BIOELETROGÊNESE Propriedade de certas células

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BIOELETROGÊNESE
Propriedade de certas células (neurônios e 
células musculares) gerar e alterar a diferença 
de potencial elétrico através da membrana.
Profa Silvia Mitiko Nishida
Depto de Fisiologia
Afinal que fenômeno elétrico é esse? Como ocorre? Como é desencadeado??
As células excitáveis apresentam estados de repouso e atividade.
Quando os eletrodos está do lado de fora. Não há diferença de potencial elétrico 
(ddp=0mV)
Veja animação completa
Quando o eletrodo de registro (vermelho) atravessa a membrana, o voltímetro acusa 
a existência de uma DDP de 60mV sendo que a face interna da membrana 
citoplasmática é negativa em relação à externa .
Se o neurônio for estimulado (com corrente elétrica), o voltímetro registrará respostas de 
alteração transitória do potencial de membrana, conforme a intensidade do estimulo, na 
forma de ondas de despolarização de baixa amplitude ou na forma de um potencial de 
ação.
Despolarização
Potencial 
de ação
POTENCIAL DE AÇÃO
(descrição do evento elétrico)
Potencial de repouso Hiperpolarizaçâo
POTENCIALDE AÇÃO: alteração transitória na diferença de potencial elétrico da membrana de 
neurônios (e de células musculares) cuja duração e amplitude são fixas. 
D
e
s
p
o
la
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z
a
ç
ã
o R
e
p
o
la
riz
a
ç
ã
o
Tempo
Potencial 
de Membrana
MECANISMOS IONICOS DO 
POTENCIAL DE REPOUSO
A face interna é negativa em relação à 
externa.
POTENCIAL DE REPOUSO
Diferença no potencial de membrana das células 
excitáveis na ausência de estimulo ou seja, 
quando estão em repouso.
DIFERENÇA de concentração do íon e 
permeabilidade para o íon
Fluxo resultante  0
O cátion se move a favor do seu gradiente 
de concentração 
O movimento de cargas iônicas vai criando 
uma diferença de potencial elétrico através 
da membrana (Em) 
IGUALDADE de concentração e 
permeabilidade para o íon
Fluxo resultante = 0
Não ocorre geração de potencial 
elétrico através da membrana
O Em se se estabiliza e se opõe ao gradiente 
de concentração do íon. 
Fluxo resultante = 0
Em = Potencial de equilíbrio do ion
EQUILIBRIO
Tensão 
Peso
Diferença de 
CONCENTRAÇÃO QUÍMICA 
(mEq/Kg)
Diferença de 
POTENCIAL ELÉTRICO
Em (mV)
ANALOGIA
Apesar da diferença de 
potenciais químico, há 
potencial elétrico que se 
opõe ao movimento 
passivo do íon.
Fluxo resultante = 0
Equilíbrio
Eion = RT ln [Ion in ] 
Zs.F [Ion ext ]
Equação de Nernst
Toda alteração do potencial elétrico (o fenômeno de excitabilidade) é causada por 
movimentos de íons através de canais ionicos situados na membrana citoplasmática.
Colesterol
Glicoproteína
Glicolipidio
EXTRACELULAR
Proteínas de
Membrana
Canal
iônicoFosfolipídio INTRACELULAR
Íons Extracelular
(mM)
Intracelular
(mM)
Extra:Intra
E ion
(mV)
Na+ 100 5 1 : 20 + 80
K+ 15 150 10 : 1 - 62
Ca++ 2 0,0002 10.000 : 1 + 246
Cl- 150 13 11,5 : 1 - 65
A distribuição e a composição de iôns dos 
compartimentos intra e extracelular.
Apesar da diferença de concentração, não há fluxo resultante de 
ion e o sistema encontra-se em equilibrio dinâmico.
Responsável pela 
determinação e manutenção
Do gradiente químico de Na e de K
O K tende a sair para 
fora e cria dipolo
A permeabilidade ao Na é 
baixa mas ele tende a entrar
EXTRA
INTRA
Na+
K+
Na+
K+
(Ativo)
Bomba 
Na+K+
K+
K+
canal 
K+
Na+
Na+
canal 
Na+
++++++++
- - - - - - - -
++++++++
- - - - - - - -
Calculando-se o potencial de equilíbrio do K 
usando-se as concentrações conhecidas, 
verifica-se que EK = - 62mV, próxima a 
observada: Em = - 65mV . 
O potencial de equilíbrio do íon K é o principal 
responsável pela geração do potencial de repouso das 
células nervosas (e demais células).
A distribuição diferencial de cargas ocorre
somente entre as faces interna e externa da membrana. 
O fluxo de íons K é ínfima em relação a sua 
concentração (NÃO HÁ MUDANÇAS NA 
CONCENTRAÇAO DE K)
O íon Na e Ca não contribuem para a geração do 
potencial de repouso pois, durante a fase de repouso, as 
respectivas permeabilidades são baixas.
Potencial de 
Repouso
Eion = RT ln [Ion in ] 
Zs.F [Ion ext ]
Equação de Nernst
MECANISMOS IONICOS DO 
POTENCIAL DE AÇÃO
POTENCIAL DE AÇÃO 
E1 E2
E3
Estímulo Registro
Estimulando o neurônio ( E1, E2 e E3) ocorrerá 
alterações transitórias no potencial de 
membrana
E3: causou o PA na zona de gatilho que 
se propagou ao longo do axônio
Propriedades do Potencial de Ação
EVENTO TUDO-OU-NADA
- Estímulo sublimiar (E1, E2): não causa PA
- Estimulo limiar (E3): causa um único PA
- Estímulo supra-limiar: causa mais de 1 PA, sem 
alterar a amplitude.
- Uma vez iniciado o PA, é impossível impedi-lo de 
acontecer.
E1 E2
E3
Membrana 
citoplasmática
Meio
extracelular
Meio
extracelular
ULTRAESTRUTURA DA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
A membrana constitui uma barreira 
física virtual. 
Possui diferentes graus de 
permeabilidade para as diferentes 
partículas.
BICAMADA LIPIDICA
PROTEÍNAS
Canais iônicos
Receptores
Sistemas de enzimas 
Tipos de canais iônicos
1) sem comporta: estão 
permanentemente abertos
2) Com comporta: abrem-se 
mediante estímulos específicos
Estímulos químicos
Estímulos físicos
Canais iônicos com comporta: abrem-se de duas maneiras
1) DIRETAMENTE 2) INDIRETAMENTE
COMO O IMPULSO NERVOSO 
É GERADO PROPAGADO?
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/channel.html
Ao longo do axônio há canais 
iônicos de Na e K com comporta
sensíveis a mudança de 
voltagem.
REPOUSO: fechados, mas a 
alteração de voltagem na membrana 
causa a sua abertura temporária 
(abre-fecha)
A abertura causa fluxo resultante 
passivo de determinados íons e, 
como conseqüência, mudanças no 
potencial elétrico. 
Tipos de canais
Canais de Na voltagem dependente
- Rápidos (abrem-se primeiro)
Canais de K voltagem dependentes
- Lentos (abrem-se depois)
Veja uma animação
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/channel.html
Por que ocorre a hiperpolarização da membrana?
Existe alguma vantagem biológica?
Veja uma animação
Abertura dos canais de Na: influxo (entrada) de Na  DESPOLARIZAÇAO
-o influxo é favorecido pelos gradiente químico do ion e do gradiente elétrico
-o influxo de cations inverte completamente a polaridade da membrana, até o ENa
Abertura dos canais de K: efluxo (saída) de K  REPOLARIZAÇAO
-o efluxo é favorecido pelos gradiente químico do ion e do gradiente elétrico que se inverteu
- como o fechamento desses canais é lento, ocorre HIPERPOLARIZAÇAO 
A ATPase Na/K restaura a diferença de concentração 
Revendo o conjunto dos eventos...
Os neurônios decodificam o aumento ou 
redução na intensidade do estimulo em 
função da freqüência dos impulsos 
elétricos.
A amplitude do PA de cada célula 
excitável é invariável.
Estimulo
sensorial
Receptor sensorial
SINAPSE
NERVOSA
Propriedades do Potencial de Ação
CONDUÇÂO DO POTENCIAL DE AÇÂO
http://lessons.harveyproject.org/develo
pment/nervous_system/cell_neuro/acti
on_potential/propagation.html
Direção da propagação do PA
Chegada da
excitação
Zona de gatilho
Por que o PA não se 
propaga retrogradamente? 
Por que a amplitude e a 
duração do PA são fixas?
Potencial de membrana em 
função do local 
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/actionp.html
O PA se propaga ao longo do axônio sem decrementode sinal, i.e., o sinal é fiel do inicio até o final da fibra.
O PA é gerado na zona de gatilho
do neurônio e sempre se propaga
no sentido da despolarização.
A propagação bidirecional é evitada
devido ao período refratário do PA
POTENCIAL DE AÇAO NAS FIBRAS SEM MIELINA
POTENCIAL DE AÇAO NAS FIBRAS MIELINIZADAS
Nas fibras mielinizadas o PA só se 
desenvolve nos nodos de Ranvier. Sob a 
bainha não há canais iônicos.
Propriedade: aumento na velocidade de 
condução do impulso nervoso
Doenças que causam a perda de 
mielina afetam a velocidade de 
condução do impulso nervoso.
A atividade elétrica nervosa pode ser captada e utilizada como sinais clínicos 
Eletroencefalografia
Potencial de ação composto
Potencial evocado 1
Potencial evocado 2
Corrente 
elétrica
Variação no 
potencial de 
membrana
Estimulador
Voltímetro
REGISTROS INTRACELULARES
Estuda-se alterações do potencial de membrana de 
uma única célula excitável
REGISTROS EXTRACELULARES
Estuda-se alterações elétricas resultantes uma 
população de células.
Fibras rápidas: a
Fibras intermediárias: b
Fibras lentas: g
Potencial de 
ação composto
O registro indica diferenças na 
velocidade de propagação de 3 
tipos de fibras e a quantidade 
população de fibras em a 
tividade 
Lembre-se: um nervo é 
composto por varias fibras 
nervosas
ELETROENCEFALOGRAMA