109174608 Resumo Sebenta de Biofisica I

Resumos de Biofsica I 2011/2012

Henrique Silva Fernandes 1

RESUMOS BIOFSICA I (1 TESTE)

Henrique Fernandes Bioqumica 2011/2012



Nota do Autor

Estes resumos devem ser interpretados e usados em conjugao e fazendo analogias com os acetatos das aulas tericas que so disponibilizados pelo professor da disciplina. Qualquer dvida, erro ou gralha detetada no documento poder ser comunicada ao autor atravs do endereo de email: [email protected] que se disponibilizar-se- a corrigir o documento ou a esclarecer a dvida colocada. Este documento no dever ser usado como fonte bibliogrfica vlida na execuo de um qualquer trabalho escrito sem suporte bibliogrfico vlido e reconhecido que apoie este documento. permitida a reproduo deste documento de que se mantenha sempre claro o autor do documento.

Henrique Fernandes



Energia Sabemos que a vida se rege em grande aproximao e fundamentalmente pela Energia Solar, gua e Dixido de Carbono. Sabemos que por vrios processos, em que a fotossntese aquele que se destaca e pretende fundamentalmente converter a Energia solar em energia til para os nossos e restantes organismos vivos. Sendo assim essa energia passa a estar armazenadas principalmente na forma de ATP e NADH/NADPH. Existem cerca de uma dzia de elementos qumicos que albergam uma grande maioria dos compostos biolgicos que regem a vida e a atividade vital dos organismos, so eles o H, C, N, O, P, S, Na, Mg, K e Ca. Existem ainda outros elementos como o B, F, Si e alguns metais de transio interna que se acredita que tenham um papel muito importante nas plantas e animais. Admite-se ainda a presena de outros elementos que possam ser tambm importantes nos mecanismos biolgicos (Exemplo: As, Br e Sn). A existncia de vida como hoje a conhecemos depende essencialmente da pequena fraco de CO2 na atmosfera e da relativamente elevada concentrao de O2 (cerca de 21%), isto juntamente com as temperaturas prximas de 10oC e presses de 1 bar proporcionam a existncia de vida ao contrrio do que acontece em alguns planetas vizinhos do Sistema Solar. Como aproveitamos a Energia Solar? Recebemos diariamente cerca de 7,210!"!" de energia proveniente do Sol, no entanto metade reflectida, ficamos apenas com cerca de 3,610!"!"/!"#, no entanto apenas 25% da rea do globo terrestre corresponde rea dos continentes. Sendo assim passamos a ter apenas uma energia de 9,010!"!" de energia que incidem diariamente na superfcie continental. Considerando que cerca de 25% dos solos so arveis, admitimos que a possibilidade da energia que incide no planeta ser convertida em energia til de 75%, que a poro de rea correspondente a vegetao. Logo passamos a considerar 6,810!"!"/!"#.

Como a eficincia da fotossntese de cerca de 6%, a converso de energia solar em energia til para os processos biolgicos resume-se a 4,110!"!" de energia que produzida diariamente a partir da fotossntese. Depois consideramos que apenas 10% dessa energia aproveitada para alimentao, correspondendo assim a 4,110!"!" de energia. Por fim sabe-se que apenas crca de 50% dessa mesma energia partilhada com outros animais, ou seja, 2,010!"!".

Como a populao em geral gasta uma mdia de 6,810!"!" de energia em alimentao diariamente, vemos que este valor inferior ao valor de energia que convertido diariamente a partir da energia solar. No entanto, o que se passa que como o ser humano no vegetariano, quando se vai alimentar de animais incorremos numa perda de energia substancial, pois as perdas de energia de nvel trfico em nvel trfico so substanciais e correspondem quase a uma perda de cerca 90% da energia, logo para manter as nossas necessidades alimentares necessitaramos de muito mais energia. Por isso mesmo que entrmos numa situao de insustentabilidade.



Exemplo: Se fossemos tofos vegetarianos e comssemos como os Portugueses (15 000 kJ/dia), dava para uma populao de 7x superior atual.

Fotossntese

Ciclo de Calvin (Fase no dependente da Luz)

1. Temos a entrada no sistema de 3 molculas de CO2 que contribuem com a

entrada de 3 C(carbono) no ciclo de Calvin. Estes carbonos vo se ligar s 3 molculas de 5 carbonos (Ribulosa 1,5 Bifosfato) que se tinham formado at ento. Originando aps uma outra reao 6 molculas constitudas por 3 carbonos (cido 3 fosfoglicrico).

2. Ocorre agora uma reao na qual gasto ATP (6 molculas de ATP) e converte o cido 3 fosfoglicrico em cido 1,3 bifosfo-glicrico, que continuam a ser 6 molculas constitudas por 3 tomos de carbono.

3. Posteriormente ocorre uma outra reao onde 6 molculas de NADPH sofre protlise (perda de H) e formam 6 NADP+. Durante esta reao o cido 1,3 bifosfo-glicrico convertido em Glicealdedo 3 fosfato. Neste processo uma das molculas converte-se em glicose e sa do ciclo, reduzindo assim o nmero de molculas a 5, cada uma com 3 carbonos.



4. Temos agora 15 carbonos distribudos pelas 5 molculas que sofrem uma reaco e formam 3 molculas de 5 carbonos cada (Ribulosa 1,5 Bifosfato).

Assim reiniciado novamente o ciclo. O balano do ciclo permite verificar que para se produzir uma molcula de glicose e portanto ficar 3 molculas de CO2 necessrio consumir 9 molculas de ATP, bem como 6 molculas de NADPH. Ento como que se obtm o ATP e o NADPH necessrios para o ciclo de Calvin? Como se viu anteriormente o ciclo de Calvin ocorre na ausncia de luz, portanto iremos ver de seguida que a sntese de ATP e NADPH ocorre na fase dependente da luz e portanto teremos de analisar em pormenor os fotossistemas I e II.

Consideremos os dois Fotossistemas, diferentes entre si e podemos distingui-los logo pelo tipo de radiao que absorvem, isto , o Fotossistema II recebe preferencialmente radiao na zona do azul e vermelho e tambm chamado de P680, em que 680nm corresponde ao comprimento de onda que este Fotossistema recebe preferencialmente. No caso do Fotossistema I ou P700, este recebe radiao preferencialmente de comprimentos de onda na ordem dos 700nm. Portanto podemos concluir que o Fotossistema II necessita de fotes mais energticos do que o I, pois sabemos que quanto menor for o comprimento de onda da radiao maior ser a sua energia. O que acontece que 4 fotes de comprimento de onda 680nm incidem no Fotossistema II e desencadeiam a fotolise da gua, em que 2 molculas de gua so quebradas segundo a seguinte equao qumica: 2!!! 4!! + 4!! + !! Isto faz com que a gua d origem a 2 molculas de H2 e lance no interior da membrana do cloroplasto 4 electres. Estes electres vo at limite mais interior da membrana e reagem com um H+ dando origem a H que transportado at ao



Fotossistema I. No Fotossistema I por ao de radiao, na mesma 4 fotes s que desta fez de energia inferior (correspondente a 700nm) o H que chegou entretanto ao Fotossistema I origina um proto e um electro. ! !! + !! Este mecanismo permite que protes sejam bombeados para o exterior do cloroplasto. O electro vai de novo em direo parte mais interior da membrana do cloroplasto onde ir converter NADP+ em NADPH. Neste processo so bombeados protes (H+) do interior para o exterior do cloroplasto, criando assim um gradiente elctrico, carregado positivamente no exterior do cloroplasto (lmen). Assim atravs deste processo conseguimos produzir 2 molculas de NADPH e indiretamente 2 de ATP (mais frente iremos ver como) a partir de 8 fotes (4 de comprimento de onda 680 e 4 de 700nm). Multiplicando a equao, sabemos que para produzir os 6 NADPH necessrios para o ciclo de Calvin so necessrio 24 fotes. No entanto neste processo apenas se produzem 6 molculas de ATP, ficando portanto a faltar 3 para que seja possvel completar o ciclo de Calvin. ento que ocorre algo estranho...

No se sabe ainda porque, mas o que acontece que o electro proveniente do Fotossistema I que supostamente iria formar mais uma molcula de NADPH, reage com um proto do interior do cloroplasto e forma novamente H. Este H volta a ir de encontro com o Fotossistema I (alis como j acontecia antes) e bomba assim mais um proto para o exterior do cloroplasto. Vamos ver que custa do bombeamento dos protes para o lmen que se consegue a produo de ATP.

Sendo assim 2 fotes que incidem no Fotossistema I fazem circular 2 electres e bombeiam 2 protes para o exterior do cloroplasto, fazendo com que se produza 1 ATP. Ou seja, para produzir os 3 ATP que faltavam necessitamos de 6 fotes. Somando estes 6 fotes aos 24 iniciais, conclumos que para a sntese de 9 ATP e 6



NADPH so necessrio 30 fotes. Como para formar uma molcula de glucose so necessrio 6 molculas de CO2 e portanto o equivalente a dois ciclos de Calvin, necessitamos de 60 fotes para que seja possvel formar uma molcula de glucose. Rendimento da Fotossntese Sabendo que cada foto tem uma energia associada de aproximadamente 310!!"!, ento uma mole de fotes ter uma energia de 180kJ. Como necessitamos de 60mol, temos 10,8MJ de energia. Como apenas 40% da energia luminosa incidente azul ou vermelha, ento necessitamos de 27MJ de energia luminosa. Como para a sntese de uma mole de glucose so necessrios 2,8MJ de energia livre ento o rendimento dado pelo quociente entre a energia necessria e aquela que realmente incide, chegamos assim ao valor de 11%. Produo de ATP A produo ATP nas plantas ocorre graas ao gradiente de protes estabelecido no cloroplasto que faz com que quando os protes regressem ao interior do cloroplasto ocorra a chamada fotofosforilao e se produza o ATP. Sendo que por cada 2 protes que se movimentam para o interior, se produz uma molcula de ATP.

Respirao Celular Na respirao celular produz ATP num outro organelo, a mitocndria. Este processo ocorre apenas na presena de O2 e recorre ao consumo de NADH. Transporte Alternativo de H e e- Este processo permite que seja criado, mais uma vez, um gradiente de protes, neste caso entre o espao entre-membranas (inter-membranar) e a matriz da mitocndria.



O que acontece que O NADH sofre uma protlise libertando para o interior da membrana um H, este vai de encontro ao lado oposto da membrana e perde um electro, ! !! + !!

Isto faz com que um proto seja bombeado para o espao inter-membranar e o electro v de encontro novamente ao lado contrrio da membrana, recebendo um proto, formando novamente um H e recomeando o ciclo at que num determinado momento, um dos electres que regressa ao lado da matrix entra numa reao com o O2 e forma H2O. Este gradiente de protes que se criou entre o espao inter-membranar que mais positivo e a matrix da mitocndria responsvel pela formao de ATP atravs da chamada ATP sintase.



A ATP sintase uma protena que atravs do gradiente de protes que se estabeleceu entre o espao inter-membranar e a matrix da mitocndria consegue produzir molculas de ATP, usando como reagentes o ADP e o Pi.

Sendo assim, o que acontece que existe um mecanismo que est responsvel por bombear protes para o espao inter-membranar e temos uma protena intrnseca membrana, a ATP sintase que usa esse gradiente para produzir ATP enquanto os protes regressam matrix da mitocndria. Isto s acontece pois existe o chamada gradiente electroqumico (!) que se consegue atravs de um gradiente de carga (!) e de um gradiente de pH (!").

Assim em suma: Cada electro que surge da protlise do NADH e que vai at ao O2 bomba 3

protes. Para reduzir O2 a duas molculas de H2O so necessrios 4 electres. Sendo assim por cada molcula de O2 consumida so necessrio 4 electres e

como por cada electres bombeamos 3 protes; ento como 4 electres so bombeados 12 electres. Como 2 protes produzem uma molcula de ATP, ento 12 produziro 6 molculas de ATP.

1 Glucose poder produzir entre 36 a 38 ATP. NOTAS IMPORTANTES: O transporte de electres explicado pela existncia de metaloproteinas que so constitudas por metais de transio como o Fe, Cu e Mn que podem apresentam vrios estados de oxidao e portanto transportar os electres. !"!! !"!!



O transporte dos protes conseguido devido a molculas protonveis como o caso dos aminocidos. ! !"! + !! ! !"!

O transporte de H consegui atravs das quinonas, que no caso dos cloroplastos se chamam plastoquinonas e nas mitocndrias, cubiquinonas.

Escalas e propores Sabe-se que quando maior for a massa do animal menor ser a sua taxa metablica por grama de tecido e por hora. Sendo assim em mdia quanto maior a massa do animal maior ser o seu tempo mdio de vida, pois um metabolismo muito acelerado leva a uma produo mais rpida de radicais que leva a um envelhecimento dos tecidos tambm muito rpido. Os radicais tm a capacidade de destruir as clulas e portanto provocar o envelhecimento. Isto tem um pouco haver com o facto do oxignio ser ligeiramente mais solvel em lpidos (gordura) do que em gua, da como o interior das membranas celulares so camadas hidrofbicas possuem elevadas concentraes de oxignio o que aumenta a probabilidade de se formarem radicais livres. Todos os dias ocorrem cerca de 1 000 a 10 000 oxidaes do ADN em cada umas das nossas clulas, no entanto temos mecanismos de reparao que permitem reparar essas mesmas destruies. Dentro dos radicais que se conhecem e que se formam biologicamente, o radical hidroxilo (OH.) o que se apresenta como o mais txico para as clulas. Relaes entre dimenses lineares, quadrticas e cbicas

Consideremos um cubo (6 faces)

A superfcie do cubo dado pela soma das reas de todas as faces, portanto a superfcie do cubo ser dada por 6l2. Logo dizemos que Sl2. O volume dado por l3 e do mesmo modo Vl3.

2 H



No caso de uma esfera a superfcie da mesma dada por ! = !!!, logo Sd2. Do mesmo modo, o volume da esfera dado por ! = !!!! , logo Vd3.

Se tivermos ! = !. !!, podemos aplicar os logaritmos a cada um dos membros e obtemos log! = log ! + !. log !, logo temos que Y=constante+a.X

Sabemos que a massa volmica dada por ! = !! , logo mV, como Vl3, ento ml3.

Sabemos ainda que S l2, logo S1/2 l. Substituindo na relao de proporcionalidade ml3, ento M (!!!)!, logo MS3/2. De forma anloga podemos dizer que SM2/3.

Sabemos que, Produo de Calor Perda de Calor Como ns perdemos calor essencialmente pela superfcie corporal, podemos

dizer que Perda de Calor S, no entanto a Produo de Calor Consumo de Oxignio.

Sendo assim tambm o Consumo de Oxignio S, bem como o consumo de calorias S. Logo aplicando a proporcionalidade entre S e M, a Produo de Calor M2/3.

Sabe-se que para um hmero de antlopes, considerando l o comprimento do

hmero e d o dimetro do mesmo, ento l d2/3 . Mas porqu? Sabe-se matematicamente que d2.l V, como V M, ento d2.l M Para que isto seja verdade, resolvendo um sistema de equaes d M3/8 e l M1/4. Confirmando na relao d2.l M, temos que (M!!)!.!!/! ! !!!!!! ! ! ! . Logo conclumos que esta condio satisfaz o que acontece

experimentalmente.

Radioatividade

Z traduz o nmero de protes e corresponde ao nmero atmico do elemento, isso que o identifica. Por isso que os istopos possuem o mesmo Z entre si e variam apenas no nmero de neutres. O A traduz o nmero de nuclees, ou seja, resulta da soma do nmero de protes e neutres. Portanto o raio de um determinado ncleo proporcionar ao nmero de nuclees, segundo a seguinte expresso ! = !!.!! !

R0=1,2 fm (fentometro); A o nmero de nuclees Existem cerca de 100 elementos qumicos e ainda cerca de 300 istopos dos

mesmos. Existem 3 tipos de radiao, a alfa (!) que correspondem a ncleos de hlio ( !"!!!! ); a beta (!) que corresponde a electres; a gama (!) que corresponde a

radiao electromagntica com frequncia superior do Raios X.



Podemos ainda considerar dois tipos de radiao beta, a e a +, estas so idnticas em tudo exceo do sinal da carga, sendo um positivo e o outro negativo.

Todos os decaimentos radioativos que ocorrem em ncleos mais pesados do

que o Ferro (Fe) tendem a formar elementos qumicos com nmero atmico cada vez mais perto deste, pois o ferro-57 aquele que possu mais energia de ligao entre nuclees e portanto maior estabilidade.

Devido enorme quantidade de energia que est armazenada nos ncleos atmicos, torna-se rentvel a utilizao da fisso nuclear como forma de obteno de energia e portanto o que ocorre num reator nuclear dever ser o mais controlado possvel de modo a obter a mxima eficincia e o menor perigo possvel de exploso. Por isso que os neutres dentro do reator devem ser lentos para que no ocorram libertaes rpidas de grandes quantidades de energia (pois isso que em traos largos define uma exploso). O agente moderador usado por excelncia a gua, podendo tambm ser a grafite ou o hlio). Poderamos usar um processo de produo de energia a partir de reaes de fuso nuclear tal como o que acontece no Sol. No entanto como o essencial das reaes de fuso no SOL a fuso de dois protes isto s acontece a elevadas temperaturas e presses, o que na Terra muito difcil de se conseguir.

Modelos Nucleares

Gota Liquida Os nuclees (protes e neutres) interagem fortemente um com os outros, assim como as molculas de gua em uma gota atravs das foras inter-moleculares. Por exemplo: ! + ! ! ! + ! Uma aplicao deste caso geral :



Sendo temos 9 combinaes possveis para a escritas das equaes qumicas, no entanto ambas tm o 20Ne* como espcie intermdia. No entanto importante no esquecer que os fenmenos de formao e decaimento so completamente independentes um do outro. Partcula Independente Este modelo faz analogia com os electres, isto , do mesmo modo que existem uns nmeros especficos de electres para que o elemento seja estvel, que o caso dos gases nobres, poderemos tambm considerar os nmero mgicos de nuclees. Os nmero mgicos de electres que conferem a maior estabilidade aos tomos so o 2, 10, 18, 36, 54, etc. No entanto no caso dos nuclees so o 2, 8, 20, 28, 50, etc. Ou seja, qualquer que seja o istopo que possua nmero de protes ou neutres igual a um dos nmero mgicos ter um ncleo mais estvel e portanto possuir um menor potencial radioativo. Temos o caso do He que por ter 2 protes e 2 neutres um caso de um istopo muito estvel. Quando temos exemplos de outros elementos que por exemplo tem um nucleo a mais do que um determinado nmero mgico, ele tende a perder esse atravs de um determinado processo de decaimento radioativo, conseguindo assim a atingir um nmero de ncleos que lhe confere maior estabilidade atmica. Colectivo Em suma, o modelo colectivo a conjugao dos dois modelos acima descritos, em que se considera a gota de gua contendo o nmero mgico de nuclees e as orbitais dos restantes nuclees quantizadas.



Decaimentos Radioativos

Decaimento beta

Neste caso temos que um neutro decai radioactivamente, transformando-se num proto e libertando um electro e um antineutrino. No caso do decaimento de um proto em um neutro, temos a emisso de um positro (electro positivo) e de um neutrino.

Partculas Elementares At bem recentemente pensava-se que os electres, protes, neutres e a radiao gama eram partculas elementares, no entanto a partir do momento em que se provou que os protes e os electres se podiam inter-converter uns nos outros e libertar partculas beta, isto prova que estes no so elementares. Atualmente com a utilizao de enormes aceleradores de partculas foi possvel detectar partculas ainda mais elementares e constituem as citadas acima. No entanto esta partculas isoladas tm tempos de semi-vida pequenssimos na ordem dos 10-8s.



Classificao das partculas Como penso que nos acetatos de Biofsica I, a explicao das partculas no muito clara e por vezes torna-se mesmo confusa resolvi usar uma fonte segura para explicar a classificao das partculas.

As partculas podem dividir-se em dois grande grupos, as elementares e as compostas.

Categoria Nome da Partcula Smbolo Anti Partcula Spin Massa (MeV/c2)

ELEMENTARES

Boses Gluo ! Prpria partcula 1 0 Foto ! Prpria partcula 1 0 W !! !! 1 80,40x103 Z !! Prpria partcula 1 91,19x103

Leptes

Electro !! !! 1 2 0,511 Neutrino (e) !! !! 1 2 0 Muo !! !! 1 2 105,7 Neutrino (!) !! !! 1 2 0 Tau !! !! 1 2 1777 Neutrino (!) !! !! 1 2 0

HADRES (compostas)

Meses (quark e

antiquark)

Pio !! !! 0 139,6 !! Prpria partcula 0 135,0 Kao

!! !! 0 493,7 !!! !!! 0 497,7 !!! !!! 0 497,7 Eta !! Prpria partcula 0 547,5 Rho !! Prpria partcula 1 775 !! !! 1 775

Baries (3 quarks)

Proto ! ! 1 2 938,3 Neutro ! ! 1 2 939,6 Lambda ! ! 1 2 1115,7 Sigma

! ! 1 2 1189,4 ! ! 1 2 1192,6 ! ! 1 2 1197,4 Xi

! ! 1 2 1314,8 ! ! 1 2 1321,3 Omega ! ! 3 2 1672,5



Sendo assim percebemos que as partculas podem ser classificadas em dois grandes grupos, as elementares e as compostas, sendo que as compostas so formadas essencialmente por quarks e annti-quarks ao contrrio das elementares.

Existe outra propriedade quntica que o nmero barinico, e tal como existe a conservao a massa, da carga, etc.; tambm existe a conservao do nmero barinico, isto explica o porque de algumas reaes nucleares e a impossibilidade da existncia de outras. Por exemplo, ns sabemos que todos os baries tem nmero barinico igual a 1, enquanto que as restantes partculas possuem nmero barinico 0. (Poderamos ter acrescentado uma coluna na tabela acima para o nmero barinico, mas era demasiado repetitivo.)

Vimos que os boses e os leptes so partculas elementares e portanto no so constitudas por nenhuma outra partcula. Dentro dos leptes temos 6 partculas sendo que todas so muito semelhantes entre si. Em termos de carga, todos os neutrinos possuem carga 0 e todos os restantes possuem carga -1.

Como os hadres so partculas compostas teremos de nos centrar nos seus constituintes para que possamos perceber os diferentes hadres. Os constituintes dos hadres so os quarks, portanto abaixo apresenta-se uma tabela de quarks.

Nome Smbolo Massa (MeV/c2) Carga

Up ! 2 + 2 3 Down ! 5 1 3 Strange ! 95 1 3 Charmed ! 1250 + 2 3 Bottom ! 4200 1 3 Top ! 173000 + 2 3

Deste modo podemos definir alguns hadres fazendo combinaes de hadres e assim fcil determinar e justificar a carga de alguns hadres, visto que a carga resultado da soma das cargas de cada um dos quarks que o origina. Por exemplo:

Proto resulta da conjugao de 2 quarks up e 1 down, da a carga do proto ser 1.

Neutro (1 quark up e 2 down) Sigma (2 quark down e 1 strange)

Isto no caso dos hadres que so constitudos por 3 quarks, ou seja, os baries. No entanto, se falarmos de um pio +, que um meso, este constitudo por um quark up e um anti-quark down, por isso que a carga do pio +1. Quando consideramos a anti-partcula de uma determinada partcula, a sua carga simtrica, ou seja, neste casa a carga da anti-particula do quark down + !!.

Existe ainda uma outra forma de classificar as partculas, para isso usamos

como critrio o seu spin, sendo assim todas as partculas com spin inteiro (0, 1, 2...) so denominados boses, como o caso dos meses. Se falarmos de partculas com valor de spin no inteiro (!! , !! , ) estas so designadas de fermies, que o caso dos baries e dos leptes.



NOTA: As tabelas foram adaptadas do livro GIANCOLI, Gouglas, Physics for scientists and engineers With Modern Physics, Pearson, United States of Amercia, 2009

Interao da radiao com a matria Uma das formas de interao da radiao com a matria atravs do processo de disperso fotoelctrico. Basicamente o que acontece que quando um foto com uma determinada energia incide num electro duas coisas podem acontecer. A energia que o foto possui suficiente para ejetar o electro do tomo e portanto ionizar o tomo. Isto acontece quando a energia do foto igual ou superior energia mnima de remoo do electro. Caso a energia do foto seja apenas capaz de elevar o electro para um nvel energtico superior, o tomo passa a estar no chamado estado excitado. O que acontece que quando o electro volta para a orbital a que pertencia, pois na Natureza tudo tende para o estado de energia mnima, o electro vai libertar energia, emitindo um foto correspondente energia entre as orbitais que ele atravessou. Pode ainda ocorre outro fenmeno que o chamada processo de disperso de Compton, em que um foto com uma determinada energia incide num electro livre, imprimindo-lhe uma certa velocidade e portanto este electro passa a possuir uma energia que igual energia do foto antes da coliso menos a energia do foto aps a coliso (admite-se uma coliso elstica). Neste processo o foto desviado e perde energia, ou seja, a sua frequncia diminui na mesma proporo. Existe ainda um outro processo denominado processo de produo de pares. Neste processo um foto (geralmente com energia superior a 10,2MeV) incide no ncleo do tomo e leva libertao de um electro e de um positro, o que acontece que quando o positro encontra um electro livre reage com ele e eleva emisso de dois raios gama que podem continuar os processos de interao podendo ocorrer novamente qualquer um dos processos acima mencionados. Os electres que so acelerados pela incidncia de radiao ele seguiria uma trajetria rectilnea, mas na realidade o que acontece que o electro sucessivamente desviado e em cada desvio liberta energia. Como um electro em movimento possui aproximadamente 200KeV de energia e a energia mnima para a ionizao da gua 12,6eV, ento um electro que se movimento num meio constitudo por gua (caso dos tecidos vivos) provoca a ionizao de cerca de 15 000 molculas de gua. Radioleze da gua No processo de radioleze da gua vrias coisas podem acontecer:



No caso do electro aquoso, o que acontece que o electro blindado por molculas de gua e no reage enquanto assim for. Isto , a molcula de gua polar, possuindo uma parte mais positiva e outra mais negativa, o electro negativo e portanto rodeado por molculas de gua que se orientam positivamente com o electro, sendo assim o electro no tem necessidade de reagir e pode ser transportado, como esta espcie de blindagem se desfizer o electro passa a ser novamente altamente reativo. Vais experincias comprovam que quando estes radicais formados na radioleze da gua, o alvo principal o ADN e estes atuam sobre ele de diferentes formas, provocando a extrao de tomos de hidrognio (H); levando dissociao do grupo funcional da restante parte da molcula; incorporando-se na prpria molcula e levando a alterao da mesma. No entanto existem outras reaes que permitem compensar os danos criados, por exemplo recuperando as molculas ou simplesmente fixar oxignio num radical para o estabilizar.

DOSE MXIMA PERMITIDA (POPULAO EUA) Pensemos do seguinte modo: Se a taxa de mortalidade dos EUA de aproximadamente 3 000 000 mortes por ano. !!"#$%&'(%() = 240 000 00080 = 3 000 000 !"#$%&/!"# Sabe-se estatisticamente que cerca de 10% das mortes so provocadas pelo cancro, ou seja, 300 000 mortes/ano so provocadas pelo cancro.



Se consideramos um nmero arbitrrio de mortes considerado razovel, por exemplo 6000 mortes/ano, isto corresponde a um acrscimo de 2%, pois 300 0000,02 = 6 000 !"#$%&/!"# Ou seja, um aumento de 2% das mortes anuais por cancro corresponderia a um aumento de 6 000 mortes anuais, o que considerado ACEITVEL. Uma dose absorvida de 250 rems corresponde a um duplicar do nmero de cancros, ou seja, provocaria a morte a mais 300 000 pessoas anualmente. Sendo assim aplicando a percentagem acima calculada a esta expresso temos que: !250 !"#$ = 2% x define a dose absorvida para que se atinjam os 306 000 mortes anuais por cancro, da corresponder dose mxima permitida, pois a partir desse valor a percentagem seria maior e consequentemente iria haver um aumento do nmero de mortes por cancro, o que iria sair da gama do que considerado aceitvel. Fazendo as contas, ! = 5 !"#$ Ou seja, algum que acumule no seu organismo 5 rems de radiao atingiu o limite mximo de radiao acumulada no seu organismo. Considerando ma exposio do individuo a radiao no natural durante 30 anos, obtemos 5 !"#$30 = 167!"#!$/!"# 170!"#!$/!"# Sendo assim a dose mxima permitida nos EUA de 170 mrems/ano.



A maior parte dos danos que so causados pelos radicais so auto-suficientes e por vezes levam a um aumento dos danos sequencialmente. Por exemplo, o acaso acima a ao do radical ! com um cido orgnico que depois de sucessivas reaes em cadeia leva formao do uma espcie de detergente (lado direito) que vai dissolver a membrana celular e sua destruio, o radical formado (lado esquerdo) poder reiniciar o processo e levando ao desencadear das mesmas



reaes em cadeia. Sendo assim o processo de destruio vai evoluindo de forma quase exponencial. Danos no ADN



Como j foi referido anteriormente, o alvo principal dos radicais a molcula de ADN, e portanto iremos analisar o que acontece quando alguns radicais reagem com partes da molcula de ADN. O que pode acontecer que um radical promova o abandono de um hidrognio da molcula, ficando um electro desemparelhado na molcula de ADN, passando esta a funcionar tambm como radical. Os electres desemparelhados que daqui resultam podem ainda levar proliferao de mais leses como j foi mencionado anteriormente. A molcula de ADN radicalizada tem uma enorme afinidade em receber uma grupo OH que se liga e ao carbono onde se encontrava o radical. No entanto, devido elevada electronegatividade do oxignio, este fragiliza as ligaes e quebra a molcula (separando o grupo fosfato da base). Se a ruptura das molculas ocorrer em dois locais prximos no possvel corrigir o erro, pois j houve destruio de uma poro da molcula, caso contrrio poder surgir a atuao de uma enzima que repare a ruptura provocada. Os radicais hidroxilo, por exemplo, podem ainda atuar ao nvel das bases azotadas da molcula de ADN e levar sua destruio, levando formao de timina glicol ou 5-hidroxidmetil glicina. Grande parte dos produtos desta reaes so excretados pela urina (aproximadamente 100 nmol por dia). Todos os dias nas nossas clulas ocorrem cerca de 1000 a 2000 ataques ao ADN que so reparados. Os que no conseguem ser reparados contribuem para o nosso envelhecimento. O mecanismo de Citochrome Oxidase permite que os radicais de O2- sejam reconvertidos em H2O bem como o radical hidroxilo. Isto consegue-se graas existncia de enzimas como a catalase e a SOD (Superoxido diagenotase). Existem ainda vrios anti-oxidantes no organismo humano que levam a que os efeitos dos radicias livres sejam minimizados.



A glutationa um dos antioxidantes mais importante que se conhece e existem cerca de 10 micromoles em cada clula. O seu grupo SH responsvel pela sua capacidade antioxidante. Esta pode repor hidrognio em molculas que foram propolizadas pois quando a glutationa est reduzida necessrio oxid-la e portanto doa um tomo de H. Como lana H para o meio funciona como soluo-tampo controlando o pH do meio. A reparao mista dos tecidos um processo misto e envolve vrios mecanismos. A reparao numa primeira fase, nos primeiros segundos, ocorre principalmente a nvel qumico. Nesta reparao qumica salienta-se, por exemplo, a fixao dos danos pois fazem-se reagir alguns radicais com molculas de di-oxignio e estas fixam o radical. Nos minutos seguintes ocorre a chamada reparao bioqumica em que interferem os processos enzimticos como a atuao da SOD e da catalase, este processo enzimtico (alis como todos os outros processos enzimticos)



mais lento do que o processo qumico de reparao. Por fim pode haver ainda uma reparao biolgica com a re-populao dos tecidos com as clulas sobreviventes, como de esperar este ser um processo ainda mais lento pois implica a diviso celular.

109174608 Resumo Sebenta de Biofisica I

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