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FISIOLOGIA 
ANIMAL/GERAL 
 
AULA 3 GERAÇÃO DE POTENCIAIS ELÉCTRICOS DE MEMBRANA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LUÍS MARTINHO DO ROSÁRIO, PAULO SANTOS 2013 
 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA VIDA 
FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA 
UNIVERSIDADE DE COIMBRA 
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Experiências a realizar 
 
Parte A. Potenciais de membrana 
1. Utilização da câmara de Ussing: Potenciais eléctricos de membrana gerados por gradientes 
de K+. 
2. Utilização do programa “Goldman” para calcular o potencial de membrana de um neurónio 
da lula. 
 
Parte B. Simulação do potencial de acção com o programa NeuroSim 
3. Alterações da permeabilidade iónica da membrana responsáveis pelo potencial de acção. 
4. Efeito de toxinas que actuam nos canais de Na+ ou de K+. 
5. Determinação do estímulo limiar. 
6. Relação entre intensidade do estímulo e frequência dos potenciais de acção: Codificação 
da intensidade do estímulo. 
 
Parte C. Estimulação das respostas de um neurónio pós-sináptico com o programa PSP 
7. Potencial pós-sináptico excitador (EPSP) e potencial pós-sináptico inibidor (IPSP). 
8. Efeito da sinapse inibidora na frequência de potenciais de acção induzidos por um 
neurotransmissor excitador. 
 
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PARTE A Potenciais de membrana 
 
Experiência 1 
Potenciais de membrana gerados por gradientes de K
+
 
 
 O desenvolvimento do potencial eléctrico de repouso da célula nervosa pode ser estudado 
com o modelo da câmara de Ussing que é constituída por dois compartimentos separados por 
uma membrana seletivamente permeável (Fig.1). 
 Na aula prática irão ser determinados os potenciais através duma membrana seletivamente 
permeável a catiões que separa duas soluções iónicas de concentrações diferentes. Para medir os 
potenciais desenvolvidos, irão ser utilizados eléctrodos de Ag/AgCl ligados a um galvanómetro 
(Fig.1). Os potenciais obtidos experimentalmente irão ser comparados com os valores calculados 
com a equação de Nernst. 
 
Figura 1 - Sistema para determinação de potenciais de membrana constituído pela 
câmara de Ussing (1), eléctrodos de Ag/AgCl (2) e galvanómetro (3). 
 
Procedimento experimental 
Determine os potenciais eléctricos gerados através da membrana da câmara de Ussing, nas 
condições indicadas na Tabela I. 
1.1. Prepare as soluções de KCl de que necessita por diluição da solução 1 M de KCl. 
1.2. Adicione, com uma proveta, 100 ml de cada uma das soluções indicadas na Tabela I às 
câmaras de Ussing. 
1.3. Introduza os eléctrodos nas câmaras e ligue o eléctrodo da câmara A à posição “ELEKTRODE”, 
e o eléctrodo da câmara B à posição “BEZUGSELEKTRODE”. 
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1.4. Leia no galvanómetro o valor do potencial e anote os valores na Tabela I (selecione a escala de 
140 mV). Tenha atenção à polaridade desta escala. 
 
Tabela I 
 
 Potencial de membrana (mV) 
[KCl] (M) Medido Teórico 
Câmara A Câmara B 
0,01 0,01 
0,01 0,001 
0,1 0,001 
0,1 0,01 
 
Cálculo do potencial de membrana 
1.5. Calcule com a equação de Nernst os potenciais eléctricos esperados nas condições indicadas 
na Tabela I. Considere que a câmara A corresponde ao meio intracelular e a câmara B ao meio 
extracelular. 
 
Equação de Nernst : 
int.
+
ext.
+
][K
][Kln
zF
RT
=KE
 
 
 
 R é a constante dos gases perfeitos (1,987 cal/ºK.mol), T é a temperatura na escala de Kelvin (0 
ºC = 273 ºK), z é a valência do ião, e F é a constante de Faraday (23060 cal/V.mol). 
 
1.6. Que factores são necessários para que haja desenvolvimento do potencial eléctrico através da 
membrana? Que factor determinou a grandeza do potencial eléctrico? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Experiência 2 
Utilização do programa “Goldman” para calcular o potencial de membrana de um neurónio da 
lula 
 
O potencial de membrana de um neurónio pode ser determinado com a equação de Goldman, 
que considera as contribuições de todos os iões a que a membrana é permeável. 
 
Equação de Goldman: 
ext.Clint.Naint.K
int.Clext.Naext.K
m ][ClP][NaP][KP
][ClP][NaP][KPln
F
RTV
−++
−++
++
++
= 
 
O programa "Goldman" permite determinar os potenciais de equilíbrio dos iões Na+, K+ e Cl- e o 
potencial de membrana, quando se altera a concentração ou a permeabilidade da membrana 
àqueles iões. 
 
 
2.1. Determine os potenciais de membrana do axónio gigante da lula nas várias condições 
indicadas na Tabela II. (Observe os valores das concentrações intra- e extracelulares de Na+ 
e K+ no caso dum animal marinho). 
 
Tabela II 
 K+ Na+ Vm 
(mV) [intra] 
(mM) 
[extra] 
(mM) 
PK 
(%) 
[intra] 
(mM) 
[extra] 
(mM) 
PNa 
(%) 
1 400 20 100 50 440 4 
2 400 40 100 50 440 4 
3 400 60 100 50 440 4 
4 400 20 100 50 220 4 
5 400 20 100 50 110 4 
6 400 20 50 50 220 1000 
7 400 20 100 50 220 1 
 
2.2. Relacione as alterações do potencial de membrana verificadas com as alterações das 
concentrações de Na+ e de K+. 
 
 
 
 
2.3. Calcule, utilizando a equação apropriada, o potencial de membrana que se esperaria com os 
parâmetros indicados na experiência 1 da Tabela II. 
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PARTE B Simulação do potencial de ação com o programa Neurosim 
 
Simulação do potencial de ação com o programa NeuroSim 
 
 O programa NeuroSim permite simular a realização de experiências de eletrofisiologia nas quais 
se estimula electricamente o axónio da lula através da injeção intracelular de cargas positivas com um 
microeléctrodo. As condições de estimulação são selecionadas num menu (figura seguinte) que 
permite variar a intensidade, a duração e o intervalo entre estímulos e as concentrações 
extracelulares de Na+ e de K+. O programa permite ainda estudar os efeitos de toxinas que atuam nos 
canais de Na+ e K+. 
 
 
Figura 2 – Ecrã inicial do programa NeuroSim. 
 
 
 
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Figura 3- Ecrã representativo dos resultados obtidos após estimulação do axónio. 
 
 Após a estimulação do axónio observam-se as alterações do potencial de membrana (em mV), 
as correntes de Na+ e de K+ através da membrana (uA) e as alterações da permeabilidade da 
membrana a Na+ e a K+ (uS). 
 
 
Experiência 3 
Alterações da permeabilidade iónica da membrana responsáveis pelo potencial de ação 
 
3.1. Estimule o axónio com um único estímulo (intensidade 50 µA e duração 0,25 ms. Altere a 
amplitude do segundo estímulo para 0 µA). 
3.2. Observe as alterações do potencial de membrana e identifique as fases do potencial de ação: 
despolarização, repolarização e hiperpolarização final. 
3.3. Identifique as correntes de Na+ e K+ e relacione-as com as fases do potencial de ação. 
 Observe a direção destas correntes. 
 
 
 
 
Experiência 4 
Efeito de toxinas que atuam nos canais de Na+ ou de K+ 
4.1. Tetrodotoxina (TTX) 
 4.1.1. Aplique um estímulo de 50 µA na presença de TTX. 
 4.1.2. Qual o efeito da TTX nas alterações do potencial de membrana e das condutâncias e 
correntes de Na+ e K+ induzidas pelo estímulo? 
 
 
 4.1.3. Utilize o modelo da membrana para descobrir como actua a TTX. 
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 4.1.4. Observe que na presença de TTX também não há ativação dos canais de K+. Explique esta 
observação. 
 
 
 
 
 
 
4.2. Toxina do escorpião 
 4.2.1. Altere as escalas dos gráficos da condutância para 200 mS, e da corrente iónica para 4000 
µA. Estimule o axónio na presença de toxina do escorpião. Qual o efeito da toxina do 
escorpião no potencial de ação? 
 (Nota: no final da experiência deve repor os valores originais das escalas) 
 
 
 
 4.2.2. Observeas condutâncias e correntes de Na+ e K+. Utilize o modelo da membrana para 
descobrir como atua a toxina do escorpião. 
 
 
 
Experiência 5 
Determinação do estímulo limiar 
5.1. Determine a resposta do axónio à aplicação de estímulos de duração 0.25 ms e intensidades 10, 
15, 20, 30 e 40 µA. Qual o estímulo limiar? ______________ 
5.2. O que acontece quando se aplica um estímulo limiar? 
 
 
5.3. Existem diferenças entre os potenciais de ação induzidos por estímulos de 20, 30 ou 40 µA? Que 
conclusão pode tirar? 
 
 
 
5.4. Aplique novamente um estímulo de 15 µA mas aumente o tempo de aplicação (para 0,5 ms, por 
exemplo). Como interpreta o resultado da experiência? 
 
 
 
 
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Experiência 6 
Relação entre intensidade do estímulo e frequência dos potenciais de ação. Codificação da 
intensidade do estímulo. 
 
6.1. Altere a escala de tempo da experiência para 50 ms e aplique um estímulo de 10 µA com a 
duração de 50 ms (elimine o segundo estímulo). Observe que há geração de vários potenciais de 
ação. Por que razão a membrana repolariza apesar da aplicação contínua do estímulo? 
 
 
6.2. Determine a frequência dos potenciais de ação: ______________ 
6.3. Repita a experiência com estímulos de 30 µA e de 50 µA. Qual a frequência dos potenciais de 
ação? 
 30 µA ____________ 
 50 µA ____________ 
 
6.4. A que se deve o aumento da frequência dos potenciais de ação quando aumenta a intensidade 
do estímulo? 
 
 
 
 
6.5. Qual a importância fisiológica da relação entre frequência dos potenciais de ação e intensidade 
do estímulo? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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PARTE C Simulação das respostas de um neurónio pós-sináptico com o programa Network 
 
 O modelo Network do programa NeuroSim simula a resposta dum neurónio pós-sináptico à 
ativação de duas sinapses, que utilizam diferentes neurotransmissores. 
 O terminal sináptico a liberta acetilcolina (ACh) e o terminal b 
liberta ácido γ-aminobutírico (GABA). O programa permite ver as 
alterações do potencial da membrana pós-sináptica (N3), bem como 
dos neurónios 1 (N1) e 2 (N2). 
Figura 4- Representação da 
simulação efectuada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 5- Registos obtidos com o programa PSP. 
 
Experiência 7 
Potencial pós-sináptico excitador (EPSP) e potencial pós-sináptico inibidor (IPSP) 
 
7.1. Carregue o ficheiro epsp_and ipsp.nrs. 
7.2. Observe as sinapses estabelecidas entre os neurónios 1 e 2 com o neurónio 3 (fig. 4). 
7.3. Pressione o botão Start e verifique o efeito das estimulação elétricas dos neurónios 1 e 2 nesses 
mesmos neurónios e no neurónio 3. 
7.4. A estimulação elétrica induziu a formação de potenciais de ação nos neurónio 1 e 2? 
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7.5. O que aconteceu ao potencial de membrana no neurónio 3 quando o neurónio 1 estava ativo? 
Justifique. 
7.6. O que aconteceu ao neurónio 3 quando o neurónio 2 estava ativo? Justifique. 
7.7. Que tipo de neurotransmissor é a acetilcolina? E o GABA? 
7.8. Descreva os mecanismos pelos quais a acetilcolina e o GABA induzem alterações do potencial da 
membrana pós-sináptica. 
 
 
Experiência 8 
Efeito da aplicação de toxinas pré-sinápticas no potencial de membrana pós-sináptico 
 
8.1. Repita o ponto 7.3. 
8.2. Pressione o botão Clear, volte ao ecrã Setup e aplique a toxina TTX. O que aconteceu? Justifique. 
8.3. Pressione o botão Clear, volte ao ecrã Setup e aplique a toxina α-bungarotoxina (alpha BT). O 
que aconteceu? Justifique. 
8.4. Pressione o botão Clear, volte ao ecrã Setup e aplique a picrotoxina. O que aconteceu? Justifique. 
8.5. Pressione o botão Clear, volte ao ecrã Setup e aplique cádmio (Cd++). O que aconteceu? 
Justifique.