10ª AULA

Prévia do material em texto

•  Potencial de equilíbrio de um ião – significado. Equação de Nernst: dedução e 
significado; utilização prática (resolução de problemas). Origem do potencial 
eléctrico transmembranar. 
Bibliografia 
•  Lodish H., Baltimore D., Berk A., Zipursky S.L., Matsudaira P., and Darnell J., Molecular Cell 
Biology (4ª Ed.), Freeman W.H. and Company (USA), Cap 15 (2000). 
•  Campbell N.A., Reece J.B., and Mitchell L.G., BIOLOGY (5ª Ed.), Addison-Wesley, 1999. 
•  Nelson D.L., and Cox M.M., Lehninger – Principles of Biochemistry (4ª Ed.), Freeman W.H. 
and Company (USA), pp 406-408 (2005). 
Dedução da expressão 
º
2.3
x
s
NO PONTO DE EQUILÍBRIO, A CONCENTRAÇÃO DUMA SUBSTÂNCIA COM CARGA 
ELÉTRICA PODE SER DIFERENTE NOS DOIS LADOS DUMA MEMBRANA QUE MANTÉM UMA 
DIFERENÇA DE POTENCIAL (∆Ψ)
… pode ocorrer quando a 
transferência da substância se 
processa por difusão simples 
e/ou difusão facilitada 
Difusão simples
Difusão facilitada
2 FORÇAS
GRADIENTE IÓNICO
GRADIENTE ELÉCTRICO 
S+d
S+d
[S+d] > [S+f] 
em equilíbrio
T 
S+f S+d 
+
+
+
–
–
–
–
+
Cálculo de ∆G …
Z = +1 (ou -1, +2, -2 …) 
F = 23062 cal/mol.volt 
∆Ψ = ?? 
S0f 
Se S for uma molécula com carga elétrica a difusão simples ou a 
difusão facilitada produzem uma situação de equilíbrio em que, 
se a membrana possuir um potencial elétrico (∆Ψm), então: 
S+d ≠ S+f
No ponto de equilíbrio (∆G = 0) S+d ≠ S+f
S+f S+d 
+
+
+
–
–
–
–
+
+
+
+
–
–
–
–
+
 Z = +1 
F = 23062 cal/mol.volt 
∆Ψ = -70 mV 
em equilíbrio ∆G = 0 
0 = 1362 cal / mol log – 1610 cal / mol 
 log = 1610 / 1362
 = 101.2 =
 S+d > S+f
E se o ião fosse negativo? F = 23062 cal / mole . volt 
R = 1,987 cal / mole . K 
T = 298 K (273 + 25 )
Distribuição do ião em equilíbrio 
S+f
S+d
(S+) d
(S+) f
(S+) d
(S+) f
(S+) d
(S+) f
15,2 
1
Exemplo: 
(+1 x 23062 cal/mol.volt x -0,07 volt)
(1,987 cal/mol.K x 298 K)
TPC
Na+
(1 M)
Na+
(0.1 M)
+
+
+
+
–
–
–
–
 Z = +1
∆Ψ = –70 mV
S0
(1 M)
 S0
(0.1 M)
–
–
–
–
+
+
+
+
Calcular: 
F = 23062 cal / mole . volt 
R = 1,987 cal / mole . K 
T = 298 K (273 + 25 )
Na+
(1 M)
Na+
(0.1 M)
–
+
+
+
+
–
–
–
–
 Z = +1
∆Ψ = –70 mV
∆Ψ = 
+70 mV
 
+ 0,07 V
+
F = 23062 cal / mole . volt 
R = 1,987 cal / mole . K 
T = 298 K (273 + 25 )
Qual a origem do potencial eléctrico da membrana celular?
-
+
 +
 Cm = Q / V
Gradientes de concentração 
Bomba de Na+/ K+ 
Permeabilidade selectiva 
Ubaína! (∆Ψm = 0)
Potencial de equilíbrio para o K+ 
K+
Na+
–
CΨm = Q / ∆V
Bomba de Na+/K+ e canal de K+ 
Canais de K+ são os canais usualmente abertos na membrana plasmática de 
neurónios em repouso. Assim há saída de iões K+, o que deixa um excesso de carga 
negativa no interior da célula e, como resultado, um potencial negativo. A acção 
conjunta da bomba de Na+/K+ e do canal de K+ leva a uma acumulação de carga 
positiva no meio extracelular. Tal situação, tem como consequência, uma diferença de 
potencial negativa do meio intracelular em relação ao meio extracelular. Se 
colocarmos um elétrodo no interior de um neurónio em repouso teremos um potencial 
elétrico de algumas dezenas de milivolts negativos, tal potencial é chamado potencial 
de repouso. 
10% do ∆Ψm 
Esquema dum consensador (Cm). Duas placas estão ligadas a polos opostos duma bateria de 
modo que existe uma voltagem através do meio que separa as duas placas. Num 
condensador, este meio é um condutor fraco de electricidade. No caso da membrana celular, a 
voltagem é gerada pelo gradiente de K+ e a membrana, composta predominantemente de 
lípidos, constitui o meio isolador que separa as duas superficies da membrana. 
CΨm = Q / ∆V
O potencial de membrana e sua carga elétrica durante repouso 
O nº de iões de K+ e de aniões A– envolvidos em gerar a carga da membrana é relativamente pequeno, quando comparado 
com o nº total de iões nas vizinhanças da membrana. 
A membrana celular actua, essencialmente, como um condensador. Isto é, um condutor fraco de electricidade através do qual 
existe uma voltagem (o potencial de membrana). 
A membrana celular, composta predominantemente de lípidos actua como um meio isolador com 60 A° de espessura. O 
potencial elétrico através do meio isolador é proporcional ao nº de cargas concentradas nas placas. Pode demonstrar-se que 
para um condensador com as características da membrana celular, um potencial de -75 mV reflecte o envolvimento de 
aproximadamente 5000 pares de iões por mm2 de superfície de membrana. Isto é uma fracção infinitamente pequena do total 
de iões em solução, conforme se representa na Figura. Nesta Fig. representa-se uma área de membrana de 1nm x 1 000nm = 
1 000nm2, em que a passagem de apenas seis K+ que parcialmente se separam de seis aniões. A–, gera um potencial de 
membrana de -90mV. Note que no volume de cada um dos compartimentos adjascentes às duas superficies da membrana (1 
000nm x 1 000nm x 1nm) existem 220,000 iões em solução. Portanto, a separação parcial entre os seis K+ e os seis A– 
produzem apenas um pequeno desiquílibrio iónico, dado o grande nº de iões presente. A separação dos iões de K+ e de A– está 
restrita à fase da membrana e gera o potencial elétrico transmembranar. 
Potencial eléctrico transmembranar (∆Ψm) existente se a membrana apenas fosse permeável a K+ 
-78 mV
(∆Ψm = -70 mV) 
Potencial de equilíbrio para o K+ 
No potencial de repouso, o canal de K+ está aberto 
e há contribuição directa da Na+/K+ ATPase 
Medição do potencial eléctrico transmembranar
Electrofisiologista insere os microeléctrodos ligados a um voltímetro (ou osciloscópio) por 
intermédio de micromanipuladores que posicionam um microeléctrodo dentro da célula 
para comparação com o microeléctrodo de referência posicionado fora da célula. 
(∆Ψm = -70 mV) 
Em “steady state”, em que igual nº de K+ saem e entram na célula por unidade de tempo, o ∆Ψm 
é menos negativo que o potencial de equilíbrio para o K+ (∆ΨK+). 
 -70 mV (∆Ψm) ≠ -78mV (∆ΨK+ ) 
É uma pequena diferença, mas é uma diferença significativa porque é esta diferença de 
potencial que permite uma concentração constante de K+ dentro da célula. Isto é, em virtude do 
valor de ∆Ψm ser menos negativo que o valor de ∆ΨK+, sai da célula uma quantidade de K+ 
exactamente igual à quantidade que é transportada activamente pela (Na+,K+)ATPase mais a 
quantidade que entra devido ao gradiente eléctrico. 
Se os fluxos passivos de K+ fossem idênticos, o componente activo levaria progressivamente à 
acumulação de K+ dentro da célula. 
Exterior Interior 
+ 
+ 
+ 
+ - 
- 
- 
- 
Devido ao gradiente eléctrico (∆Ψm ) 
Devido à actividade da Na+,K+-ATPase 
Devido ao gradiente de concentração 
-78 mV
Na,K-ATPase
∆Ψm= -70 mV
Potencial de equilíbrio para o Na+ 
(∆Ψm = -70 mV) 
Exterior Interior 
Devido à actividade da (Na+,K+)ATPase 
Devido ao gradiente elétrico 
 e ao gradiente químico 
+ 
+ 
+ - 
- 
- 
+ - 
Na,K-ATPase