A biofísica investiga os fenômenos da vida por meio das leis da física, unindo métodos experimentais e modelos matemáticos. Esse campo interdisciplinar vai das moléculas às tecnologias médicas, sendo essencial para a ciência contemporânea. 

Biofísica: a ciência que revela os mecanismos da vida

13/9/2025 ::  Marco Pozzana, biólogo

A biofísica surgiu como um campo interdisciplinar que busca explicar os fenômenos da vida por meio das leis da física. Além disso, ela se consolidou como uma ciência capaz de unificar métodos experimentais e teorias matemáticas. Assim, torna-se possível desvendar processos vitais, desde a estrutura das moléculas até a organização dos sistemas complexos.

• A biologia do amor
• O papel vital dos fungos micorrízicos
• Importância da biofisica
• Biologia quântica

Embora suas origens estejam no século XIX, com os primeiros estudos sobre difusão e osmose, a biofísica moderna expandiu-se enormemente graças aos avanços da física quântica, da espectroscopia e da modelagem computacional (Nelson, 2014). Assim, compreender a vida sob a lente da biofísica tornou-se essencial para a ciência contemporânea.

“A biofísica é a ponte entre o mundo físico e os processos vivos.”
– Bernard Katz – Nobel por estudos em sinapses

Estrutura e dinâmica molecular

Em primeiro lugar, a biofísica revelou aspectos fundamentais das macromoléculas biológicas. Proteínas, lipídios e ácidos nucleicos podem ser estudados como sistemas físicos, cujas propriedades emergem da interação entre átomos e da organização espacial. Técnicas como cristalografia de raios-X, ressonância magnética nuclear e criomicroscopia eletrônica permitiram descrever estruturas em detalhes antes inimagináveis (Kühlbrandt, 2014).

Além disso, a biofísica busca entender não apenas as formas, mas também as dinâmicas moleculares. As proteínas, por exemplo, não são rígidas, mas exibem flexibilidade, movimentos internos e transições conformacionais cruciais para sua função (Frauenfelder et al., 2009). Esses estudos ajudam a esclarecer processos como o dobramento de proteínas, que, quando falham, podem levar a doenças neurodegenerativas, como Alzheimer e Parkinson.

Outro avanço notável encontra-se na compreensão das membranas biológicas. A biofísica demonstrou como lipídios e proteínas de membrana formam mosaicos dinâmicos, capazes de regular transporte, sinalização e comunicação celular (Alberts et al., 2015).

“Brinquei à beira-mar, enquanto o oceano da verdade permanecia misterioso.”

Isaac Newton

Biofísica de sistemas e fisiologia

Em segundo lugar, a biofísica ampliou seu escopo para processos em nível celular e sistêmico. De fato, o modelo de Hodgkin e Huxley (1952), que descreveu matematicamente o potencial de ação, inaugurou uma nova era para a neurociência. A partir desse marco, tornou-se possível compreender como as informações viajam pelo sistema nervoso em forma de impulsos elétricos.

Do mesmo modo, a biofísica da circulação e da respiração mostra como princípios de hidrodinâmica e difusão explicam a distribuição de oxigênio e nutrientes. Por exemplo, a lei de Fick descreve a difusão de gases nos alvéolos pulmonares, enquanto a dinâmica dos fluidos explica o fluxo sanguíneo em artérias e capilares (Guyton & Hall, 2021).

Em organismos multicelulares, a biofísica também ajuda a compreender os limites da fisiologia. Assim, desde o transporte de íons até a biomecânica do movimento, os princípios físicos tornam-se indispensáveis. Desse modo, é possível descrever como as células e tecidos cooperam para sustentar a vida.

Tecnologias e aplicações biomédicas

Em terceiro lugar, a biofísica transformou-se em uma base para tecnologias médicas e biotecnológicas. A espectroscopia de fluorescência, por exemplo, possibilitou rastrear moléculas em células vivas em tempo real, revelando redes de sinalização. A ressonância magnética nuclear, além de desvendar estruturas moleculares, originou a ressonância magnética por imagem (MRI), hoje essencial no diagnóstico clínico (Haacke et al., 1999).

A biofísica também impulsiona a nanotecnologia aplicada à biomedicina. Nesse contexto, nanopartículas funcionais permitem transportar medicamentos diretamente a células-alvo, o que aumenta a eficácia de tratamentos contra câncer e, além disso, reduz os efeitos colaterais (Mitragotri et al., 2017).

Além disso, a interface entre biofísica e biologia sintética abre caminhos para a criação de sistemas artificiais inspirados na vida. Redes de DNA artificiais, proteínas projetadas e células sintéticas demonstram como princípios físicos podem guiar a engenharia da biologia.

“A estrutura da matéria viva é inseparável do fluxo de energia que a atravessa.”
– David Bohm – Físico com interesse em sistemas vivos

Biofísica e o futuro da ciência da vida

Em síntese, a biofísica não é apenas um elo entre a biologia e a física, mas uma ciência central para compreender a vida em diferentes níveis de organização. Ela vai das moléculas às populações, do estudo de estruturas microscópicas às aplicações clínicas que salvam vidas diariamente.

Dessa forma, ao integrar métodos quantitativos, modelos matemáticos e tecnologias de ponta, a biofísica se estabelece como um dos pilares do conhecimento científico contemporâneo. O futuro desse campo aponta para uma integração ainda maior com a biologia computacional, a medicina personalizada e a nanotecnologia. Assim, a biofísica continuará revelando os mecanismos ocultos da vida, ampliando tanto nosso entendimento quanto nossa capacidade de intervir nos processos biológicos de maneira ética e inovadora.

Fontes e referências:

• Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. (2015). Molecular Biology of the Cell. 6th ed. Garland Science.
• Frauenfelder, H., Sligar, S. G., & Wolynes, P. G. (2009). The energy landscapes and motions of proteins. Science, 254(5038), 1598–1603. DOI: 10.1126/science.174993
• Guyton, A. C., & Hall, J. E. (2021). Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. Elsevier. [PDF]
• Haacke, E. M., Brown, R. W., Thompson, M. R., & Venkatesan, R. (1999). Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design. Wiley.
• Hodgkin, A. L., & Huxley, A. F. (1952). A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. Journal of Physiology, 117(4), 500–544.
• Kühlbrandt, W. (2014). The resolution revolution. Science, 343(6178), 1443–1444.
• Mitragotri, S., Burke, P. A., & Langer, R. (2017). Overcoming the challenges in administering biopharmaceuticals: formulation and delivery strategies. Nature Reviews Drug Discovery, 13, 655–672. DOI: 10.1038/nrd4363
• Nelson, P. (2014). Biological Physics: Energy, Information, Life. Updated edition. W. H. Freeman.

Apoie o Biólogo