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TEMA 2 - Biofísica das membranas excitáveis (RESUMO)
MÓDULO 1
A membrana celular é uma estrutura especializada em seleção de moléculas, composta por uma 
bicamada fosfolipídica com regiões hidrofílicas e hidrofóbicas. Contém colesterol para 
permeabilidade e proteínas, como glicoproteínas, que desempenham funções diversas. Os 
carboidratos formam o glicocálice, atuando como substâncias receptoras.
As características da membrana celular mantêm composição química específica no Líquido 
extracelular e intracelular, conforme diferença de concentração mostrada em tabela.
Concentração
Líquido extracelular (LEC)
Na+: 142 mEq/L
K+: 4 mEq/L
Ca2+: 2,4 mEq/L
Cl-: 103 mEq/L
Fosfato: 4 mEq/L
Glicose: 90 mg/dL
Aminoácidos: 30 mg/dL
Lipídeos: 0,5 g/dL
Proteínas: 2 g/dL
Líquido intracelular (LIC)
Na+: 10 mEq/L
K+: 140 mEq/L
Ca2+: 0,001 mEq/L
Cl-: 4 mEq/L
Fosfato: 75 mEq/L
Glicose: 0 a 20 mg/dL
Aminoácidos: 200 mg/dL
Lipídeos: 2 a 95 g/dL
Proteínas: 16 g/dL
Todas as moléculas e íons do corpo estão em movimento constante devido à energia térmica, 
que é transferida de molécula para molécula, resultando em calor.
Todas as moléculas e íons do corpo estão em movimento devido à energia térmica, resultando 
em calor. Esse movimento permite a difusão de moléculas entre meios, sendo simples ou 
facilitada, ambas formas de transporte passivo. O transporte ativo requer energia e ocorre de 
um meio menos para um mais concentrado.
A difusão pode ocorrer pela bicamada fosfolipídica ou por canais aquosos nas proteínas da 
membrana. Moléculas como O2 e CO2 são lipossolúveis e difundem-se na bicamada, enquanto 
a água passa pelas aquaporinas e outras moléculas por canais proteicos. Estes canais podem 
ser regulados por voltagem ou agentes químicos.
Alguns fatores que influenciam a intensidade da difusão incluem:
A difusão facilitada difere da difusão simples na velocidade de difusão. Na difusão facilitada, a 
velocidade aumenta até atingir um máximo com a concentração da substância. A molécula 
difusora se liga a um receptor na membrana, promovendo a abertura do poro para o 
transporte.
A água difunde-se na membrana celular seguindo a lei da osmose, movendo-se do meio menos 
concentrado para o mais concentrado de solutos devido à pressão osmótica.
A célula transporta íons e substâncias contra gradientes de concentração para manter as 
concentrações necessárias.
Grau de lipossolubilidade
Espessura da membrana
Número de canais proteicos
Temperatura
Peso molecular da substância difusora
Este tipo de transporte primário ativo utiliza energia proveniente da hidrólise do ATP, como na 
bomba de sódio-potássio.
Transporte ativo secundário pode ocorrer por cotransporte (ou simporte) e contratransporte 
(ou antiporte), utilizando a energia do transporte ativo para movimentar substâncias em 
direções opostas. Exemplos incluem Na+ com glicose e aminoácidos no cotransporte, e 
Na+/Ca2+ e Na+/H+ no contratransporte.
Se o LEC ficar hipertônico, a célula murcha; se hipotônico, a célula incha. Em meio isotônico, há 
equilíbrio de água. A osmolaridade refere-se à concentração de solutos na solução.
A maioria das macromoléculas no corpo atrai íons de cargas opostas, contribuindo para a 
osmolaridade intracelular. Isso causa o efeito Donnan, com água entrando nas células devido às 
macromoléculas carregadas. A bomba de Na+/K+ impede o inchaço celular em animais e 
bactérias.
Segundo Delatorre (2015), no equilíbrio Donnan, as concentrações internas e externas dos íons 
permeantes (potássio, sódio e cloreto) são sempre iguais.
Os lipídios na membrana são hidrofóbicos, enquanto os íons são hidrofílicos e rodeados por 
moléculas de água. Para atravessar a membrana, os íons dependem de proteínas chamadas 
canais iônicos. A entrada do íon no canal depende do seu tamanho e da camada de água ao 
redor. O íon Na+ tem um campo elétrico mais forte do que o K+, atraindo mais moléculas de 
água e mostrando menor mobilidade.
O íon Na+ tem mais facilidade de se ligar em locais com carga negativa do que o K+. Canais 
iônicos com campo elétrico forte atraem Na+ facilitando sua passagem, enquanto canais com 
campo elétrico fraco selecionam K+. O fluxo de íons depende de forças eletroquímicas e de 
difusão, com a taxa de fluxo influenciada pela concentração dos íons. Canais proteicos têm 
glicoproteínas e poros aquosos para passagem de íons.
MÓDULO 2
A obra de Luigi Galvani de 1871 descreveu a presença de energia elétrica no músculo e nervo, 
enquanto a membrana é comparada a um capacitor elétrico.
Há uma maior concentração de íons K+ no LIC, criando eletropositividade na face externa da 
membrana e eletronegatividade internamente. A ddp impede a difusão efetiva do K+ para o 
exterior. Os íons Na+ têm maior concentração no LEC e tendem a entrar na célula. A 
permeabilidade da membrana e as concentrações dos íons interna e externa influenciam a ddp, 
destacando a importância do potencial de Nernst.
Potencial de repouso dos nervos é influenciado pelos canais de "vazamento" de K+ e Na+. A 
difusão de K+ gera uma FEM de -86mV, enquanto a bomba de Na+/K+ contribui com -4mV, 
resultando em um potencial de repouso efetivo de -90mV.
A bomba de Na+/K+ é um complexo proteico que utiliza energia da hidrólise de ATP para 
bombear 3 íons de sódio para fora e 2 íons de potássio para dentro da célula, criando uma 
diferença de potencial. Isso ajuda a manter a carga da membrana e controlar o volume celular, 
evitando o inchaço.
Podemos ignorar o cloreto em células neuronais devido à falta de transporte ativo. O equilíbrio 
iônico é mantido por difusão, com exceções em algumas células neuronais que utilizam 
transportadores de Cl⁻. A equação de Goldman analisa a contribuição de cada íon no potencial 
de equilíbrio, considerando concentração e permeabilidade.
Os potenciais de ação são essenciais para a transmissão de informação nos neurônios, 
passando por estágios: repouso, despolarização e repolarização. Canais de Na+ e K+ são 
fundamentais nesse processo, com comportas de ativação e inativação. O Na+ abre mais 
rapidamente que o K+ durante a despolarização, permitindo a entrada de Na+ e a saída de K+, 
levando à repolarização.
O potencial de ação é um círculo vicioso de feedback positivo, iniciado pela despolarização que 
abre canais de Na+, aumentando o potencial e abrindo mais canais. É necessário um aumento 
repentino de 15 a 35mV no potencial de repouso para gerar um potencial de ação, atingindo o 
limiar de disparo de aproximadamente -65mV.
Outros íons como ânions e Ca2+ podem influenciar o potencial de ação, contribuindo para a 
despolarização da membrana. Durante a despolarização, as cargas positivas entram na célula, 
aumentando a voltagem e gerando um impulso nervoso que percorre a fibra. A transmissão do 
impulso nervoso segue o princípio do "Tudo ou Nada", onde a despolarização deve alcançar o 
limiar de excitação para ocorrer.
Em algumas células do corpo, como nas fibras cardíacas, ocorre um platô de 0,2 a 0,3 s durante 
os potenciais de ação, resultando em uma contração prolongada devido à presença de canais 
lentos de Na+/Ca2+ e K+ mais lentos. Algumas células, como as do músculo cardíaco, são 
capazes de gerar potenciais de ação espontâneos devido à presença constante de canais de Na+ 
e Ca2+ abertos, levando à despolarização e ao aumento da permeabilidade da membrana. Na 
fibra muscular cardíaca, não ocorre despolarização imediatamente após a repolarização devido 
à hiperpolarização causada pelo aumento da condutância de K+, mantendo a carga interna 
negativa.
Nos axônios, o potencial de ação viaja em "saltos" devido à bainha de mielina, formada por 
células de Schwann e esfingomielina. As fibras nervosas podem ser mielinizadas ou 
amielinizadas, com os nodos de Ranvier permitindo a troca iônica. A condução saltatória nos 
nodos aumenta a velocidade do impulso e economiza energia no axônio.
As fibras nervosas são classificadas pela velocidade de condução do impulso nervoso.
Tipos de fibrasnervosas:
Sensorial Ia, IIb (Aα): fuso neuromuscular, órgão tendinoso de Golgi
Sensorial II (Aβ): fuso neuromuscular, tato, pressão, articulações, receptores de vibração
Sensorial III (Aδ): pelos, terminações nervosas livres, dor aguda, temperatura
Sensorial IV (C): dor crônica, temperatura, mecanorreceptores
Motora α (alfa): neurônios motores α
Motora γ (gama): neurônios motores γ
A resistência da membrana e do citoplasma do neurônio afeta a propagação do potencial de 
ação pelo axônio. A redução do sinal de voltagem segue uma lei exponencial, sendo menor com 
resistências menores e maior mielinização. Isso impacta a eficiência na propagação do potencial 
de ação pelo neurônio.
MÓDULO 3
O sistema nervoso possui cerca de 100 bilhões de neurônios responsáveis por transmitir 
informações sensoriais e comandar a contração muscular e atividade de glândulas.
As comunicações entre as células do sistema nervoso ocorrem nas sinapses, onde o sinal 
nervoso se move do axônio de um neurônio para os dendritos de outro, chamado de 
comunicação anterógrada. O sistema nervoso é dividido em sistema nervoso central (SNC) - 
encéfalo e medula espinhal - e sistema nervoso periférico (SNP) - nervos cranianos e espinhais, 
incluindo o sistema nervoso autônomo (SNA) simpático e parassimpático.
O sistema nervoso central (SNC) filtra sinais sensoriais, integrando informações relevantes. 
Dividido funcionalmente em níveis: medular, cerebral inferior e cerebral superior. Além de 
neurônios, células gliais são essenciais para funções como suporte neuronal, produção de 
mielina e remoção de resíduos celulares. Glia também guia neurônios, forma barreira 
hematoencefálica e secreta fatores de crescimento.
Na sinapse química, a comunicação entre neurônios ocorre pela liberação de 
neurotransmissores, afetando o neurônio pós-sináptico. A sinapse elétrica, menos comum, 
permite a movimentação de íons através de junções comunicantes, sendo encontrada em 
músculos liso e cardíaco.
Características das sinapses:
Sinapse Gray tipo I: assimétrica, fenda sináptica de 30nm, vesículas sinápticas arredondadas 
e grandes, função excitatória (ex: sinapse glutaminérgica).
O mecanismo das sinapses químicas envolve a despolarização do terminal pré-sináptico devido 
à abertura de canais de cálcio voltagem-dependentes. Isso resulta em um influxo de íons Ca²⁺, 
que desencadeia a liberação de neurotransmissores na fenda sináptica.
Os neurotransmissores atuam em receptores pós-sinápticos, que podem ser canais iônicos 
(catiônicos ou aniônicos) ou ativadores de segundo mensageiro. Os canais catiônicos são 
excitatórios, enquanto os aniônicos são inibitórios. Os ativadores de segundo mensageiros, 
como a proteína G, são essenciais em funções cerebrais prolongadas, como memória e 
aprendizado, ativando vias metabólicas e alterando a transcrição gênica.
Excitação e inibição neuronal são causadas pela abertura de canais iónicos de sódio e cloro, 
redução da condução de canais de cloro e potássio, aumento da condução de canais de 
potássio, alterações no metabolismo neuronal e ativação de enzimas inibidoras.
A transmissão sináptica no Sistema Nervoso Central é complexa devido a vários motivos, como 
a recepção de estímulos de múltiplos neurônios, entradas excitatórias e inibitórias, mediação de 
neurotransmissores nos inputs, e a necessidade de mais de 100 neurônios para produzir um 
potencial pós-sináptico.
Os neurotransmissores são essenciais na comunicação neuronal, devendo ser liberados do 
terminal pré-sináptico quando estimulados para despolarizar o neurônio pós-sináptico.
O texto aborda a identidade das substâncias em células-alvo, dividindo neurotransmissores em 
moléculas pequenas de ação rápida e neuropeptídeos de ação lenta. Exemplos incluem a 
acetilcolina, norepinefrina, dopamina, glicina, GABA, glutamato, serotonina e óxido nítrico, com 
diferentes efeitos no sistema nervoso.
Sinapse Gray tipo II: simétrica pré-epós-sináptica, fenda sináptica de 20nm, vesículas 
sinápticas ovais, achatadas ou de outras formas, comprimento da região sináptica de 1 μm, 
função inibitória (ex: sinapse GABAérgica).
Neuropeptídeos de ação lenta são sintetizados nos ribossomos e têm ação mais lenta em seus 
efetores. Exemplos incluem hormônios hipotalâmicos e peptídeos como insulina e angiotensina 
II. Neurônios podem secretar neurotransmissores em diferentes interfaces, classificados como 
axosecretório, axoaxônico, axodendrítico, axoextracelular, axossomático e axosináptico.
O neurotransmissor pode causar potenciais pós-sinápticos excitatórios (PPSE) ao abrir canais de 
Na+, aumentando a permeabilidade e levando a uma despolarização. Por outro lado, a abertura 
de canais de Cl- resulta em potenciais pós-sinápticos inibitórios (PPSI), levando à 
hiperpolarização. Esses potenciais são gerados por correntes pós-sinápticas excitatórias e 
inibitórias, respectivamente.
Para desencadear um potencial de ação, a somação neuronal pode ser espacial (vários 
estímulos simultâneos) ou temporal (descargas sucessivas). Um neurônio facilitado está 
próximo do limiar de disparo, enquanto um neurônio inibitório tem potencial maior que o de 
repouso.
Um estímulo constante inicial resulta em rápida descarga que diminui gradualmente, conhecido 
como adaptação neuronal. Axônios sensoriais fásicos se adaptam rapidamente, enquanto os 
tônicos se adaptam lentamente, sendo fundamental na função sensorial do tato.
O excesso de descargas sinápticas pode causar fadiga sináptica, diminuindo a frequência de 
disparos neuronais. Alcalose aumenta a excitabilidade neuronal, enquanto a acidose a reduz. A 
redução de oxigênio diminui a excitabilidade neuronal.
A Medicina utiliza drogas para modificar a função sináptica e neuronal com objetivos 
terapêuticos, como exemplificado pelo uso de metirosina para inibir a síntese de noradrenalina 
em sinapses noradrenérgicas.
A reserpina reduz a norepinefrina, tratando hipertensão. O propanolol bloqueia receptores β-
adrenérgicos, eficaz em doenças cardiovasculares. A guanetidina reduz a liberação de 
norepinefrina.
A cocaína inibe a recaptação de norepinefrina, causando respostas sinápticas exageradas.
A plasticidade neural refere-se a modificações duradouras no sistema nervoso, como alterações 
sinápticas após lesões. A regeneração funcional ocorre mais no sistema nervoso periférico 
devido ao fator de crescimento neural. Após lesões, podem ocorrer alterações sinápticas, como 
recuperação da eficácia sináptica e hipereficácia sináptica. A potenciação em longo prazo e 
mudanças estruturais ou bioquímicas nas sinapses são importantes para o reaprendizado 
motor. A eficácia das sinapses químicas pode ser modificada por processos intrínsecos e 
extrínsecos, controlados pela concentração de íons cálcio. O influxo de cálcio afeta a eficiência 
das sinapses.
O Ca2+ é essencial para a liberação sináptica de neurotransmissores, entrando na célula através 
de canais dependentes de voltagem. Aumenta a probabilidade de descarga das vesículas 
sinápticas, regula o transporte das vesículas e influencia a plasticidade sináptica. A estimulação 
tetânica e a potenciação em longo prazo são exemplos de como o Ca2+ afeta a atividade 
sináptica.
Cooperatividade, associatividade e especificidade são essenciais para a potenciação a longo 
prazo (PLP) nas sinapses. A PLP é evidenciada na conexão entre as regiões CA3 e CA1 do 
hipocampo. A despolarização adequada da célula pós-sináptica e a ativação simultânea das 
células pré e pós-sinápticas são críticas para a indução da PLP. Os mecanismos da PLP podem 
ter papel na depressão a longo prazo (DLP) e no aprendizado. Mudanças na expressão genética 
e síntese proteica podem sustentar alterações sinápticas duradouras.