Exercicios bioeletrogenese 2014 2

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BIOFÍSICA 
Exercícios – Bioeletrogênese 
Questão 1
	Íon
	Concentração
Extracelular (mM)
	Concentração
Intracelular (mM)
	K+
	20
	400
	Cl-
	560
	21
	Ca2+
	10
	0,4
	Na+
	440
	50
Questão 2
A fertilização de oócito de rã pelo espermatozóide produz uma corrente iônica na membrana celular semelhante àquelas observadas nos neurônios e inicia os eventos que resultarão em divisão celular e desenvolvimento do embrião. No laboratório, oócitos podem ser estimulados a se dividir sem fertilização pela adição de K+ (até um valor final de 80 mM) ao meio externo (a concentração normal é de 9 mM). O valor de [K+]intracelular = 120 mM. Considere a temperatura igual a 20°C.
Partindo do pressuposto que a membrana do oócito seja permeável somente ao K+, qual é o potencial do repouso quando [K+]extracelular = 9 mM? 
Qual seria o potencial do repouso para [K+]extracelular = 80 mM?
Explique o que acontece para mudar o potencial da membrana de um valor para o outro. Trace uma curva (contra tempo na abscissa) para mostra isto. Faça anotações para indicar os eventos (adição de K+, movimento de K+ através da membrana). Desenhe diagramas para mostrar as mudanças nos valores relativas da forças-motrizes que estão atuando no K+.
Este experimento somente leva a divisão se tiver íons cálcio presentes no meio extracelular – quando o experimento foi repetido na ausência de íons cálcio, a elevação de [K+]extracelular não teve efeito. Qual evento provavelmente é responsável pela indução da divisão celular?
Questão 3
Se tivesse uma bomba ATPase Na+ K+ com estequiometria de 1:1 (1 Na+ bombeado para fora para cada K+ bombeado para dentro), esta bomba não poderia contribuir para a formação de uma diferença de potencial elétrico através da membrana. Verdadeira ou falsa? Explique seu raciocínio.
Questão 4
Suponha que um resíduo de glutamato está presente na região de um canal de sódio voltagem dependente. Um canal mutante é encontrado onde o Glu foi trocado por valina.
Compare a condutância do sódio no canal normal e mutante. 
Compare a permeabilidade do sódio nos dois canais em função do pH. 
Compare a magnitude do potencial de ação em nervos contendo o canal mutante e contendo canal normal. 
Questão 5
Suponha que tenha uma membrana pós-sináptico, inicialmente em repouso, que separa soluções que tenham as concentrações de íons tabuladas abaixo. Na ausência de transmissores, a membrana tem as permeabilidades também tabuladas abaixo. Em um dado instante, esta membrana recebe vários neurotransmissores diferentes que influenciam as permeabilidades (veja a última coluna da tabela). A temperatura fica em 37°C
	Íon
	Concentração
Intracelular (mM)
	Concentração
Extracelular (mM)
	Permeabilidade relativa antes da chegada dos neurotransmissores
	Permeabilidade relativa depois da chegada dos neurotransmissores
	K+
	140
	4
	1
	1
	Na+
	10
	142
	0,05
	0,2
	Cl-
	4
	103
	0,005
	0,2
Se o potencial limiar dos canais de Na+ voltagem dependentes é 20 mV mais positivo do que o potencial de repouso, determine se estes canais vão abrir depois da chegada dos neurotransmissores.
Questão 6
Invente uma estratégia celular (colocado em termos gerais!) pela qual a hiperpolarização de um axônio pode contribuir para a despolarização de um nervo pós-sináptico.
Questão 7
Uma estudante pretendia determinar a permeabilidade relativa de uma membrana celular ao sódio e ao potássio. Para responder a esta questão fez dois experimentos. No primeiro, ela aumentou a concentração de potássio externa e observou o efeito no potencial de membrana. No segundo ela diminuiu a concentração de sódio interna e também observou a alteração de potencial de membrana. Os resultados foram os seguintes: 
	 Dentro célula (mmol/L)
	 Fora célula (mmol/L)
	 Diferença de Potencial (mV)
	
	 [K+ ]= 50 
	 [K+ ]= 71 
	 -95
	Concentração normal (controle)
	 [K+ ]= 50
	[K+ ]= 460
	 -94
	1o experimento
	 
	 
	 
	
	 [Na+ ]= 525 
	  [Na+ ]= 10 
	 -95
	Concentração normal (controle)
	[Na+]= 45
	  [Na+ ]= 10 
	 -52
	2o experimento
A membrana desta célula é mais permeável ao íon Na+ ou K+ ? Explique sua resposta. 
Questão 8
As medidas de concentrações iônicas intra e extracelulares de um neurônio são:
	Espécie iônica
	Conc intracelular (mmol/L)
	conc. extracelular(mmol/L)
	Ca++
	0,5
	10
	Na+
	14
	135
	K+
	150
	4,5 
	Cl-
	20
	100
	Proteínas - 
	150
	0
Qual seria o potencial de membrana se as permeabilidades de cálcio, sódio, potássio e cloreto fossem 0; 0,05; 1,0 e 0, respectivamente? Temperatura = 37º C.
Questão 9
Quando uma membrana neuronal é tratada com batracotoxina (BTX), os canais sódio são abertos persistentemente se a membrana for estimulada (despolarizada). Os canais são fechados quando a membrana é repolarizada. Faça um esquema das transições do canal sódio mostrando qual transição é afetada pela BTX?
Questão 10
Faça um gráfico mostrando um potencial de ação típico. Dê os eventos responsáveis pela fase de inversão do potencial e pela fase de volta ao potencial de repouso. Especifique em cada caso se o fluxo de íons ocorre a favor ou contra os gradientes de concentração, elétrico ou ambos.
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RESPOSTAS
Questão 1
Calcule o potencial de equilíbrio de cada íon utilizando a equação de Nernst (pode usar porque sabemos que a membrana é permeável a somente um íon). O mais próximo do potencial de membrana deve ser o responsável. 
(K = -80 mV; (Cl = -95,6 mV; (Ca = +46,8 mV, (Na = + 63,3 mV. Portanto, deve ser Cl-
Questão 2
Use a equação de Nernst porque a membrana é permeável somente ao K+
(a) 
(b) 
(c) No repouso (m = -69 mV. Nesta situação as forças-motrizes no K+ eram, primeiro, o gradiente de concentração (dentro para fora) e, segundo, o potencial elétrico (fora para dentro). Estas forças motrizes eram iguais em magnitude, mas opostas na direção. No momento que adicionou K+ para o meio extracelular (antes de qualquer movimento de K+ através da membrana), o (m era ainda -69 mV. Mas a gradiente de concentração diminuiu. Em outras palavras, a força-motriz do potencial elétrico (fora para dentro) ficou do mesmo tamanho que tinha antes, mas a força motriz do gradiente de concentração (dentro para fora) diminuiu. Portanto, tem força motriz global para a entrada de K+. No momento que K+ começa a entrar, o potencial da membrana rapidamente fica mais positivo, ou seja, menos negativo, mas sem afetar a concentração intracelular de K+ (nos fizemos o cálculo na aula teórica que mostra que a passagem de uma quantidade desprezível de K+ é capaz de mudar o potencial da membrana significativamente). Na ausência de outros fenômenos, o potencial da membrana vai rapidamente para o novo potencial de equilíbrio de K+ (-11 mV).
(d) Enquanto o potencial da membrana está mudando, de -69 mV, na direção de -11 mV, o potencial deve atingir o potencial limiar de canais de Ca++ voltagem dependentes. Quando estes canais abrem, Ca++ deve entrar na célula (mas somente se tiver Ca++ no meio extracelular) e o potencial deve agora ir rapidamente na direção do potencial de equilíbrio de Ca++. Uma vez dentro da célula, Ca++ deve induzir/participar no processo de divisão celular. Se não tiver Ca++ no meio celular, os canais de Ca++ voltagem dependentes devem abrir. Mas, uma vez que Ca++ não entra na célula, primeiro, o potencial da membrana continua na direção de -11 mV e, segundo, a ausência de Ca++ intracelular deve fazer com que a divisão não ocorra.
Questão 3
A afirmação é falsa. Se o bombeamento dos íons fosse a única consideração, a bomba não seria capaz de contribuir para a geração do potencial da membrana, porque troca um “+1” por outra “+1”. Entretanto, isto não é a única consideração. O efeito do bombeamento também depende da permeabilidade da membrana aos dois íons. Se as permeabilidades frente os dois íons forem diferentes, o bombeamento vai acabar contribuindo paraa geração do potencial da membrana (veja a equação de Goldman!). 
Questão 4
A condutância do sódio no canal normal vai ser mais alta porque o glutamato tem a função de coordenar o K+ que facilita sua passagem. 
Em valores de pH que sejam baixos o suficiente, o glutamato no canal normal vai ficar protonado. Uma vez protonado, este glutamato não vai ser mais efetivo do que a valina – porque, sem a carga negativa na carboxila, não pode coordenar o K+. Com aumento do pH, o glutamato vai desprotonar e a permeabilidade do sódio no canal vai aumentar significativamente (o pH em que isto acontece vai depender do pKa daquela cadeia lateral de glutamato). Em todos os valores de pH a cadeia lateral de valina é neutro (é um aminoácido de cadeia lateral alifático). Portanto, a permeabilidade do sódio no canal mutante vai sempre ser baixa. 
O potencial de ação em nervos contendo o canal mutante vai ser menor em magnitude do que em nervos contendo o canal normal. Isto porque o fechamento do canal é tempo dependente (a abertura do canal já desencadeia o fechamento do canal, só que o fechamento é um processo mais demorado do que a abertura, então fica aberto por um dado tempo, de ordem de grandeza de 1 milisegundo). Com a condutância menor, mas a mesma força-motriz (gradiente de concentração e potencial inicial de membrana), menos Na+ vai passar no mesmo tempo no canal mutante do que no canal normal. 
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Questão 5
Potencial da membrana ANTES da chegada dos neurotransmissores
Potencial da membrana DEPOIS da chegada dos neurotransmissores
Conforme a informação dada na pergunta, o potencial limiar é -0,068 V + 0,020 V = -0,048 V. A membrana vai na direção de -0,042 V, que é mais positivo do que -0,048 V. Portanto, sim, os canais de Na+ voltagem dependentes vão abrir.
Questão 6
A hiperpolarização pode diminuir a produção de um neutotransmissor inibitório. 
Quando não hiperpolarizado, o axônio pode liberar o neurotransmissor inibitório, que pode hiperpolarizar a membrana pós-sináptica (por exemplo, um que abrisse canais de Cl-). Isto faria que fosse mais difícil o neurônio pós-sináptico chegar no potencial limiar. 
Quando hiperpolarizado, o axônio pode deixar de produzir este neurotransmissor inibitório. A ausência do neurotransmissor inibitório pode permitir a membrana pós-sinápitca ser despolarizado com outras estímulos positivos vindo de outros axônios exitatórios. 
O músculo adutor de uma ostra gigante, que vive a 65°C nas proximidades de fontes hidro-termais submarinas, tem um potencial de membrana de –95 mV. Dadas as concentrações iônicas da tabela e supondo que a membrana do músculo adutor seja permeável somente a um destes íons, qual seria “o íon permeável”?
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