bioeletrogenese - o potencial de membrana em repouso
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Potencial de membrana em
repousoPSS – UNIOESTE – 2016.
Sumário• Potencial de membrana em repouso• Permeabilidade seletiva da membrana• Potencial de equilíbrio• Potencial eletroquímico• Potenciais estáveis• A bomba de sódio e potássio
• Potencial de ação• Eventos do potencial de ação• Propagação do PA.
SNC
SENSORIAIS MOTORES
RECEPTORES•Táteis•Visuais•Químicas•Auditivas•Temperatura•Dores•Propriocepção
Entrada Saída
EFETORES•Comportamentos•Sistemas Motores•Somático Viscero-Motor
Aferentes Eferentes
AprendizadoLinguagemMemória Emoção
Sono
PROCESSAMENTO“Decisão”
Organização funcional do sistema nervoso
Informação – química e elétrica!• Química – Sinapses (tema da próxima aula)• Elétrica – Sinapses e potenciais de ação
Células nervosas e musculares, por exemplo, são capazes de produzir mudanças eletroquímicas rápidas em suas membranas gerando impulsos. Esses impulsos são usados para transmitir informação ao longo dessas células.
Galvani e Volta, um pouco da história da ciência:• Luigi Galvani (1737, 1798) observou que:
• “Era possível obter a contração dos músculos das pastas posterios da rã mesmo sem a aplicação de choque elétrico, bastava a estimulação do nervo lombar com um par bimetálico (cobre e zinco).
• Alessandro Volta (1745, 1827) observou que:• “metais podiam produzir eletricidade e construiu o primeiro
gerador químico. Concluiu dizendo que músculos e nervos são apenas condutores de eletricidade”.
• Luigi Galvani respondeu que:• “demonstrou a contração de músculos da rã ao colocar em contato
com o nervo ciático de outra rã sem usar o par bimetálico para estimular. Concluiu que os elementos geradores de tensão e corrente estão no animal.”
O potencial de membrana em repouso
• Diferença no potencial elétrico (∆V) observado ao comparar-se o meio intracelular (MIC) com o meio extracelular (MEC) de uma determinada célula.
Por convenção, a voltagem nos líquidos extracelulares é o ponto de referência!
-65mV para esse exemplo! M
E qual a origem desse potencial de membrana?
• Existe uma membrana cuja permeabilidade é seletiva;• Evita a difusão livre de água e partículas hidrofílicas
(íons)
• Existe diferentes íons orgânicos distribuídos de forma desigual através da membrana.
Guyton & Hall 13ed.
Íon [Extracelular] mmol/L
[Intracelular] mmol/L
Na+ 140 15
K+ 4 130
Ca++ 2,5 0,0001 **
Cl- 120 5
Relembrando – Difusão• Simples ou facilitada• Simples: ocorre através de uma
abertura na membrana ou através de espaços intramoleculares na membrana.• Interstícios – solúveis em lipídeos• Canais vazantes de água.
• Facilitada: necessita de uma proteína carreadora que se liga quimicamente à substância a ser transportada transporta-a através da membrana.
Não há diferença de concentração e permeabilidade do íon.Não há diferença de potencial elétricoResultado: Fluxo igual de 0
Há diferença de concentração e permeabilidade do íonNão há diferença de potencial elétricoResultado: Fluxo diferente de 0
*Há movimentação do cátion a favor do seu gradiente de concentração.O movimento dessas cargas iônicas cria uma diferença de potencial elétrico (Em).
Há oposição do Em ao gradiente de concentração e estabilização das forças difusorasResultado: Fluxo igual de 0Em = Potencia de equilíbrio do íon.
Tomemos como exemplo a [K] nas duas soluções separadas por uma membrana seletiva:
O potencial de membrana em repouso
• Os potenciais de membrana são causados pela concentração de íons;• O ambiente intracelular apresenta diferente composição do
ambiente extracelular;• Uma membrana seletivamente permeável tem papel ativo na
geração desse potencial de membrana em repouso.• Proteínas transmembrana desempenham papel fundamental na
geração e manutenção do potencial de membrana em repouso
Heneine – Biofísica Básica -
Potencial de equilíbrio • Voltagem teórica que seria produzida de
um lado a outro da membrana quando apenas um íon fosse capaz de difundir-se;
• Se o K+ fosse o único cátion a atravessar a membrana, ele se difundiria até sua concentração externa e interna tornarem-se estáveis (NAO IGUAIS) → equilíbrio;
• Equilíbrio → forcas de atracao eletrica e do gradiente de difusao sao iguais e opostas;
• Nerst calcula a força eletromotiva de UM íon!
Equação de Nerst!
R = constante do gás; T = temperatura K; F número de Faraday (carga)
Potenciais estáveis• O potencial de equilíbrio e a equação de Nerst
especifica o valor do potencial de membrana quando a membrana é permeável a apenas um íon, mas sabemos que não é tão simples...
• Membranas reais são permeáveis ao • K+, Na+ e ao Cl-
Potencial de equilíbrio do K+
Potencial de equilíbrio do Na+
Equação de Goldman• Permite calcular o potencial de difusão de uma
membrana permeável a diversos íons;• Leva em consideração:• A polaridade das cargas de cada íon;• A permeabilidade da membrana para cada íon;• A concentração de cada íon [in] [out];
Equação de Goldman-Hodkin-Katz
O que acontece em uma célula?
Geração de potencial de repouso
WikiCommons - CC
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html
Potencial de repouso
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html
Potencial de Repouso
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html
Potencial de repouso
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html
Resultado: equilíbrio?• Numa situação hipotética, sim! Na
célula, não!
• O que ocorre nas células é que além dos canais de potássio existem canais para outros íons, tais como sódio.
• Por fim, e muito importante, há uma bomba carreadora de sódio/potássio que troca 3Na+ para fora da célula e 2 K+ para o interior da célula!
Veja a seguir!
A bomba de sódio e potássio
Resumo:
• Permeabilidade da membrana menor ao Na+ que ao K+ quando a célula está em repouso• Acão da Bomba sódio/potássio – trocando 3Na+ para fora e 2
K+ para dentro da célula) cria um déficit real de íons positivos no interior produzindo uma carga negativa no interior da membrana celular.• Presença de proteínas com cargas negativas e outros ânions
(Cl-) também contribuem para esse processo.
Contribuem para o potencial de membrana
em repouso:• A contribuição do
Potencial de Difusão do potássio
• A contribuição da Difusão do sódio através da membrana*
• A contribuição da bomba de Na+/K+
Guyton e Hall 13ed. *Permeabilidade ao K é 100x maior que ao Na
• Guyton – Tratado de fisiologia médica;• Heneine – Biofísica básica;
Potencial de ação• Mecanismo pelo qual os sinais nervosos são transmitidos pelos
nervos;
• Rápidas alterações do potencial de membrana que se propaga com grande velocidade por toda a membrana da fibra nervosa• Unidirecional• Do tipo tudo ou nada.
• “Cada potencial de ação começa por uma alteração súbita do potencial de membrana normal negativo para um potencial positivo, terminando então com retorno quase tão rápido para o potencial negativo”.
Guyton e Hall 13ed.
Potencial de Ação
Etapas• Estágio de repouso: e o potencial de repouso da
membrana, antes do início do potencial de acao.
• Estágio de despolarização:
• Estágio de repolarização:
• Estágio de Hiperpolarização:
Estágio de despolarização• Alta permeabilidade aos
íons sódio, permitindo que grande número de íons sódio, positivamente carregados, se difunda para o interior do axônio.
• Neutralização do estado “normal” de polarização -> e passagem do potencial para um valor positivo.
Guyton e Hall 13ed.
Estágio de Repolarização• Fechamento dos canais
de íons sódio;• Abertura de canais de
íons potássio em maior número que o normal; • Rápida difusão de íons
potássio para o exterior restabelece o potencial negativo da membrana.
Guyton e Hall 13ed.
Estágio de Hiperpolarização• A abertura dos canais
de potássio permite o efluxo do íon e rápida repolarização da membrana, no entanto, ocorre uma hiperpolarização.• A bomba de sódio e
potássio restaura as concentrações iônicas iniciais.
Guyton e Hall 13ed.
Os 4 eventos do PA e a condutância dos íons Na+ e K+
Guyton e Hall 13ed.
Potencial de Ação
Período refratário• Chama-se de período
refratário o intervalo de tempo no qual a membrana permanece inexcitável. Isso deve-se ao fato de que após se abrirem os canais iônicos passam ao estado inativo.
Tudo ou nada• É uma avalancha de
despolarização, que leva a um ponto em que a corrente despolarizante de Na+ é muito maior que a corrente repolarizante de K+; • Irreversível!
Potencial de ação é unidirecional!• Zona de gatilho!• Período refratário!
Resumo:
• Rápidas alterações do potencial de membrana que se propaga com grande velocidade por toda a membrana da fibra nervosa• Unidirecional• Do tipo tudo ou nada.
Para a próxima aula• Velocidade de
condução do potencial de ação;• Circuito neuronal• Sinapses
Referências e material complementar• Guyton & Hall 11 edição• Guyton & Hall 13 edição – Em inglês• Nolte, J. – Neurociência - 1ed.• Lent, R. – Cem Bilhões de neurônios? 2ed.• Heneine – F. – Biofísica Básica• Garcia – E – Biofísica.• Complementares:• http://
www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html
• http://fisiologia.ib.usp.br/labcog/index.php/11-categoriapt-br/13-extensao
• Muito obrigado.