Distúrbios do pH sanguíneo: A homeostasia ácido-básico normal e fisiológica 
resulta do empenho coordenado desses dois órgãos – pulmões e rins – e as 
alterações no equilíbrio ácido-básico ocorrem quando um ou ambos os 
mecanismos de controle estão prejudicados, alterando assim [HCO3¯] ou a 
PCO2 do líquido extracelular. 
 Quando as alterações no equilíbrio ácido-básico resultam de uma mudança na 
[HCO3¯] (primária) no líquido extracelular são chamadas de alterações 
metabólicas ácido-básico. 
 
Acidose metabólica: 
Se deve à adição de ácido ou perda de base (bicarbonato) pelo filtração 
diminuída de HCO3 = ↓ ph. Causas: cetose, diabetes, acidose láctica ruminal; 
diarreia. 
↓ bicarbonato por reação com ácido adicionado ou perda direta = acidemia 
↑PCO2 por reação da base com o bicarbonato + queda do pH: • Leva à aumento 
da ventilação alveolar (compensação); 
PCO2 não se altera pela reação com o tampão; PCO2 diminuirá como resultado 
da compensação respiratória da queda de pH persistente. 
Compensação pela queda da PCO2 traz relação entre base e ácido de volta ao 
normal; Hipobasemia persistirá até que haja correção renal. 
Acidose respiratória: 
Diminuição da ventilação alveolar = ↑PCO2 
Causas: depressão de centros respiratórios no SNC; impedimento aos 
movimentos respiratórios. ↓pH. 
Ação renal: Excreção de íons H+; Reabsorção de bicarbonato; Compensação 
pode resultar em retorno ao pH normal ou acidemia relativa; Correção completa 
só é possível com recuperação pulmonar. 
Alcalose metabólica: 
Se deve à adição de base ou perda de ácido pelo FEC = ↑pH 
Causas: vômito persistente, deslocamento de abomaso, deficiência de potássio; 
adição de lactato, citrato ou bicarbonato ao FEC 
↑ bicarbonato = alcalemia 
Aumento no pH: Ocorre diminuição da ventilação alveolar; Leva a ↑PCO2 = ↑ 
produção de H2CO3; Restabelece relação base/ácido; Hiperbasemia persiste → 
ação renal. 
Alcalose Respiratória: 
Hiperventilação alveolar = ↓PCO2 
Causas: estímulo anormal de centros respiratórios; ação reflexa da hipoxemia 
sobre receptores periféricos, ↑pH. 
Ação renal: ↓ da secreção de H+, ↑ da excreção do bicarbonato, Compensação 
pode trazer pH de volta ao normal, Correção final da alteração da PCO2 = 
recuperação da causa da hiperventilação. 
Acidose e alcalose são estados anormais resultantes de excesso de ácidos ou 
de bases no sangue. O pH normal do sangue deve ser mantido dentro de uma 
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faixa estreita (7,35-7,45) para o funcionamento adequado dos processos 
metabólicos e para a liberação de quantidades corretas de oxigênio nos tecidos. 
Acidose é um excesso de ácido no sangue, com pH abaixo de 7,35, e alcalose 
é um excesso de base no sangue, com pH acima de 7,45. Muitos distúrbios e 
doenças podem interferir no controle do pH do sangue, causando acidose ou 
alcalose. 
O metabolismo gera grandes quantidades de ácidos que precisam ser 
neutralizados ou eliminados para manter o equilíbrio ácido-base. A maior parte 
é constituída por ácido carbônico, formado pela reação entre dióxido de carbono 
(CO2) e água. São produzidos também, em menor quantidade, ácido lático, 
cetoácidos e outros ácidos orgânicos. 
Pulmões e rins são os principais órgãos envolvidos na regulação do pH do 
sangue. Os pulmões retiram ácido do corpo eliminando CO2. Variações da 
frequência respiratória mudam a quantidade de CO2 expirado e podem alterar o 
pH do sangue em segundos ou em minutos. Os rins excretam ácidos na urina e 
regulam a concentração de bicarbonato (HCO3-), uma base, no sangue. 
Alterações de pH devidos a aumento ou diminuição do HCO3- no sangue 
ocorrem mais devagar que alterações do CO2, e podem demorar horas ou dias. 
Os dois processos estão sempre em ação e mantêm um controle estrito do pH 
sanguíneo. 
Sistemas tampões, que resistem a alterações do pH, também contribuem para a 
regulação. Os principais tampões no sangue são a hemoglobina (nas hemácias), 
as proteínas plasmáticas, os bicarbonatos e os fosfatos. 
As quantidades absolutas de ácidos e de bases têm importância menor que o 
equilíbrio entre elas na manutenção do pH (veja Figura 1, 
abaixo). Acidose ocorre quando o pH cai abaixo de 7,35, e pode ser causada 
pelo aumento da produção ou diminuição da excreção de ácidos, ou aumento da 
excreção de bases. Alcalose ocorre quando o pH ultrapassa 7,45, e pode ser 
provocada pela perda de ácidos com vômitos prolongados ou desidratação, 
administração venosa ou ingestão de bases, ou hiperventilação (por aumento da 
eliminação de ácido sob a forma de CO2). Qualquer doença ou problema que 
afete os pulmões, os rins ou o metabolismo pode causar acidose ou alcalose. 
 
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10. ESPECTROFOMETRIA 
É o método de análises ópticas mais usado nas investigações biológicas e 
físico-químicas. O espectrofotômetro é um instrumento que compara a radiação 
absorvida ou transmitida por uma solução. Um feixe de energia atravessa a 
solução e a sua absorção oferece informações sobre a qualidade e 
quantidade dos componentes do sistema. 
Conceitos fundamentais: 
A energia de radiação é medida em nm (nanômetros) → Letra grega λ (lambda) 
= comprimento de onda; 
A faixa mais utilizada do espectro vai do ultravioleta (200nm) até o infravermelho 
curto (1.000 nm); 
Faixa visível (percebida pelo olho humano): 40 0 a 750nm; 
Cor: ‘sensação psicofísica que associamos a umcomprimento de onda 
predominante’; 
Branco (mistura de cores que se anulam): refletem as todas as cores; Negro: 
absorve todas as cores. 
Transmitância: é a fração da luz incidente em um comprimento de onda 
específico, que passa por uma amostra de matéria. É a razão entre a intensidade 
da luz transmitida e a intensidade da luz incidente. 
Absorbância: É a capacidade do material em absorver radiações em frequência 
específica. A absorbância de uma substância em solução é diretamente 
proporcional a sua concentração e a espessura que a luz atravessa. 
Espectro de absorção: É uma forma de caracterização que permite verificar 
qual a faixa de comprimento de onda em que um dado composto apresenta sua 
maior afinidade de absorção. 
OBS: O melhor comprimento de onda para uma determinada solução é aquele 
no qual há maior absorção e, portanto, menor transmissão de luz; ou seja: maior 
absorbância e menor transmitância. 
 
Espectrofotometria Óptica 
Comprimento de onda corresponde a luz visível ou ultra-violeta, faixa entre 
aproximadamente 180 a 800 nm. 
 
 
 
Determinação da Concentração de Substâncias 
1. Lei de Lambert: quando a concentração da substância é constante, absorção 
depende do comprimento do trajeto óptico. 
LUZ 
 
2. Lei de Beer: a absorbância é diretamente proporcional a concentração da 
substância. 
 LUZ 
 
Trocas Gasosas 
Principal interesse: O
2
 e CO
2
, substrato e produto das vias de oxidação; principal 
processo: envolve difusão simples. Envolvimento do sistema circulatório 
(sanguíneo) e respiratório (pulmonar). 
 Gás real  Gás ideal se T 
 Pressão de um gás: choque de moléculas do gás com o recipiente que o 
contém. 
◦ Lei de Boyle: P  V = Cte  P1V1=P2V2 
 Modificação na temperatura, pressão e volume são fatores que altera o 
comportamento de um gás. 
 Aspectos biológicos envolvem as leis físico-químicas que regem o 
comportamento dos gases: Leis de Dalton, Henry, Boyle, dos gases ideais 
e o princípio de Avogadro. 
O O2 no plasma: 
O oxigênio alveolar difunde para o sangue venoso, porque há diferença na 
pO2 entre um e outro compartimento e o sangue venoso é convertido à 
arterial, pela troca de CO2 por O2. 
Após o processo de difusão, ocorre o transporte de O2 para os tecidos, 
operação que pode ser efetuada de duas maneiras: 
◦ Em solução 
◦ Combinado com a Hemoglobina 
Trocas gasosas envolvendo sistema respiratório e sanguíneo 
Necessário, pois temos isolamento contra as variações externas. Cobertura 
impermeável aos gases; Superfície especializada para fazer estas trocas: 
 Tecido alveolar nos pulmões 
 Guelras. 
 
1ª etapa 
 Ventilação: renovação constante do ar alveolar; para manter PO2 e de 
CO2 nos alvéolos. 
 Boca/nariz→ faringe → laringe →traqueia → brônquios → bronquíolos 
terminais → bronquíolos respiratórios → ductos alveolares → átrio 
alveolar → saco de ar → alvéolos. 
2ª etapa 
 Perfusão: passagem de um líquido através de um órgão. Mais 
especificamente a passagem de sangue pelo alvéolo pulmonar. 
3ª etapa 
 Difusão: do gás de um lado onde a concentração é maior para um 
lado de menor concentração. 
 Fatores que poderiam afetar: solubilidade do gás, distância a 
percorrer, área da seção transversal, peso molecular do gás, 
viscosidade do líquido e temperatura do líquido. 
Efeito Bohr: 
É a tendência do oxigênio de deixar a corrente sanguínea quando a 
concentração de dióxido de carbono aumenta. Essa tendência facilita a liberação 
de oxigênio da hemoglobina para os tecidos e aumenta a concentração de 
oxigênio na hemóstase. Junto com o efeito de Haldane, que é a facilitação da 
eliminação de CO2, o efeito Bohr é um dos grandes reguladores de 
concentrações gasosas no sangue. Nos tecidos não-alveolares, o sangue 
recebe CO2 formado nos processos metabólicos desses tecidos. Isso faz com 
que hemoglobina libere o O2 para ligar-se ao CO2, pelo qual tem maior 
afinidade. Essa liberação de oxigênio aumenta sua disponibilidade para os 
tecidos. O contrário ocorre nos pulmões: quando o CO2 passa pelos alvéolos, a 
quantidade de O2 que se liga a hemoglobina aumenta, facilitando a entrada 
desse gás. 
Efeito de Haldane: 
É o aumento da tendência do dióxido de carbono de deixar o sangue conforme 
aumenta a saturação da hemoglobina pelo oxigênio. A saída de CO2 acontece 
nos alvéolos e é parte normal da ventilação. Acontece, pois, quando o oxigênio 
se liga a hemoglobina, há transformação do grupamento heme férrico num ácido 
mais forte. A acidificação da hemoglobina dificulta a ligação do dióxido de 
carbono e aumenta a quantidade de íons de hidrogênio na corrente sanguínea. 
Devido a menor ligação com a hemoglobina e ao ligamento do hidrogênio ao 
bicarbonato, dissociando-o em gás carbônico e água, a concentração sanguínea 
de CO2 aumenta. O aumento da concentração sanguínea de CO2 leva a um 
deslocamento do equilíbrio químico no sentido de o eliminar e facilitar sua 
difusão pelas membranas celulares. 
Como os gases são transportados? 
No homem e em outros mamíferos, cerca de 5 a 7% do gás carbônico liberado 
pelos tecidos dissolvem-se diretamente no plasma sanguíneo e assim é 
transportado até os pulmões. Outros 23% se associam a grupos amina da 
própria hemoglobina e de outras proteínas do sangue, sendo por elas 
transportados. 
A maior parte do gás carbônico liberado pelos tecidos (cerca de 70%) penetra 
nas hemácias e é transformado, por ação da enzima anidrase carbônica, 
em ácido carbônico, que posteriormente se dissocia nos íons H+ e bicarbonato. 
Os íons H+ se associam a moléculas de hemoglobina e de outras proteínas, 
enquanto os íons bicarbonato se difundem para o plasma sanguíneo, onde 
auxiliam na manutenção do grau de acidez do sangue. 
Um processo inverso ao que ocorre nos capilares dos tecidos acontece nos 
pulmões. Aí as moléculas de gás carbônico e os íons H+ se dissociam das 
proteínas. No interior das hemácias os íons H+ se combinam ao bicarbonato, 
reconstituindo o ácido carbônico. Este por ação da enzima anidrase carbônica, 
é, então, decomposto em gás carbônico e água. 
Leis fundamentais dos gases 
Lei de Boyle-Mariotte - “O volume de um gás é inversamente proporcional à 
pressão, mantida constante a temperatura”, ou seja, quanto maior a pressão, 
menor o volume e vice-versa. 
 
Essa equação explica as mudanças de pressão que o ar sofre ao sair e entrar 
dos pulmões. 
Lei de Gay-Charles-Lussac - “O volume de um gás é diretamente proporcional à 
temperatura absoluta, mantida a pressão constante”, ou seja, com aumento da 
temperatura, há aumento de volume e vice-versa. 
V1 T2 = V2 T1 
Esta lei permite verificar a variação de volume de um gás ao entrar e sair do 
pulmão. 
Lei de Dalton - “A pressão total de uma mistura de gases é igual à soma da 
pressão de cada componente”. 
Ptotal = P1 + P2 + P3 + ......... + Pn 
Essa equação permite calcular a pressão parcial dos gases, conhecendo-se o 
percentual de cada um ou conhecendo a pressão de cada gás, calcular sua 
quantidade. É importante para o cálculo da pressão do vapor de água e na 
formação de misturas gasosas. 
Lei de Henry - “O volume de um gás dissolvido em um líquido é proporcional à 
pressão do gás sobre o líquido, a um fator de solubilidade e ao volume do 
líquido”. 
Vg = P f Vl 
Trocas gasosas e o Sistema hemoglobina? 
O sistema respiratório é responsável por realizar as trocas gasosas entre o 
sangue e o ar que captamos através da respiração pulmonar. Os alvéolos 
pulmonares são recobertos por uma grande rede de capilares, que garante uma 
grande proximidade entre o sangue e o ar no interior dessas estruturas, 
favorecendo, assim, a difusão dos gases. O gás carbônico que se encontra em 
grande concentração no sangue dos capilares difunde-se para o ar alveolar. Já 
o gás oxigênio presente no ar difunde-se para o interior dos capilares. Esse 
processo é conhecido como hematose. 
O gás oxigênioque entra no sangue penetra nas hemácias, combinando-se com 
a hemoglobina. O transporte de oxigênio só é possível graças à presença dessa 
proteína, que é capaz de combinar-se com quatro moléculas de oxigênio e 
formar a oxiemoglobina. Ao chegar nos tecidos, o gás oxigênio desprende-se da 
oxiemoglobina e é utilizado pelas células no processo de respiração celular. 
Grande parte do gás oxigênio é transformada, nesse processo, em gás 
carbônico, que se difunde das células para os capilares. Ele é então levado pelo 
sangue até os pulmões onde se dirige para o interior dos alvéolos. É importante 
frisar que apenas parte do gás carbônico é transportada pela hemoglobina 
(carboemoglobina), sendo que a grande maioria é levada através do plasma na 
forma de íons bicarbonato. 
O processo de hematose ocorre constantemente no nosso corpo, assegurando, 
assim, a oxigenação de todos os nossos tecidos e a realização dos processos 
de respiração celular. 
CALCULO DE PH 
 
Fórmula para cálculo do pH e pOH de uma solução tampão 
pH = - log [H+] 
pH = - log 2.10-7 
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/calculo-ph-uma-solucao-tampao.htm
pH = 7 – log 2 
pH = 7- 0,3 pH = 6,7 
OBS: A enzima anidrase carbônica vai fazer, dependendo da quantidade de a 
ácido carbônico, dióxido de carbono e agua, irá fazer o deslocamento da reação. 
Muito ácido carbônico (ter mais ácido) a anidrase vai quebrar em CO2 e H2O; 
se a quantidade de ácido carbônico cair demais (ter mais base) a anidrase vai 
pegar o CO2 e H2O e transformar em ácido carbônico. 
CONTROLE RENAL DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BÁSICO 
Um mecanismo mais duradouro é realizado pelos rins, através da reabsorção de 
quase todo o bicarbonato filtrado e recuperação do HCO3 que foi consumido no 
processo de tamponamento de ácidos fixos. Este último processo é obtido 
através da excreção de uma quantidade equivalente de H+ na urina. Para cada 
molécula de bicarbonato consumida, o rim reabsorve ou regenera uma nova 
molécula de bicarbonato. A urina torna-se ácida pela reabsorção das substâncias 
alcalinas ou pela adição de ácido ao fluido tubular. 
Reabsorção Tubular do Bicarbonato Filtrado: 
Como o sódio e outros solutos, o bicarbonato é filtrado livremente pelo glomérulo. 
Em adultos, cerca de 4.500 mEq de bicarbonato são filtrados por dia. Se 
houvesse perdas de bicarbonato, mesmo que pequenas em relação ao total, os 
estoques seriam rapidamente esgotados. Isto é evitado pela existência de uma 
grande avidez tubular pela reabsorção de bicarbonato, que ultrapassa 99,9% do 
bicarbonato filtrado, ou seja, apenas 2 mEq de bicarbonato são excretados por 
dia. 
Recuperação do Bicarbonato: 
Quando o bicarbonato é ativado pelo sistema bicarbonato, presente na luz 
tubular, se junta ao hidrogênio formando ácido carbônico que se dissocia 
formando CO2 e H2O. A agua é eliminada pelos rins enquanto o CO2 se difunde 
para as células renais e logo se junta com outra molécula de agua formando o 
ácido carbônico e hidrogênio. O bicarbonato formado vai para os capilares por 
meio de transporte ativo secundário, enquanto o hidrogênio vai para a luz tubular 
para se juntar com uma molécula de bicarbonato e ser recuperado. 
Regeneração do Bicarbonato: 
Quando há um aumento na quantidade de CO2 nos capilares peritubulares, 
ocorre a difusão do CO2 para as células, dentro delas o CO2 se juntara com uma 
molécula de agua formando o ácido carbônico; esta ira se dissociar formando 
bicarbonato e hidrogênio. O bicarbonato será levado pelos capilares por meio do 
transporte ativo secundário para a atuação no organismo, enquanto o hidrogênio 
vai para a luz tubular. 
 
 
 
 
REFERENCIAS 
OKUNO, E., CALDAS, I.L., CHOW, C., 1986, “Física para Ciências Biológicas e 
Biomédicas”, Ed. Harbra 
DURAN J. E. R., 2003, “Biofísica – Fundamentos e Aplicações”, Ed. Peason 
HENEINE I. F., 2000, “Biofisica Básica”, Ed. Atheneu. 
HALLIDAY, D., RESNICK, R; WALKER J., 2008, "Fundamentos de Física”, Vol. 
1 e 4, ed. LTC. 
-MOURÃO JÚNIOR, C.A.; ABRAMOV D.M., 2009, “Curso de Biofísica”, ed. 
GEN/Guanabara Koogan.