PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
ESTRUTURAIS DOS AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS
As proteínas são compostos orgânicos de alto peso molecular, são formadas pelo encadeamento de aminoácidos. Representam cerca do 50 a 80% do peso seco da célula sendo, portanto, o composto orgânico mais abundante de matéria viva. São encontradas em todas as partes de todas as células, uma vez que são fundamentais sob todos os aspectos da estrutura e função celulares. São os constituintes básicos da vida: tanto que seu nome deriva da palavra grega "proteios", que significa "em primeiro lugar".
Nos animais, as proteínas correspondem à cerca de 80% do peso dos músculos desidratados, cerca de 70% da pele e 90% do sangue seco. Mesmo nos vegetais as proteínas estão presentes. Existem muitas espécies diferentes de proteínas, cada uma especializada para uma função biológica diversa. Além disso, a maior parte da informação genética é expressa pelas proteínas.
Todas contêm carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio, e quase todas contêm enxofre. Algumas proteínas contêm elementos adicionais, particularmente fósforo, ferro, zinco e cobre. Independentemente de sua função ou espécie de origem, são construídas a partir de um conjunto básico de vinte aminoácidos, arranjados em várias seqüências específicas, que se repetem, em média, cerca de 100 vezes.
Desta forma, as proteínas tem como base de sua estrutura os polipeptídios formados de ligações peptídicas entre os grupos amino (-NH2) de um aminoácido e carboxílico (-COOH) de outro, ambos ligados ao carbono alfa de cada um dos aminoácidos;
São as unidades fundamentais das proteínas.
- Todas as proteínas são formadas a partir da ligação em seqüência de apenas 20 aminoácidos.
- Existem, além destes 20 aminoácidos principais, alguns aminoácidos especiais, que só aparecem em alguns tipos de proteínas.
- Possuem características estruturais em comum, tais como: a presença de um carbono central, quase sempre assimétrico. Ligados a este carbono central, um grupamento carboxila, um grupamento amina e um átomo de hidrogênio.
TERMODINÂMICA
A descoberta de meios para utilização de fontes de energia diferentes da que os animais forneciam foi o que determinou a possibilidade da revolução industrial. A energia pode se apresentar na natureza sob diversas formas, mas, exceto no caso da energia hidráulica e dos ventos, deve ser transformada em trabalho mecânico por meio de máquinas, para ser utilizada pelo homem. A termodinâmica nasceu justamente dessa necessidade, e foi o estudo de máquinas térmicas que desenvolveu seus princípios básicos.
Termodinâmica é o ramo da física que estuda as relações entre calor, temperatura, trabalho e energia. Abrange o comportamento geral dos sistemas físicos em condições de equilíbrio ou próximas dele. Qualquer sistema físico, seja ele capaz ou não de trocar energia e matéria com o ambiente, tenderá a atingir um estado de equilíbrio, que pode ser descrito pela especificação de suas propriedades, como pressão, temperatura ou composição química. Se as limitações externas são alteradas (por exemplo, se o sistema passa a poder se expandir), então essas propriedades se modificam. A termodinâmica tenta descrever matematicamente essas mudanças e prever as condições de equilíbrio do sistema.
Leis da termodinâmica. As principais definições de grandezas termodinâmicas constam de suas leis: a lei zero é a que define a temperatura; a primeira lei (calor, trabalho mecânico e energia interna) é a do princípio da conservação da energia; a segunda lei define entropia e fornece regras para conversão de energia térmica em trabalho mecânico e a terceira lei aponta limitações para a obtenção do zero absoluto de temperatura.
Lei zero. Embora a noção de quente e frio pelo contato com a pele seja de uso corrente, ela pode levar a avaliações erradas de temperatura. De qualquer forma, é da observação cotidiana dos corpos quentes e frios que se chega ao conceito de temperatura. Levando em conta essas observações, assim postulou-se a lei zero: se A e B são dois corpos em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico um com o outro, ou seja, a temperatura desses sistemas é a mesma.
Primeira lei. A lei de conservação de energia aplicada aos processos térmicos é conhecida como primeira lei da termodinâmica. Ela dá a equivalência entre calor e trabalho e pode enunciar-se da seguinte maneira: "em todo sistema quimicamente isolado em que há troca de trabalho e calor com o meio externo e em que, durante essa transformação, realiza-se um ciclo (o estado inicial do sistema é igual a seu estado final), as quantidades de calor (Q) e trabalho (W) trocadas são iguais. Assim, chega-se à expressão W = JQ, em que J é uma constante que corresponde ao ajuste entre as unidades de calor (usada na medida de Q) e Joule (usada na medida de W). Essa constante é empregada na própria definição de caloria (1 cal = 4,1868J).
Segunda lei. A tendência do calor a passar de um corpo mais quente para um mais frio, e nunca no sentido oposto, a menos que exteriormente comandado, é enunciada pela segunda lei da termodinâmica. Essa lei nega a existência do fenômeno espontâneo de transformação de energia térmica em energia cinética, que permitiria converter a energia do meio aquecido para a execução de um movimento (por exemplo, mover um barco com a energia resultante da conversão da água em gelo).
Disponível em:<http:www.biomania.com.br/bio/conteudo.asp?cod=1730>Acesso em: 31 de maio de 2013.
Óptica quântica
História
A luz é feita de partículas chamadas fótons e, portanto, inerentemente "granulada" (quantizada). A óptica quântica é o estudo da natureza e os efeitos disso. A primeira indicação de que a luz podia ser quantizada veio de Max Planck em 1899, quando adequadamente modelou a radiação do corpo negro, assumindo que a troca de energia entre a luz e a matéria só ocorria em quantidades discretas, que ele chamou de quanta. Não se sabe se a origem dessas quantidades discretas era da matéria ou da luz. Em 1905, Albert Einstein publicou a teoria do efeito fotoelétrico. Parecia que a única explicação possível para o efeito fotoelétrico era a existência de partículas de luz chamadas fótons. Mais tarde, Niels Bohr mostrou que os átomos também eram quantizados, no sentido de que eles só poderiam emitir quantidades discretas de energia. A compreensão da interação entre luz e matéria que surgiu após estes desenvolvimentos não só formou a base da ótica quântica mas também foram cruciais para o desenvolvimento da mecânica quântica como um todo. No entanto, os subcampos da mecânica quântica que lidavam com a interação de materiais leves foram considerados principalmente mais como investigações sobre "a matéria" do que sobre "luz" e, portanto, fala-se mais de física atômica e eletrônica quântica do que sobre óptica quântica.
Isso mudou com a invenção do maser em 1953 e do laser em 1960. Com a ciência do laser, ou seja, com a investigação dos princípios, design e uso destes dispositivos, a óptica quântica tornou-se uma área importante, e a mecânica quântica que fundamenta os princípios do laser foi estudada então com mais ênfase às características da luz, e assim o nome ótica quânticatornou-se comum.
Como a ciência do laser necessitava de uma boa fundamentação teórica, e também porque a pesquisa em breve se revelou muito proveitosa, o interesse em óptica quântica aumentou. Após o trabalho de Paul na teoria quântica de campos, George Sudarshan, J. Roy Glauber e Leonard Mandel aplicaram em 1950 e 1960 a teoria quântica ao campo eletromagnético, para obter uma compreensão mais detalhada da fotodetecção e das estatísticas de luz (ver grau de coerência). Isto levou à introdução do estado consistente como a descrição quântica da luz do laser e da compreensão de que alguns estados da luz não podem ser descrito como ondas clássicas. Em 1977, Kimble e outros construíram a primeira fonte de luz que exigia uma descrição quântica: um único átomo emitia um fóton de cada vez. Esta foi a primeira evidência conclusiva de que a luz era composta de fótons. Rapidamente foi proposta a luz comprimida, outro estado quântico da luz, com algumas vantagens sobre qualquer estado clássico. Ao mesmo tempo, o desenvolvimento de pulsos de laser ultracurtos, criados por técnicas de Q-switching e modelocking, abriram o caminho para o estudo dos processos inimaginavelmente rápidos ("ultra-rápidos"). Aplicações na investigação do estado sólido (por exemplo, na espectroscopia Raman foram encontrados, e foram estudadas as forças mecânicas da luz sobre a matéria.) Esta última levou à flutuação e ao posicionamento de nuvens atômicas ou mesmo de pequenas amostras biológicas numa armadilha óptica ou pinças ópticas por raio laser. Isto, juntamente com o resfriamento Doppler, foi a tecnologia essencial necessária para atingir o célebre condensado de Bose-Einstein.
Atualmente, as áreas de interesse dos pesquisadores de óptica quântica incluem a conversão paramétrica para baixo, a oscilação paramétrica óptica, os pulsos de luz mais curtos (attosegundo), o uso da óptica quântica na informação quântica, a manipulação de átomos individuais, o condensado de Bose-Einstein, sua manipulação e suas aplicações (muitas vezes chamado de ótica atômica) e muitas outras.
A pesquisa em óptica quântica que visa trazer os fótons para a utilização na transmissão de informação e informática é hoje frequentemente denominada fotônica, para enfatizar a afirmação de que os fótons e a fotônica irão assumir o papel que os elétrons e a eletrônica possuem hoje.
