Propriedades das Células Excitáveis

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Arthur Rodrigues Cardoso - Turma 150
Universidade Federal de Pernambuco
Propriedades das Células Excitáveis
CARACTERÍSTICAS DAS CÉLULAS EXCITÁVEIS
- Possuem uma membrana excitável que, a partir do deslocamento de íons,
conseguem transmitir informações. As principais células excitáveis são células
nervosas (neurônios) e muscular.
- Capacidade que as células têm de se excitarem, gerar potenciais elétricos. É comum a
todas as células, pois acontece devido à existência da membrana plasmática.
Excitação é gerar Potencial Elétrico.
1. Líquidos Extra e Intracelulares
a. Compostos principalmente por água, que, por ser uma molécula polar, é um
solvente eficiente para moléculas polares ou carregadas.
b. Dissolvidos na água estão os íons (átomos ou moléculas que possuem carga
elétrica líquida), que estão envolvidos na condução de eletricidade e,
consequentemente, de informações.
c. Os principais íons para as células excitáveis são os cátions (cargas +) Na+, K+,
Ca²+ e o ânion (carga -) Cl-.
2. Membrana plasmática
a. Bicamada fosfolipídica (anfipática) que separa os meios intra e extracelular e
que possui proteínas incrustadas, que possuem a mesma concentração
química, mas com composição diferentes (em ambos os lados, existe uma
concentração de cerca de 300 miliosmol)
i. Extracelular: concentração grande de íons Na+ (potencial positivo),
menos água (⅓), nutrientes e gases da respiração;
ii. Intracelular: concentração grande de íons K + (potencial negativo:
-70 mV, devido aos ânions de proteínas dissociadas que não
conseguem sair da célula pois não há mecanismo de transporte para
elas) e mais água (⅔).
b. Os fosfolipídios possuem uma “cabeça” polar (hidrofóbica), o fosfato e uma
“cauda” apolar (hidrofóbica) de hidrocarbonetos.
c. Moléculas hidrofílicas são atraídas pela água, como íons e moléculas polares.
Já moléculas hidrofóbicas não se dissolvem em água como os lipídios e
hidrocarbonetos.
d. Os grupos fosfato estão voltados para os líquidos, enquanto os
hidrocarbonetos se voltam para si. Por isso, apenas moléculas hidrofóbicas
conseguem atravessar livremente a membrana, enquanto as hidrofílicas
necessitam de proteínas.
As nossas células têm um momento em que elas podem exercer atividades celulares
de metabolismo, mas não exercendo uma função corpórea. Nesse momento, a membrana
celular tem um determinado potencial elétrico que chamamos de Potencial de
Membrana. E nesse potencial, em que a célula não está se alterando eletricamente,
chamamos de Potencial de Repouso.
Os íons são hidrossolúveis, por isso não conseguem atravessar a membrana
plasmática. Entretanto, há a necessidade de comunicação entre os lados interno e externo da
célula. E as proteínas da membrana são as estruturas responsáveis por essa comunicação.
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3. Proteínas da Membrana
a. São formados por aminoácidos unidos por meio das ligações peptídicas. Os
aminoácidos possuem um radical R que varia com o tipo de aminoácido e
determina suas propriedades.
b. As interações entre os grupamentos R de diferentes aminoácidos faz com que
a proteína, os polipeptídeos, adquira uma conformação tridimensional, a
estrutura terciária.
c. Cada polipeptídeo que constitui uma proteína quaternária é chamado de
subunidade.
d. As proteínas podem atravessar toda a membrana plasmática (intrínsecas) ou
podem permanecer de apenas um lado (extrínsecas). Principais exemplos:
i. Bomba Iônicas: proteínas intrínsecas ou transmembrana, usam
energia (ATP) para transportar íons através da membrana,
ou seja, é um tipo de transporte ativo. Ex: Bomba/ATPase de Sódio
e Potássio
ii. Canais Iônicos: proteínas transmembranas cilíndricas com as
extremidades ricas em aminoácidos com grupamentos R polares e a
região intermediária rica em aminoácidos com grupamento R
hidrofóbicos. Funcionam como portões ou comportas. Permitem a
passagem de elementos de baixo peso molecular (íons).
1. Possuem seletividade iônica, baseado no tamanho
diametral e na carga do íon, além no seu líquido de
solvatação (moléculas de água que interagem). Transporte em
difusão simples, sem gasto de energia, à favor do gradiente
de concentração (maior concentração →menor concentração).
Podem ser:
a. De REPOUSO: ativo sempre, com fluxo contínuo,
mas não interferem no potencial de membrana, pois
não se altera eletricamente (não há variação de
voltagem). Logo, é quando a célula não está realizando
atividades metabólicas/fisiológicas. São menos
numerosos.
b. REGULADORAS: fechados, mas abrem diante de
algum estímulo: dependendo da voltagem dos ligantes,
ou podem ser mecanicamente dependentes (ligados a
filamento de citoesqueleto)
No repouso, a membrana plasmática tem uma permeabilidade maior para o
potássio porque ela tem mais canais de repouso, cuja maioria são os canais de
repouso para potássio, do que para o sódio. Por isso, há sempre um EFLUXO (saída)
de potássio das células, já que internamente a concentração de potássio é maior.
Mas a concentração não é o único fator que influencia no fluxo dos íons. Como
a parte extracelular possui carga positiva, e a interior negativa, com a saída de íons
potássio (K+) também vai haver um efluxo de cargas positivas. Por isso, há uma
repulsão entre as cargas positivas que diminui o efluxo de potássio no repouso.
Para que haja uma ação celular é necessária a variação elétrica do
potencial de membrana.
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A bomba ATPase de Sódio e Potássio também influencia na
eletronegatividade da célula no repouso, pois ela retira 3 íons Na + e coloca de volta 2
íons K +, e isso gera o déficit de carga positiva deixando o meio intracelular ainda
mais negativo.
1. Canais dependentes de ligantes (Receptores de Neurotransmissores/
Hormônios): Ligantes são substâncias que se acoplam a um sítio de ligação do
receptor e abrem o canal para que ocorra o fluxo iônico. (Receptores do tipo GABA).
2. Canais regulados por fosforilação: quando a substância está localizada
intracelularmente. Formação e liberação de um fosfato que se liga ao receptor,
abrindo o canal.
3. Canais Voltagem-Dependentes: se ativa por variação na voltagem da membrana.
4. Canais regulados por estiramento (respondem a estímulos mecânicos): a
proteína receptora está ligada intracelularmente ao citoesqueleto, que a partir de uma
excitação mecânica, abre o canal iônico.
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FASES DO POTENCIAL DE AÇÃO
É uma alteração transitória do potencial de membrana, que dura na ordem de
milissegundos, em que a célula se torna positiva no meio intracelular.
Fase Ascendente: entrada de Na+ e Despolarização
1. O potencial de repouso é em torno de -70 mV. Há a entrada de Na+ na célula e ocorre
a DESPOLARIZAÇÃO DA MEMBRANA (geração de potencial, diminuindo a
negatividade, caminhando para a positividade, a partir do ganho de cargas positivas),
que pode ocorrer de diversas formas (abertura de canais de Na+ sensíveis a
neurotransmissores, à luz, ao estiramento da membrana ou através de uma injeção
de corrente elétrica);
2. Se a despolarização atingir o limiar (nível crítico de despolarização; -40
mV//mudança positiva na ordem de +30 mV), os canais de Na + dependentes de
voltagem se abrem, despolarizando ainda mais a partir do influxo de Na+
3. Com a entrada do sódio, a célula atinge um valor positivo de +30 mV e há, então, a
inativação dos canais de Na+ dependente de voltagem e abertura dos canais de K +
dependentes de voltagem, quando chegamos no pico de ultrapassagem.
No momento em que os canais de Na+ estiverem inativados, e não pode gerar outros
potenciais de ação por já estar tendo um potencial de ação, chamamos isso de Período
Refratário Absoluto. E é nesse momento que há a ativação do canal de potássio,
provocando um efluxo de K+.
Fase Descendente: saída de K+ e Repolarização
4. Há um efluxo intenso de K+ da célula, tornando-aHiperpolarizada (extremamente
negativa).
5. Há o fechamento dos canais de K+ dependentes de voltagem e reativação dos canais
de Na+ dependentes de voltagem;
6. A bomba de Sódio e Potássio sempre em atividade, restaura as concentrações iniciais
e consequentemente o potencial de repouso.
No momento da Hiperpolarização (aumentando a negatividade, para além da
polarização) pós-potencial, pode-se gerar um novo potencial, desde que o estímulo seja
supralimiar. Isso chamamos de Período Refratário Relativo.
O limiar de excitabilidade das células neuronais é menor que as do músculo.
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Para que haja potencial de ação, é necessário a ativação de canais de sódio
dependentes de voltagem. (Resposta do Tudo ou Nada). Esse potencial de ação vai ter
as mesmas características na mesma célula, ao mesmo tempo. A ativação do canal de
potássio dura mais tempo que a de sódio, por isso o efluxo de potássio é maior que o
influxo de sódio. Os anestésicos tem função de bloquear esses canais.
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PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO
O potencial de ação é propagável. Pode se propagar para dentro da célula ou
para outra célula.
Nos neurônios, nos dendritos, existem canais iônicos dependentes de ligantes
ou de estímulo mecânico, que vão se abrir e gerar uma despolarização ou
hiperpolarização (inibição por influxo de cargas negativas). Essas cargas elétricas
caminham no corpo celular até o cone axonal/zona de disparo, onde estão presentes
muitos canais de Na+ dependentes de voltagem (que também estão ao longo do
axônio), onde é gerado o potencial de ação.
Depois que o potencial de ação é gerado, ele é propagado. Dois fatores
interferem na propagação: o diâmetro da fibra e a mielinização. O diâmetro da
fibra, quanto maior o diâmetro, maior a velocidade de propagação do potencial de
ação. Para sinais elétricos, quanto maior o diâmetro maior a quantidade de
citoplasma que permite o fluxo delas de forma mais rápida ao longo da fibra.
A mielinização, caso não exista, faria com que o potencial de ação precisasse
caminhar o axônio inteiro despolarizando-o todo, demorando mais para que a
informação se propague. Quando há a bainha de mielina (alta resistência), o
potencial de ação caminha mais rápido pois só precisa se propagar nos Nódulos de
Ranvier (interrupção da bainha de mielina). O nome disso é Condução Saltatória.
POTENCIAL GRADUADO EXCITATÓRIO/POTENCIAL LOCAL
É um potencial intermediário, em que a célula se altera mas não gera uma
resposta corporal/fisiológica. Pode ser excitatório ou inibitório se houver somação de
estímulos. Esse potencial existe nas células do SNC. A amplitude do sinal depende da
intensidade do estímulo.
Ele é chamado de potencial local pois esses potenciais não se propagam na
célula nem para outra célula. Ele não consegue ativar a zona de disparo.
A somação do potencial graduado pode ser espacial ou temporal.
Espacial: a célula recebe estímulos ao mesmo tempo, em locais
diferentes, aumentando a variação de potencial elétrico, chegando próximo ao
limiar (sublimiares) de potencial de ação, podendo ou não gerá-lo.
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Temporal: a célula recebe o mesmo estímulo, com mesma
intensidade, no mesmo local, em momentos diferentes, aumentando a
variação de potencial elétrico, chegando próximo ao limiar de potencial de
ação, podendo ou não gerá-lo.
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ESTUDO DIRIGIDO
1. O que significa potencial de membrana em repouso?
É o momento em que a célula não está se alterando eletricamente, logo não está
desempenhando funções fisiológicas.
2. O que são canais iônicos?
São proteínas transmembranas que funcionam como portões ou comportas e
permitem a passagem de elementos de baixo peso molecular (íons).
3. Qual a principal característica do canal iônico?
Possuem seletividade iônica, baseada no tamanho diametral e na carga do íon.
4. Como se dá o fluxo de íons pelos canais iônicos? Tem gasto de energia
metabólica (ATP)?
Transportam as moléculas por meio de Difusão Simples, sem gasto de energia (a
favor do gradiente de concentração).
5. O que significa potencial de ação?
Potencial de ação é uma alteração elétrica transitória do potencial de membrana, que
dura na ordem de milissegundos, em que a célula se torna positiva no meio intracelular.
6. Quais as características do potencial de ação?
É necessária a ativação de canais de sódio dependentes de voltagem para permitir o
influxo de Na+, a partir da despolarização da célula até o limiar (mudança positiva na ordem
de 30 mV), para influenciar maior despolarização até que a célula fique positiva e volte a
repolarizar.
7. Qual canal iônico está ativo na fase ascendente do potencial de ação?
Os canais iônicos de Sódio.
8. Qual canal iônico está ativo na fase descendente do potencial de ação?
Os canais iônicos de Potássio.
9. O potencial de ação é sempre excitatório, ou também pode ser
inibitório?
O potencial de ação tem um momento que é excitatório (influxo de Na+) e um
momento que é inibitório (efluxo de K+)
10. Considerando um neurônio, onde é gerado o potencial de ação?
No cone axonal/zona de disparo.
11. Quais fatores interferem na propagação do potencial de ação?
O diâmetro da fibra e a mielinização
12. O que significa potencial graduado (ou local)?
É um potencial intermediário, em que a célula se altera mas não gera uma resposta
corporal/fisiológica, pois não atinge o limiar de ação. Ele é chamado de potencial local pois
esses potenciais não se propagam na célula nem para outra célula. Ele não consegue ativar a
zona de disparo.
13. O que significa somação temporal e somação espacial?
Espacial: a célula recebe estímulos ao mesmo tempo, em locais diferentes,
aumentando a variação de potencial elétrico, chegando próximo ao limiar (sublimiares) de
potencial de ação, podendo ou não gerá-lo.
Temporal: a célula recebe o mesmo estímulo, com mesma intensidade, no mesmo
local, em momentos diferentes, aumentando a variação de potencial elétrico, chegando
próximo ao limiar de potencial de ação, podendo ou não gerá-lo.