Aula de Bioenergética

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Teoria de Campo - Bioenergtica

Profa. Msc. Ludymilla Barboza da Silva Disciplina: Biofsica Biologia/ Enfermagem

BiofsicaCincia: Metodologia, conhecimento e tecnologias da Matemtica, Fsica e Qumica. Objetivos Estudar os fenmenos biolgicos atravs das leis e princpios da Fsica. Adaptar ao estudo da biologia a tecnologia e mtodos da fsica. Estudar o efeito dos agentes fsicos sobre os seres vivos (estrutura e funcionamento). Construir modelos fsicos e matemticos dos sistemas vivos.

Fundamentalmente todos os captulos da Fsica tem correspondente na Biofsica: Bioenergtica: termodinmica nos seres vivos. Anlise das fontes de energia utilizadaspelos seres vivos e os mecanismos de transformao dentro do metabolismo. Biomecnica: esqueleto, ossos como peas de sustentao, os msculos e os mecanismos da contrao. As mquinas dos sistemas biolgicos. Ex: A esttica e dinmica do homem.

Biofsica-qumica: fenmenos fiscos-qumicos que ocorrem nos seres vivos, como: difuso,osmose, as disperses, os fenmenos de superfcie, viscosidade, os potenciais de hidrognio, os fenmenos de oxirreduo, analisando-os dentro dos compartimentos e ultraestruturas.

Radiobiologia: efeito das radiaes sobre os seres vivos. Radiaes ionizantes com destaque afotobiologia. Ex: ao da luz UV e as tcnicas radioisotpicas utilizando os traadores radioativos na pesquisa biolgica e mdica.

Eletrobiologia: Anlise dos efeitos das correntes eltricas sobre os seres vivos e potenciais eltricos gerados nos seres vivos Bioeletrognese. Biofsica Molecular: fenmenos fsico-moleculares em clulas e vrus. Ex: cidos nuclicos em seu aspecto estrutural e funcional. Biofsica das funes orgnicas: Respirao, circulao, excreo renal, viso e audio. Biofsica Tecnolgica: desenvolvimento de equipamentos e tcnicas de investigao biolgicaa Medicina. Engenharia Biomdica.

BIOENERGTICABioenergtica descreve como transformam e usam energia. os organismos vivos capturam,

Tudo que exprime trabalho, somente pode ser realizado s custas de uma energtica transformao ..................... .

Todos os organismos vivos derivam sua energia direta ou indiretamente da energia radiante da luz solar.

Os organismos vivos so interdependentes, trocando energia e matria atravs do meio ambiente

Questes importantes

Por que os corpos se movimentam? Como se formam as molculas e demais estruturas biolgicas? Por que partes da Matria de atraem ou se repelem? Como os seres vivos utilizam Energia, e trabalham? Por que os fenmenos levam tempo para ocorrer? Os seres vivos so grandes usurios de energia em diversos estados e formas. Nenhum aparelho criado pelo homem consegue utilizar, com eficincia e variedade, como os seres vivos, os diversos estados e formas de energia.

Conceitos Fsicos: pr-requisitos Trabalho e energia Conceitos amplos e aplicveis a vrios ramos da cincia; Trabalho: o processo pelo qual ocorre a transmisso de energia. Energia: capaz de originar mudanas no mundo. a medida da capacidade que um sistema possui de realizar trabalho. - Relao entre Trabalho X Energia

Dizemos que um corpo tem energia quando existe a possibilidade dele realizar trabalho.

- Relao entre Matria X EnergiaA Matria caracteriza-se pela massa de inrcia, a Energia capaz de produzir trabalho. O conceito de Matria (Corpos) e Energia (Campos) est contida na Teoria dos Campos .

>> Toda Matria emite um campo, que Energia. Essa Energia se manifesta com uma fora, que pelo seu deslocamento capaz de produzir Trabalho. Campos: Gravitacional (G), Eletromagntico (EM), Nuclear (N).

Teoria dos Campos Os corpos no interagem entre si: toda a interao entre corpos e campos. Falta de preciso nesse modelo. Ex: duas molculas no colidem fisicamente (matria com matria). A interao se faz entre campo de uma e, Matria de outra.

Os Campos emitidos pelos corpos podem interagir entre si. A propagao do efeito de campo demanda certo tempo para ocorrer. A interao mais rpida a da luz, no vcuo.

Campo: Propriedades principais Campo Gravitacional (G) Fora de Atrao. Emitido por todo tipo de Matria. Pode ser de dois tipos: Campo G Real: emitido pela matria. Permanente. Ex: Terra

Energia: cintica e potencial Animais sensveis ao Campo G Ex: Carnguejo chamamar (Uca pugilator)

Campo G Provocado produzido pela acelerao dos corpos. Provocado.

Instrumentao em biologia

Campo Eletromagntico (EM) mais diversificado que o campo G, e possui foras de atrao e repulso. Se divide em: Eltrico (E) carga positiva ou negativa Impulso nervoso uma corrente eltrica. rea Clnica: Propagao medida como o eletrocardiograma, eletroencefalograma. Fora que mantm os tomos e molculas ligadas entre si.

Magntico (M) carga magntica: Plo Sul ou Norte Animais possuem receptores sensveis aos campos magnticos da Terra, e usam essa propriedade para se orientarem. Ex: Algas (magnetossomos), humanos (magnetorreceptores).

Eletromagntico (EM) no possui carga Fenmenos importantes: Viso: a luz incide sobre o olho, forma-se a imagem, e a enetgia da luz transferida para a molcula, a rodopsina, e se transforma em impulso eltrico (pulso nervoso). Fotossntese: a energia da luz absorvida pelos cloroplastos e armazenada como carboidrato (composto energtico e alimento), atravs da sntese de molculas especiais.

Calor sempre aparece em qualquer transformao ou processo energtico. Termodinmica. Biossistemas capazes de produzir radiaes mais energticas, como luz visvel. Ex: vagalumes, algas e bactrias.

Campo nuclear (N) Existe somente no ncleo atmico. Sua fora de ao mais intensa que as foras eltricas e magnticas; Raio de ao curto e dentro do domnio do ncleo. Pelo fato de manter as partculas subatmicas, esse campo responsvel por sustentar todas as outras estruturas derivadas do tomo.

Bioenergtica

EnergiaQuant. fixa Energia mecnica Energia eltrica Energia magntica Energia qumica Energia radiante Energia nuclear

Trabalho

Tipos de energia: Potencial e CinticaTransformao energtica: calor (forma degradada de energia).

Conceitos importantes:TRABALHO: ???? SISTEMA ???????????12

Conceitos em Termodinmica -BioenergticaConceito de Sistema: Poro definida do espao. Matria Energia - Aberto. Ex: Clula

- Fechado ou isolado. Ex: Terra

- Adiabticos. Ex: Garrafa trmica

Irradia Calor

Trabalho Quem trabalha? -Os seres vivos somente vivem enquanto trabalham Conceitos errneos: Trabalho ativo (sistema gasta energia) Trabalho passivo (sist. no gasta energia). Se o sistema no gastou energia e Trabalho somente se faz com dispndio de energia, algum gastou energia pelo sistema. Onde h trabalho Passivo, houve Trabalho Ativo antes Fenmeno 1. Movimento se ope s Foras de Campo Ativo (A) Tipos de Trabalho

2. Movimento segue as Foras de Campo

Passivo (P)

3. Movimento segue as Foras de Campo, ajudado por Fora estranha ao Campo

Combinado (C)

Sistema... Trabalho...Energia... O raciocnio termodinmico baseia-se em:

1 Lei da TermodinmicaEnergia no pode ser criada, nem destruda, apenas transformada Lei de conservao de energia : a energia total de um sistema adiabtico sempre constante. Toda transformao de energia acompanhada de produo de EnergiaTrmica

J se sabe o conceito de sistema... e de energia...

Qual a energia total de um sistema? Energia Interna (U) Conceito Termodinmico Fundamental Todo sistema tem energia interna, que funo da temperatura, presso, volume e da prpria natureza qumica. Dada por movimentos:

Translao, rotao e vibrao da molculas e das suas partes constituintes; Fora de ligao, organizao molecular, nmero tomos, eltrons, prtons; No possvel determinar o valor absoluto da energia interna de um sistema.O importante ... Variao da Energia Interna (U).Energia Trabalho calor residual.

A variao na energia interna (U), isto , a diferena entre a energia interna no estado final (U2) e a energia interna no estado inicial (U1) ser dada pela diferena entre a quant. de calor adicionado ao sistema (q) e o trabalho realizado.

U = U2 U1 = q - wEm que, q=calor adicionado ao sistema; w=trabalho realizado pelo sistema. Como a maioria dos processos fsicos e qumicos realiza-se em sistemas abertos (presso constante), introduziu-se uma nova funo de estado, a entalpia (H). determinada Assim como a Energia interna (U) a Entalpia no pode ser .........................., somente a sua variao pode ser conhecida. Qual a variao da Entalpia?

H = U + p VSubstituindo U por q-w (da 1 Lei):H = q - w + p V Como w = p V, conclui-se que:

Trabalho presso-volume (w)

H = q

ou

H = qp

O valor de H (energia ou calor) pode ser...Negativo transformaes com desprendimento de calor. Denominado exotrmico. b) Positivo transformaes com o recebimento de calor. Denominado endotrmico. a)

A entropia aumenta com a elevao de temperatura.

O produto da entropia (S) pela temperatura (T) resulta na quaTidade de entropia que acompanha a reao.

2 Lei da TermodinmicaTodos os sistemas aproximam-se de um estado de equilbrio Todos os processos naturais tendem para um estado de equilbrio que se caracteriza por uma entropia mxima e por um contedo de energia mnimo O Universo caminha para o caos (desorganizao total).Transferncia de energia: A energia sempre se desloca de nveis mais altos para nveis mais baixos.

Entropia A 2 Lei estabelece uma nova funo de estado A Entropia. Traduz que todos os processos naturais espontaneamente perdem energia e se desorganizam, tendendo para um estado de equilbrio, caracterizado pela entropia mxima e energia mnima.

Entropia mnima e energia mxima

ORGANISMOS VIVOS SO ALTAMENTE ORDENADOS, ESTRUTURAS NO RANDMICAS, IMENSAMENTE RICOS EM INFORMAO E, ENTO POBRES EM ENTROPIA

Seres vivos so sistemas abertos, que trocam matria (nutrientes e produtos de excreo) e calor (do metabolismo) com seu meio e nunca esto em equilbrio Organismo + meio = universo Entropia do universo

Sistema aberto Matria Energia

VIZINHANA

A variao na energia Entropia (S), pode ser calculada pela equao:

S = qrev / T Entropia uma qualidade de Energia incapaz de realizar trabalho. A entropia sempre aumenta e condena o Universo a um estado de Entrpia mxima, quando toda a energia capaz de realizar trabalho tiver sido utilizada.

QUESTO CENTRAL DA BIOENERGTICA Mecanismos pelos quais a energia dos alimentos ou da captura da energia solar acoplada s reaes que requerem energia.A energia que a clula pode e deve usar a energia livre de Gibbs: prediz a direo da reao e a quantidade de trabalhoA frao de energia disponvel para realizar trabalho = energia livre de Gibbs (G) Ela sempre menor do que a energia teoricamente liberada. Uma parte dissipada como calor.

DEFINIO DE G (Energia livre de Gibbs)

G = H - TSG = Energia livre: Energia capaz de realizar trabalho durante uma reao a T e P constante: Se a reao libera energia livre G = (-) exergnico

Se ganha energia livre G = (+) endergnico

H = Entalpia: contedo de calor de um sistema de reao; reflete o nmero e o tipo de ligaes nos reagentes e produtos H reg > H prod: H = (-) exotrmico H reg H prod: H = (+) endotrmico

S = Entropia: expresso quantitativa para desordem e caos: Se os produtos so menos complexos e mais desordenados: ganho de entropia S = (+)