4 potencial de membrana

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03/04/2013
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Potencial de repouso
Nathália Teodoro
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
DEPARTAMENTO DE FISIOLOGIA E BIOFÍSICA
Conceitos básicos de eletricidade
• Diferença de potencial:
• Corrente elétrica:
• Movimento de cargas elétricas em meios condutores.
• As cargas para os fenômenos elétricos na membrana celular
são íons, como Na+, K+, Ca2+ e Cl-
Conceitos básicos de eletricidade
• Diferença de potencial →→→→ Registro do potencial de repouso
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Potencial de repouso
• Considerações importantes:
• Todas as células vivas se caracterizam por manter um
potencial elétrico negativo no citoplasma, gerando uma
diferença de potencial elétrico através da membrana.
• Diferença de potencial eletroquímico gera diferença de
potencial elétrico na membrana.
• Alterações na permeabilidade iônica da membrana levam a
alterações do potencial de membrana.
• Convenção: potencial elétrico fora da célula é definido
como zero, sendo o potencial de repouso o valor do
potencial elétrico no interior da célula.
Comportamento elétrico da membrana
Comportamento elétrico da membrana
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Fluxo iônico
Potencial de equilíbrio iônico (Ei)
• Potencial elétrico que contrabalança o potencial químico gerado
pela diferença de [ ] iônica.
Potencial de equilíbrio iônico (Ei)
• Se a membrana for permeável apenas ao ânion inverte-se o sinal
do potencial.
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Potencial de equilíbrio iônico (Ei)
Fator importante a se pensar:
Para quem a membrana é (mais) permeável?
E para quem a membrana é (mais) impermeável?
Além do potencial químico e elétrico, outro fator
importante para o movimento de um íon é a
permeabilidade porque a membrana possui
permeabilidade seletiva.
Potencial de equilíbrio iônico (Ei)
• Equilíbrio eletroquímico: Quando as duas forças são iguais e
opostas, não há força resultante sobre o íon (R = 0)
Potencial de equilíbrio iônico (Ei)
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Potencial de equilíbrio iônico (Ei)
• Potenciais de Nernst para os principais íons de importância
fisiológica:
?
?
?
?
log (0,1) = -1 log (33,34) = 1,54
log(9,67) = 1 log (0,03) = -1,54
log(0,05) = -1,31 log (0,000056) = -4,25
log (20) = 1,31 log (18000) = 4,25
Potencial de equilíbrio iônico (Ei)
• Potenciais de Nernst para os principais íons de importância
fisiológica:
A tendência natural do íon é fluir até que sua diferença de potencial
de equilíbrio seja estabelecida.
Cada íon procura fazer com que sua diferença de potencial elétrico
na membrana (mV) seja igual ao seu potencial de equilíbrio (Nernst).
Potencial de repouso
• Distribuição de íons através da membrana plasmática:
Quanto > a diferença entre o potencial de membrana medido e o
potencial de equilíbrio para um íon, > é a força resultante que
tende a promover o fluxo resultante daquele íon.
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Potencial de equilíbrio iônico (Ei)
• Equação de Nernst:
• A Equação de Nernst é uma idealização, que considera a
membrana permeável apenas a um tipo de íon. Sendo assim,
ela não consegue prever o valor final do potencial presente na
membrana, porque não leva em consideração a ação de
diversos íons presentes nas regiões intra e extracelular.
• Utilidade da Equação de Nernst:
• Determinar se um íon está em equilíbrio
• Determinar a diferença de potencial elétrico através da
membrana necessária para o equilíbrio do íon.
Equação de Goldman-Hodgkin-Hatz (GHZ)
• A aplicação da equação de Nernst é inadequada para determinar
o potencial de repouso devido à presença de diversos íons.
• Além disso, a membrana apresenta permeabilidade distinta
para cada íon, devido aos diferentes tipos de canais presentes na
membrana plasmática.
• A análise da permeabilidade levou a uma equação mais realista:
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Condutância da membrana
• A permeabilidade da membrana é dada pela sua condutância.
• A membrana celular possui canais por onde passam íons.
• Canais iônicos: podem ser vistos como condutores (g) porque
passam corrente elétrica na forma de íons.
• Membrana: capacitor (C), faz armazenamento de cargas.
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Condutância da membrana
• Quando alguns íons se distribuem através da membrana, cada
íon tende a trazer o potencial de repouso em direção ao seu
próprio potencial de equilíbrio (Nernst).
• Quanto mais permeável é a membrana para determinado íon,
isto é, quanto maior a condutância da membrana àquele íon,
maior será a contribuição desse íon em deslocar o potencial de
repouso em direção do seu potencial de equilíbrio.
O potencial de membrana é uma média ponderada dos
potenciais de equilíbrio de todos os íons para os quais a
membrana é permeável (Na+, K+ e Cl-)
Equação de condutância de corda
Quanto maior a condutância da membrana a um íon (gi), maior a
influência deste íon, isto é, mais próximo o potencial de repouso
ficará do potencial de equilíbrio desse íon (Ei).
Potencial de repouso
• Fibra muscular de rã:
• Potencial de membrana: -70mV
• EK+ = -105 mV
• ENa+ = +67 mV
• Na célula em repouso: gK > gNa
• Eritrócitos: -10 mV
• Músculo liso: -40 mV
• Músculo esquelético: -90 mV
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Potencial de repouso
Potencial de repouso
• Canais de vazamento de Na+ e K+:
• São canais que permitem
passagem de íons Na+ e K+
• São mais permeáveis (100 x)
ao K+ do que ao Na+
• A permeabilidade pode
ser explicada pelo tamanho
das moléculas hidratadas
Potencial de repouso
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Potencial de repouso
• Participação da Na+-K+ ATPase no potencial de repouso:
• Transferência de carga (+) para fora da célula
• Eletrogênica: movimento resultante de cargas
• Contribuição no potencial de repouso: ~10%
• Gradientes iônicos: mantidos pelo bombeamento ativo de íons
Potencial de membrana/ repouso
• Fatores determinantes:
• Distribuição desigual de íons através da membrana
(gradiente eletroquímico)
• Permeabilidade seletiva aos diferentes íons
• Transporte ativo: Na+-K+ ATPase e Ca2+ ATPase
• Proteínas carregadas e impermeantes (efeito Donnan)
Efeito Donnan
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Potencial de membrana/ repouso
Potencial de membrana/ repouso
• O potencial de repouso (Vm) é determinado por:
• Distribuição desigual de íons através da membrana (Na+,
K+)
• Diferentes permeabilidades da membrana aos íons
• Trabalho de bombas eletrogênicas. Ex: Na+-K+ ATPase e
Ca2+ ATPase
• Efeito Donnan.
• O Vm está muito próximo do potencial de equilíbrio do K+,
porque os íons K+ são mais permeáveis no repouso (através
dos canais de vazamento).
Diferença de potencial (DP) na membrana
• Potencial elétrico negativo no citoplasma
Diferença de potencial elétrico (DP) através da membrana
necessária para vários processos que ocorrem na membrana
• Contribui para gerar o gradiente eletroquímico do Na+
(necessário para mover vários sistemas de co e contratransporte)
• Cria condições para uma rápida entrada de Ca2+ no citoplasma,
quando canais de Ca2+ voltagem-dependentes são ativados.