ED4-BIOELETROGÊNESE

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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIRG
 DISCIPLINA: BIOFÍSICA
 DOCENTE: PROF. DR. NELSON W. OGAWA
ESTUDO DIRIGIDO 4
POTENCIAIS DE MEMBRANA: de equilíbrio de um íon, de repouso, de ação, sinápticos e de receptores.
1) Contexto: O conhecimento de fenômenos elétricos (potenciais bioelétricos e correntes iônicas) auxilia na compreensão dos complexos processos físico-químicos que caracterizam a vida. O mais impressionante entre eles é o relacionado ao excesso de íons nos lados interno e externo da superfície das células e às diferenças entre concentrações de íons no interior da célula e no meio extracelular. Nos seres vivos (Animais e Vegetais), cerca de 20% da taxa metabólica basal é continuamente despendida para a manutenção desses processos, o que sugere sua importância. 
Questão: A biologia molecular de canais iônicos desvendada nas últimas décadas pelo advento tecnológico, foi fundamental para o vertiginoso avanço da moderna ciência médica. Mediante o contexto, o que é e o que faz um canal iônico? Quais os tipos de canais iônicos?
R: É uma classe de proteínas integrais que atravessam a membrana celular e são encontradas em todas as células do corpo em que apresentam três propriedades importantes: conduzem íons, reconhecem e escolhem entre íons específicos, e abrem e fecham em resposta a sinais específicos, elétricos, mecânicos ou químicos. O que faz um canal iônico são as proteínas presentes na membrana plasmática que conectam os meios intracelular e extracelular. Os tipos de canais são os sensíveis a voltagem: os canais de sódio, potássio e cálcio das células excitáveis; os sensíveis a ligantes: receptores de neurotansmissores (glutamato, GABA, acetilcolina, etc.), sensores químicos (pH, oxigênio, etc.) e outros (canais ativados por cGMP dos fotoreceptores), e tem os sensíveis a estímulos físicos: canais sensíveis a tensão da cóclea, canais sensíveis a calor e frio, canais de vazamento, canais de sódio, cloreto e de potássio presentes nas membranas celulares em geral. 
2) Contexto: O potencial de repouso das células excitáveis, é gerado pela somatória das atividades unitárias (single channel) dos canais denominados de repouso (probabilidade do canal único de K estar aberto é de 99 % e probabilidade do canal único de Na estar aberto é de apenas 1 %), portanto com mais saída de K+ e pouca entrada de Na+ na célula gerando um potencial negativo intracelular. A manutenção dos gradientes de concentração que impulsionam K+ para fora e Na+ para dentro é realizada com gasto de energia pela Na/K ATPase (bomba ativa de sódio e potássio).
Questão: Visite o ED-3, Eletricidade Básica, estude a seção Leitura complementar e responda: quais as semelhanças e as diferenças entre as células excitáveis e as epiteliais (túbulos renais, mucosa gastrointestinal, glandulares, etc.) quanto aos canais de repouso? Tecidos epiteliais apresentam canais voltagem-dependentes? 
R: A semelhança entre as células excitáveis e as epiteliais é que ambas apresentam canais iônicos em sua membrana, a diferença é que as células excitáveis têm canais regulados por voltagem apresentando potencial de membrana variável; já as células epiteliais (não excitáveis) possuem canais de repouso que ficam sempre abertos com potencial de membrana constante.
3) Contexto: O diagrama (Figura 1) ilustra a medição do potencial de repouso de uma célula de mamífero (cultura de células em placa), que encontra-se aerada (suprimento de O2 95% / CO2 5%), mergulhada em uma solução de eletrólitos adequada (Ringer a 36 0C, pH 7,4) e impalada pela ponta (1 µm) do microeletródio de vidro (preenchido com solução de Ringer), conectado a um sistema de registro de potencial elétrico no tempo (Vm, potencial de membrana). Na tela de registro, encontram-se os valores da média de Vm registrados no tempo de uma dada célula e também as médias individuais no tempo de 5 células diferentes.
 
 
Figura 1. Medida do potencial de repouso em células isoladas (cultura celular).
Questão: (a) O que sugerem os resultados obtidos (registros)? Antes de responder, convém a leitura atenta e responder a questão 5. (b) Como poderia ser comprovada a existência de canais de repouso, ou seja, os que geram o potencial elétrico de membrana de repouso, estável no tempo como observado no registro? (c) O potencial de repouso médio de – 78,1 mV registrado é composto de quantos potenciais geradores? (d) na presença de bloqueadores específicos de canais de repouso, teria algum registro de Vm? Se sim, então é gerado por quem e como? 
a) A membrana encontra-se em repouso ou seja a saída de K é maior que a entrada de Na. Sendo que o valor de balanço -78,1mV está longe do potencial de equilíbrio do Na(+55mV) e mais próximo do K(-75mV).
b) Os canais de K geram o potencial visto que a probabilidade do canal único de K estar aberto é de 99 % e já o de Na é de apenas 1 %. O bloqueio deste canal de K comprova a existência dos canais de repouso sendo que nesta condição o potencial elétrico deixaria de existir.
c) Dois : o potencial elétrico da membrana de repouso e o potencial da Na/K ATPase (bomba ativa de sódio e potássio).
d) Sim o próprio potencial da Na/K ATPase (bomba ativa de sódio e potássio).
4) Contexto: Os potenciais de membrana (Vm) registrados seriam nulos se os dois microeletrodos fossem inseridos no interior da célula ou os dois no meio extracelular, isso porque seriam nulos o campo elétrico nessas regiões (ddp = 0; E = 0). No entanto, através da membrana de espessura de 8 nm (8 . 10-9 m), como mostrado na célula da Figura 1, ou seja, um inserido no interior da célula e outro na solução banhante, a ddp e o campo elétrico não são nulos.
Questão: Determine: 
(a) campo elétrico E, em V/m (volt/metro) utilizando o valor médio das 5 células (average). 
b) A força elétrica exercida sobre o íon K+ (carga elementar = 1,6 . 10-19 C). 
Resp: (a) 9,8 . 106 V/m. (b) 15,7 . 10-13 N. 
5) Contexto: As concentrações iônicas nos fluidos dentro e fora das células são bem diferentes. Concentração de K+ intracelular é maior do que no meio extracelular. Oposto ocorre com íons Na+ e Cl-. Maior parte dos ânions intracelulares são sulfatos, bicarbonatos, fosfatos, etc. e os protéicos. Os fluidos biológicos (intra e extracelular) são eletroneutros, ou seja, não há excesso de cargas positivas e nem de cargas negativas. A Tabela 1 mostra as concentrações dos principais íons no exterior (e) e interior (i) mensuradas em uma célula muscular de rã. Observe que o fluido biológico é, na essência, um bom meio condutor de eletricidade, sendo que os íons compõem cerca de 80 % da osmolaridade do meio interno.
Questão: Utilizando a montagem mostrada na Figura 1, o potencial de repouso nesta célula foi de – 98 mV. (a) calcule os potenciais de equilíbrio de cada íon *(Ei), (exceto dos íons orgânicos), preencha a tabela, compare com o valor de VR medido e responda: quais íons estão em desequilíbrio? quais estão em equilíbrio? (b) Qual o significado de um íon estar no seu potencial de equilíbrio? E de não estar no seu potencial de equilíbrio? (c) O que é um gradiente de potencial eletroquímico? 
Tabela 1. Concentrações iônicas de uma célula muscular de rã (valores são médias).
	Íon [íon]e, mM [íon]i, mM Ei, mV VR = – 98 mV 
	K+ 2,2 124,5 -101,6
Na+ 109,5 10,4 59,29
Ca+2 2,1 4,9 -21,34
Mg+2 1,2 14,3 -62,41
Cl- 77,5 1,5 99,36
HCO3- 26,6 12,4 19,22
íons orgânicos 13,2 74,5232,3 mOsm 242,5 mOsm
*Ei = 58 . Log [íon]e / [íon]i 
a) 
b) Quando o íon está em seu potencial de equilíbrio o impulso gerado pelo gradiente de concentração é contrabalanceado pelo impulso da diferença de potencial elétrico. O não contrabalanceamento desses impulsos significa que o potencial não está em equilíbrio
c) Gradiente gerado pela força propulsora eletroquímica (soma da força propulsora elétrica e da força propulsora química, devida ao gradiente de concentração)
6) Qual a modalidade, quais canais e quais íons estão envolvidos na gênese de um potencial de ação?
O agente necessário para provocar a despolarização e a repolarização da membrana durante o potenciação de ação é o canal de sódio regulado pela voltagem. O canal de potássio regulado pela voltagem também tem participação importante por aumentar a rapidez da repolarização da membrana. Esses dois canais regulados pela voltagem atuam de forma adicional com a bomba de Na/K e com os canais de vazamento de K e Na.
Canal de sódio: Na fase da despolarização os canais de Na+ se abrem, ocorre um influxo desse íon que eleva o potencial positivamente, em milésimos de segundos eles se fecham e abrem os de k+.
Canal de Potássio: Se abrem na repolarização, quando os canais de sódio começam a se fechar. Ocorrendo a difusão do íon para o exterior, a favor do gradiente elétrico e de concentração.
Canal de Sódio Voltagem-dependente: quando o potencial de membrana se torna menos negativo, aumentando em direção a zero, os canais se abrem (estado ativado), aumentando a permeabilidade ao sódio. Décimos de milésimos de segundo a comporta se inativa e fecha, quando começa a retornar o estado do potencial de repouso.
Canal de Potássio voltagem-dependente: inativados no repouso, quando o potencial de membrana aumenta em direção a zero eles abrem, mas são mais lentos, coincidindo sua abertura com o fechamento dos canais de sódio, ou seja, diminuindo a entrada de Na+ e aumentando a saída de K+, promovendo a repolarização.
Canais de Cálcio voltagem-dependente: São muito permeáveis aos íons sódio e aos íons cálcio, que fluem para o interior da fibra, porém esses precisam de 10-20 vezes mais tempo que os canais de sódio. São abundantes nos músculos cardíaco e liso.
Os íons envolvidos no potencial de ação são: Sódio, Potássio, Cálcio e ânions impermeantes, que deixam o interior da célula negativo ( proteínas, compostos fosforados, sulfatados, etc.)
7) O que é um potencial elétrico de membrana limiar? Que evento ocorre quando este limiar é alcançado? Explique os fenômenos da despolarização e da repolarização e os canais envolvidos, os mecanismos passo-a-passo de um potencial de ação registrado. Faça um gráfico Vm versus tempo e mostre o perfil da condutância iônica versus tempo dos canais voltagem-dependentes. Condutância é inverso da resistência. 
Potencial elétrico de membrana limiar: é o potencial no qual se inicia a rápida entrada de Na+ para dentro da célula. Quando o estímulo é capaz de elevar rapidamente o potencial de membrana cerca de 15 a 20mV acima do potencial de repouso, a membrana apresenta uma queda de sua resistência e ocorre um grande influxo de sódio, que torna positivo o meio intracelular. Quando o limiar é alcançado ocorre à ativação dos canais de sódio voltagem-dependente que promove um grande influxo de sódio, desencadeando um potencial de ação.
Despolarização: Nessa fase a membrana subitamente torna-se muito permeável aos íons sódio, permitindo o fluxo intenso de íons sódio carregados positivamente. O estado “polarizado”(negativo no interior), é imediatamente neutralizado pelo influxo de íons sódio, elevando rapidamente o potencial na direção da positividade. Participa os canais de Na+ e Na+ voltagem-dependente.
Repolarização: ocorre poucos décimos de milésimos de segundo após a despolarização. Os canais de sódio começam a se fechar e os canais de potássio se abrem, mais do que o fazem normalmente. Em seguida ocorre a rápida difusão de íons potássio para o exterior, restabelecendo o potencial normal negativo de repouso da membrana. Participa os canais de K+ e K+ voltagem-dependente.
Mecanismo passo-a-passo do potencial de ação:
-Estímulo sobre a célula em repouso, devidamente polarizada, com o meio intracelular negativo e o extracelular positivo.
-Abertura dos canais de sódio que permite o influxo de Na+ com aumento de carga positiva no interior da célula, aumentando a voltagem em direção a zero até alcançar o limiar.
-Com o limiar alcançado ocorre a abertura (ativação) dos canais de sódio voltagem-dependente produzindo uma permeabilidade muito aumentada ao Na+ e assim deflagrando o potencial de ação.
-O canal de sódio fica aberto por décimos de milésimos de segundo, daí a comporta de inativação se fecha os íons Na+ não podem mais passar para dentro da membrana.
-Ao mesmo tempo em que os canais de Na+ estão se fechando se abrem os canais de K+ voltagem-dependente, promovendo a rápida difusão do K+ para o exterior, que associado a diminuição da entrada de sódio, aumenta a velocidade do processo de repolarização.
8) Contexto: A ativação de canais dependentes de voltagem (Na, K e Ca) ocorre no potencial elétrico limiar específico para cada modalidade de canal. Para identificar e caracterizar tais canais utiliza-se técnicas de fixação de voltagem (voltage-clamp) para mensurar e registrar as correntes iônicas correspondentes a cada tipo de canal ou de fixação de corrente (current-clamp) (aula prática-Labin-Axovacs) para mensurar e registrar os potenciais de membrana (de ação, se ocorrer). Na Figura 2, um tecido excitável com uma das células impalada por dois microeletródios, um de estímulo e outro de registro do Vm, em current clamp, encontra-se perfundido em solução de Ringer 300 mOsmol/L, 36 0C, aerado (95% O2/5% CO2) e tamponado em pH 7,4 sendo o Vm registrado estável em torno de – 85 mV (considerado VR).
Questão: O Ringer é esvaziado por uma torneirinha lateral e, nas mesmas condições anteriores, é substituído por outro Ringer de igual composição química, exceto quanto à concentração de íons K+, 10 vezes maior do que o anterior de 5 mM.
(a) Explique a ocorrência da despolarização, de [K]e = 5 mM para [K]e = 50 mM.
(b) Na vigência do registro de Vm estável de cerca de – 40 mV, na concentração de 50 mM de K+, um step de corrente despolarizante (50 pA), via microeletródio estimulador (ilustrado à esquerda), haverá registro de um potencial de ação na tela? Se sim ou não, justifique.
(c) Esvaziando o Ringer-50 mM de K e substituindo-o pelo original (Ringer-5 mM de K), haverá registro de um potencial de ação em resposta ao mesmo estímulo? Se sim ou não, justifique.
Figura 2. Medida e registro de Vm no modo current clamp com uso de estimulador elétrico. 
a) A despolarização caracteriza a entrada de sódio que torna o meio intracelular tornando-o mais positivo, imediatamente ocorre a saída de K (repolarização) que explica o aumento de K no meio externo de [K]e = 5 mM para [K]e = 50 mM.
b)Sim, a concentração de 50mM irá diminuir pois haverá retorno do K para o meio intra. A manutenção da Vm estável em -40mV faz com que os canais de Na se fechem ou fiquem inativos, enquanto os de K permanecem abertos, no entanto com a suspenção do influxo de Na o efluxo no K também cessa.
c) Sim, com a diminuição da Vm há estímulo para o potencial de atuação do K e este passa a efluir da célula.
9) Contexto: O potencial de repouso (VR) pode ser previsto (calculado) sem a necessidade de mensurá-la como nas Figuras 1 e 2, usando a equação de Goldman, Hodgkin e Katz (GHK):
 VR = log {(Ke + 0,01.Nae) / (Ki + 0,01.Nai)}
 (aula prática – Labin – programa Mempot)
Onde: 0,01 = razão entre as permeabilidades de Na+ e de K+, ou seja: PNa / PK = 0,01. Significa que a permeabilidade ao Na+ é 1 % da permeabilidade ao K+ em células excitáveis, isto é, de cada 100 canais de repouso expressos na membrana celular, encontram-seabertos: 99 de K+ e 1 de Na+. 
Questão: Uma célula excitável com Ki = 140 mM e Nai = 10 mM encontra-se mergulhada em um meio Ringer, onde Ke = 25 mM e Nae = 120 mM. Após um estímulo limiar nesta célula, seria registrado um potencial de ação? Justifique.
10) Conceitue os períodos: refratário absoluto e refratário relativo. 
Refratário Absoluto: dura de 0,4 a 1ms após a gênese do PA. Ele ocorre imediatamente após o PA. Após esse período, e impossível que a célula seja excitada, por maior que seja a corrente aplicada. Esse fase e seguida diretamente pelo período Refratário Relativo, durante o qual é possível desencadear um PA apenas por aplicação de estímulos mais intensos que o normal. Esses períodos de refratariedade que, juntos, duram apenas poucos milissegundo, são causados pela inativação de residual dos canais de NA+ e pela abertura dos canais de K+.
11) Contexto: Um potencial de ação é registrado no tempo. Observando o registro, deduzimos que este evento, ou seja, a variação do potencial de membrana ocorreu do VR negativo, ultrapassou o zero, ficou positivo e repolarizou para VR em um intervalo de tempo. Significa que ocorreu num ponto da membrana celular.
Questão: Explique como ocorre a propagação deste potencial de ação no espaço, ou seja, ao longo do comprimento da fibra muscular ou através dos axônios no tecido nervoso. Neste contexto, responda: porque as fibras no sistema nervoso periférico são mielinizadas (células da glia de Schwann)? 
a) O potencial de ação (PA) ocorre por uma sequencia de sinais que produzem ação reflexa. O estiramento do músculo produz um potencial do receptor nas fibras terminais do neurônio sensorial. Esse potencial progride passivamente até a zona de gatilho, no primeiro nodo de ranvier. Com um potencial do receptor suficiente, há um potencial de ação nessa zona de gatilho. Em seguida, esse PA se propaga ativamente e sem qualquer alteração ao longo do axônio até sua região terminal. Nesse terminal, o PA produz o sinal de saída: a liberação de um neurotransmissor químico. Esse neurotransmissor difunde pela fenda sináptica e vai interagir com moléculas receptoras nas membranas externas do neurônio motor, que inerva o musculo estirado.
b) A mielina é uma excelente isolante elétrica, reduzindo o fluxo iônico através da membrana por cerca de 5.000 vezes. Sendo assim, a velocidade de condução em fibras mielínicas é maior do que em fibras não mielínicas.
12) Contexto: Os estímulos limiares despolarizantes podem ser de origem: elétricas (fornecimento de cargas elétricas positivas ou retirada de cargas elétricas negativas), mecânicas (pressão, forças de estiramento, sonoras, lesões, etc.), eletromagnéticas (luz, radiação, etc.), térmicas e químicas. Seja qual for a origem ou natureza do estímulo, todas elas produzem despolarização, ou seja, o potencial VR de repouso desestabiliza por ativação de canais de repouso denominados “de vazamento”. Estes podem ser canais de cloreto, onde íons Cl- “vazam” para fora da célula ou canais de sódio onde íons Na+ vazam para dentro da célula, ou ainda por fechamento dos canais de K+, impedindo a saída dos íons K+. Com saída de Cl-, entrada de Na+ e condutância baixa dos canais K+ ocorre despolarização, o qual, se atingir o limiar irá acionar os canais voltagem-dependentes de Na+ e de K + e, assim, um potencial de ação que irá propagar levando a mensagem. 
Questão: Estruturas que originam os potenciais de ação que se propagam sinalizando a natureza dos estímulos para a percepção e função cognitiva do cérebro são os terminais de neurônios sensoriais, cujos potenciais despolarizantes limiares são denominados “potencial de receptor”. Alguns exemplos são: baro ou pressorreceptores do sistema barorreflexo, quimiorreceptores cardiopulmonares para O2, CO2 e pH, osmorreceptores, receptores térmicos para frio ou calor ou termorreceptores (nociceptores térmicos), mecanorreceptores para lesões, quimiorreceptores para processos inflamatórios, infecciosos e dor, etc. Pergunta-se: Se as amplitudes dos potenciais de ação deflagrados por todos eles é sempre a mesma, então como se processa o código de informações que o cérebro decodifica e discrimina?
Sabendo-se que as amplitudes dos potencias são constantes, e que a velocidade de condução também é estável o fator que descrimina as informações decodificadas pelo cérebro é a frequência com que os potenciais de ação são decifrados para cada tipo de estímulo. 
13) Contexto: Do conceito do potencial de receptor periférico, passa-se para o conceito do “potencial sináptico”. Entende-se como sinapse uma conexão entre células nervosas ou entre um neurônio e fibra muscular (junção neuromuscular esquelética, cardíaca ou lisa) ou entre um neurônio e estruturas epiteliais (glândulas). A estrutura de uma conexão sináptica é universal (Figura 3): uma terminação axonal (extensão do corpo celular do neurônio), fenda sináptica (espaço extracelular) e dendritos de outro neurônio, membrana celular da célula muscular ou célula epitelial.
 
Figura 3. Axônio com vesículas liberando neurotransmissor na fenda sináptica. O receptor pós-sináptico é ionotrópico e canal iônico é não seletivo a cátions. K+ vaza para fora pelo mesmo canal.
Na transmissão sináptica rápida excitatória, os potenciais de ação ativam canais de Ca+2 dependentes de voltagem no terminal do axônio. A entrada de Ca+2 mobiliza as vesículas carregadas de moléculas de neurotransmissores, os quais por processo de exocitose (abertura de poros) descarregam o seu conteúdo na fenda sináptica. Tais mensageiros químicos se ligam nos canais-receptores (a molécula do receptor é um canal iônico) que abrem, porém esses canais são cátions-não-seletivos, ou seja, por esses canais transitam íons Na+, Ca+2, Mg+2 para dentro da célula pós-sináptica e correntes de K+ para fora. Devido à maior quantidade de cargas positivas para dentro do que para fora, ocorre uma despolarização no potencial de membrana, que, se atingir o limiar irá ativar os canais Na e de K dependentes de voltagem e gerar um potencial de ação pós-sináptico. Os potenciais de membrana (Vm) pós-sinápticos despolarizantes (deflexões para cima no registro) são denominados potenciais excitatórios pós-sinápticos (PEPS) mediados por canais-receptores denominados ionotrópicos (receptor acoplado a um canal iônico). Portanto, a amplitude dos PEPS irá depender do número de vesículas que, por exocitose, irão liberar o seu conteúdo na fenda sináptica, ou seja, do número de receptores ionotrópicos que serão ligados pelo neurotransmissor. 
Questão: No contexto fornecido acima, como você descreveria uma transmissão sináptica rápida inibitória mediada por receptores ionotrópicos? Faça um esquema desta sinapse e um gráfico Vm versus tempo representando tais potenciais de membrana inibitórios pós-sinápticos (PIPS).
No sistema nervoso central de vertebrados, as sinapses inibitórias ionotrópicas, rápidas, utilizam dois mediadores, ácido gama-aminobutírico (GABA) e glicina, que ativam canais para Cl- na membrana pós-sináptica. Como canais para Cl- de outros tipos, estes também não são seletivos. Se a concentração intracelular do Cl- no neurônio pós-sináptico for mais alta que a de equilíbrio, a atividade na sinapse resultará em hiperpolarização da membrana pós-sináptica (potencial inibitório pós-sináptico). Caso o Cl- esteja em equilíbrio de potencial eletroquímico nos dois compartimentos, a ativação da sinapse inibitória estabiliza a diferença de potencial elétrico na membrana, reduzindo o efeito despolarizante de sinapses excitatórias.
14) Contexto: A transmissão sináptica rápida excitatória gera PEPS mediada por receptores ionotrópicos. No sistema nervoso central, nas sinapses neurônio-neurônio, o neurotransmissor excitatório principal é o glutamato, e o neurônio ou via denominado glutamatérgico. Os receptores ionotrópicos do glutamato localizados em outro neurônio (pós-sináptico) são denominados do tipo NMDA e não-NMDA. Uma terminaçãoaxônica, porém contém poucas vesículas e, a cada potencial de ação que chega, faz liberar por exocitose pouca quantidade de glutamato na fenda sináptica, o que promove um PEPS pequeno insuficiente para atingir o limiar e ativar os canais Na dependentes de voltagem. 
Questão: (a) Qual artifício evolutivo engendrado para superar esta limitação? (b) O que é somação espacial? E somação temporal? (c) Que aspecto teria os PEPS e PIPS com somação temporal e espacial, registrados ao mesmo tempo em um neurônio? (d) Nesse registro, poderia haver eventualmente um potencial de ação?
a) O artifício evolutivo resume-se ao aumento do número de terminações nervosas na célula nervosa central, conformando um processo de somação e a somação temporal que aumenta a efetividade da condutância.
b) Somação Espacial: Entradas a partir de muitos neurônios pré-sinápticos atuando em diferentes sítios sobre o neurônio pós-sináptico, têm que ser somadas.
Somação Temporal: Processo pelo qual ações sinápticas consecutivas em um mesmo sítio são adicionadas na célula pós-sináptica.
c) Se o PIPS tende a promover valor mais negativo do potencial de membrana, e o PEPS tende a aumentar o potencial ao mesmo tempo, esses dois efeitos podem se anular completa ou parcialmente. Assim, se o neurônio está sendo excitado por PIPS, sinal inibitório, vindo de outra fonte, pode por vezes reduzir o potencial pós-sináptico para valor abaixo do limiar de excitação, e desse modo desativar a atividade do neurônio.
d) Um neurônio ao receber os sinais de vários neurônios distintos pode integrá-los por meio de somação e gerar (ou não) uma determinada frequência de PA como resposta. Caso PEPS seja maior que o PIPS ocorre geração do potencial de ação, no entanto de o PIPS for maior o potencial de ação é inibido.
15) Contexto: A transmissão sináptica rápida inibitória gera PIPS (deflexões para baixo no registro) mediada por receptores ionotrópicos. No sistema nervoso central, nas sinapses neurônio-neurônio, o neurotransmissor inibitório principal é o GABA (ácido gama-aminobutírico), e o neurônio ou via denominado GABAérgico. Os receptores ionotrópicos do GABA localizados em outro neurônio (pós-sináptico) são denominados do tipo GABAA e tais receptores são canais de Cl-. A ativação do GABAA pelo GABA liberado na fenda sináptica, promove a entrada de cargas negativas (Cl-) hiperpolarizando e neutralizando as despolarizações de entradas excitatórias glutamatérgicas na célula pós-sináptica. A condutância do canal de Cl- é aumentada quando os benzodiazepínicos (diazepam) encontram-se ligadas no receptor GABAA junto com o GABA, ou seja, potencializam o efeito inibitório do GABA.
Questão: Nas alternativas abaixo, assinale aquela que corresponde ao contexto fornecido.
RESPOSTA: (a) mostra um PIPS devido apenas à ligação do GABA no receptor GABAA. (b) é um potencial de ação. (c) mostra o registro de um PEPS. (d), uma vez que se observa uma hiperpolarização acentuada devido à condutância aumentada a íons Cl- pela ligação do benzodiazepínico no canal-receptor ionotrópico GABAA.
 
16) Contexto: Além dos receptores ionotrópicos, isto é, canais-receptores, existem os receptores metabotrópicos, que não estão acoplados a canais iônicos. Com a ligação do neurotransmissor externo, considerado primeiro-mensageiro, no receptor metabotrópico localizado na membrana da célula pós-sináptica (dendritos), irá deflagrar uma cascata de reações metabotrópicas intracelular mediadas por proteínas G, envolvendo adenilciclase formando AMPc. O AMPc, considerado o segundo mensageiro intracelular, irá coordenar outras sequências metabotrópicas que irá, em ultima instância, ativar (fosforilar) ou bloquear (desfosforilar) os canais iônicos. Os canais alvos de receptores metabotrópicos geralmente são os de K, Ca e de Cl.
Questão: Esquematize o contexto acima, lembrando que se trata de uma sinapse universal, ou seja, o aparato pré-sináptico não altera: incluem os potenciais de ação deflagrados no corpo celular e propagados pelo axônio do neurônio pré-sináptico, vesículas contendo o neurotransmissor, ativação de canais de Ca dependente de voltagem, entrada de Ca, mobilização das vesículas, processo de exocitose e liberação do neurotransmissor na fenda sináptica. Faça um diagrama baseado na Figura 3. Na célula pós-sináptica, substituir o canal-receptor ionotrópico pelo receptor metabotrópico. Desenhe uma molécula do neurotransmissor ligado a ele, e seqüenciar as etapas: Proteína G, adenilciclase, AMPc, e, a partir deste, setas e desenhe um canal iônico (K, Ca ou Cl da sua escolha) separado e distante do receptor metabotrópico, ativando-o ou bloqueando-o.
(a) O neurotransmissor GABA (inibitório), como vimos acima, possui um receptor ionotrópico acoplado a um canal de Cl denominado GABAA. Acontece que o GABA pode-se ligar também a outro receptor do tipo metabotrópico denominado GABAB, cujo canal-alvo, em última instância, é um tipo de canal K. Qual seria o mecanismo inibitório quando o GABA encontra-se ligado ao GABAB?
(b) As catecolaminas (norepinefrina ou noradrenalina e epinefrina ou adrenalina) possuem vários receptores metabotrópicos, uma delas em especial é denominada receptor beta-adrenérgico que promove excitabilidade atuando nos canais de cálcio. Qual seria este mecanismo, quando a adrenalina encontra-se ligada a este receptor?
17) Contexto: Da medula espinhal, o neurônio motor emite fibras que conduzem o potencial de ação para a periferia nos músculos esqueléticos, onde faz sinapse com as células musculares (junção neuromuscular). O terminal do axônio contém várias vesículas pré-sinápticas carregadas de um neurotransmissor conhecido como acetilcolina (via ou terminação colinérgica). Na membrana da fibra muscular pós-sináptica estão localizados os receptores ionotrópicos da acetilcolina denominados receptores nicotínicos da acetilcolina, um canal receptor semelhante ao mostrado na Figura 3, não-seletivo a cátions, portanto excitatórios, ou seja, geram potenciais sinápticos despolarizantes (PEPS), o potencial de placa motora, uma denominação antiga em desuso. A quantidade de acetilcolina nas vesículas é grande e, na junção neuromuscular, por microscopia eletrônica, é observado um elevado número de vesículas. Isso garante que um único potencial de ação emitido pelo neurônio motor, libere uma quantidade suficiente de acetilcolina na fenda sináptica e produza um PEPS suficiente para atingir o limiar e acione os canais Na e K dependentes de voltagem e gere um potencial de ação na fibra muscular. Nos músculos esqueléticos não há transmissão sináptica inibitória, o que consolida este tipo de músculo como um aparato contrátil que funciona segundo a lei: excitação-contração.
Questão: Produzidas no plasmalema pós-sináptico, existe uma enzima denominada acetilcolinesterase, os quais catalisam a hidrólise da acetilcolina transformando-a em colina e ácido acético. Isso permite atingir o estado de repouso da fibra muscular após ativação, evitando-se assim uma transmissão excessiva de acetilcolina que resultaria numa sobre-estimulação do músculo, debilidade e cansaço. A miastenia grave é uma doença de origem auto-imune, ou seja, o indivíduo tem anticorpos que degeneram os receptores nicotínicos da acetilcolina. Em conseqüência, com pouca quantidade de receptores nicotínicos na porção muscular e fendas sinápticas alargadas, isso dificulta a difusão da acetilcolina, além da ação da acetilcolinesterase, então surge a fraqueza e fadiga muscular. A Fisostigmina é um medicamento utilizado para melhorar a qualidade de vida dos miastênicos pela ação da inibição da acetilcolinesterase. Explique e justifique.
A maior parte da acetilcolina (ACh) liberada dentro da fenda sináptica por um potencial de ação é rapidamente hidrolisada pela acetilcolinesterase. Quando o número de receptores ACh é reduzido, como no caso da miastenia, uma molécula de ACH ficará dentro da fenda sináptica e será provavelmente hidrolisada antes de encontrar um receptor. Dessa maneiraa transmissão é facilmente bloqueada, mesmo apesar das vesículas normais de ACh e dos processos de liberação do transmissor estarem intactos. As drogas que inibem a acetilcolinesterase se revertem parcialmente tanto a anormalidade fisiológica (a resposta diminuída) quanto os sintomas clínicos (a fraqueza muscular), porque quanto mais o tempo as moléculas de ACh liberadas puderem ficar na fenda sináptica sem serem hidrolisadas, maior a probabilidade de interagirem com receptores.
18) Contexto: No músculo cardíaco, há receptores metabotrópicos da acetilcolina denominados receptores muscarínicos da acetilcolina. Nesta junção neuromuscular, sinapse entre terminações do nervo vago do sistema nervoso autônomo parassimpático e fibras cardíacas, há vesículas carregadas de acetilcolina (via colinérgica, sinapse universal), os quais são descarregados na fenda sináptica, em face dos potenciais de ação provenientes do núcleo motor dorsal do vago localizado no tronco encefálico.
Questão: A ligação da acetilcolina no receptor muscarínico, ao contrário do nicotínico no esquelético, é um mecanismo metabotrópico inibitório atuando nos canais K. Explique este mecanismo sob enfoque da bradicardia que é observada e taquicardia sob ação dos receptores beta-adrenérgicos da via adrenérgica do sistema nervoso simpático (contexto 16 – questão item b).
Acredita-se que uma proteína G se desloca e interage diretamente com o canal iônico fazendo com que esse se abra ou se feche sem intervenção de um segundo mensageiro. Ou seja, quem dita se é excitatório ou inibitório é o receptor e não o neurotransmissor. A noradrenalina é excitatório no coração (receptor β-adrenérgico)-taquicardia-, mas pode ser inibitório (receptor α1-adrenérgico)-bradicardia-. O mecanismo é sempre o mesmo: abre canal Ca (excita), abre canal K (hiperpolariza).
19) Contexto: A nocicepção é interpretada se processando bidirecionalmente com passagens ascendentes e descendentes. A figura mostrada abaixo esquematiza de maneira bastante simplificada o sistema proposto atualmente como modelo inibitório descendente da percepção dolorosa envolvendo basicamente fibras serotoninérgicas (liberam serotonina) e noradrenérgicas (liberam noradrenalina) com terminações nas lâminas I, II e V. Obs: noradrenalina é excitatório no coração (receptor β-adrenérgico), mas neste caso, é inibitório (receptor α1-adrenérgico). Ou seja, quem dita se é excitatório ou inibitório é o receptor e não o neurotransmissor. O mecanismo é sempre o mesmo: abre canal Ca (excita), abre canal K (hiperpolariza)
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 O gráfico de colunas apresenta respostas (média ± desvio padrão) obtidas em várias cobaias com modelo de edema induzido em patas em condições: salina (S), drogas A e B injetadas com punção subaracnoidea. As respostas são proporcionais à intensidade dolorosa. *menor resposta. Dados: agonista = composto que mimetiza a ação biológica do neurotransmissor. Antagonista = que não mimetiza.
 
 
Assinale a alternativa correta:
a) Drogas A e B podem ser, respectivamente, antagonista serotoninérgico e agonista α1-adrenérgico.
b) A e B podem ser, respectivamente, agonista serotoninérgico e antagonista adrenérgico.
c) A e B podem ser, respectivamente, agonista serotoninérgico e agonista α1-adrenérgico.
d) Os medicamentos A e B são antagonistas competitivos dos receptores da serotonina e da noradrenalina.
e) Não há como concluir a respeito da ação dos fármacos A e B, pois estes evocaram respostas de mesma magnitude.
-Nocicepção – transmissão e reconhecimento de impulso nervoso em resposta a um estímulo agressivo; há sensação de dor quando este “ciclo” de transmissão ascendente e descendente é concluído. 
- Vias descendentes inibitórias – drogas que inibem neurônios nociceptivos excitatórios (ex: opioides) ou estimulam neurônios nociceptivos inibitórios (ex: α-adrenérgicos), ambos “impedindo” a sensação de dor. 
Mimetiza = imita. Nas cobaias foi induzido processo inflamatório (caracterizado pelo edema) por 3 vias: solução salina; droga A e droga B. O processo inflamatório normalmente é acompanhado de sensação de dor.
No gráfico: Em S [salina] não é observado alteração na sensação de dor, logo é antagonista (não inibe a dor).
Em A [droga A] e em B [droga B] é observado diminuição da sensação de dor, sendo ambos dessa forma agonistas, imitando o neurotransmissor serotoninérgico ou o receptor α1-adrenérgico.
Obs: Serotonina – neurotransmissor “associado ao prazer”; promove migração de mastócitos para a região de edema. 
Noradrenalina – neurotransmissor precursor da adrenalina, potente vasoconstrictor (fator que atrapalha no processo inflamatório)
20) Contexto: Vimos então que: quem dita as regras da excitação (despolarização até o limiar e ativação de canais Na dependentes de voltagem – potencial de ação) e da inibição (hiperpolarização ou negatividade em excesso no meio intracelular) são os receptores, e não os neurotransmissores, visto serem estes, ora excitatórios, ora inibitórios, um exemplo é a acetilcolina, que, ligada ao receptor nicotínico no músculo esquelético, gera um potencial despolarizante e potencial de ação no músculo e este contrai. Quando ligada ao receptor metabotrópico muscarínico no coração, gera um potencial de membrana mais negativo por abrir um canal de K e saída de íons K+ da célula.
Questão: a) Um receptor metabotrópico, quando acionado por um neurotransmissor (primeiro mensageiro) pode, em última análise, promover uma despolarização e potencial de ação atuando em um canal de K. Explique como isso é possível?
b) Um neurônio pré-sináptico (neurônio 2) libera um neurotransmissor que se liga a um receptor de um neurônio pós-sináptico (neurônio 3). Sabendo que há uma conexão sináptica entre um neurônio 1 com o neurônio 2 e, que o neurônio 3 está inibido (não dispara potencial de ação), então:
- A sinapse entre o neurônio 1 e 2 é excitatória ou inibitória?
- Explique os possíveis mecanismos inibitórios que ocorrem no neurônio 3.