Aula 3 Potenciais de REPOUSO e AÇÃO

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Prof: Augusto Cezar Ferraz
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FISIOLOGIA HUMANA
POTENCIAIS BIOELÉTRICOS
Belém – PA
Gradientes de concentração – 
Gradientes de concentração eletroquímicos 
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 É a separação de cargas opostas pela membrana plasmática;
 Deve-se a diferenças na concentração e na permeabilidade de íons principais; 
Potencial de ação: mudanças breves, rápidas e grandes (100mV) no potencial de membrana;
 Potencial de ação ocorrem de forma “tudo ou nada”.
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POTENCIAL DE MEMBRANA
DEFINIÇÃO: é o potencial de membrana antes que ocorra a excitação da célula nervosa.
“É o potencial elétrico através da membrana”
POTENCIAL DE REPOUSO
Ocorre devido à:
	
Concentrações iônicas diferentes: LIC x LEC
Permeabilidade diferenciada para diferentes íons.
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Antes de falar sobre o potencial de ação precisamos entender o potencial de repouso que nada mais é que o equilíbrio eletroquímico da membrana celular, que se dá pelas cargas positivas externamente negativas internamente. 
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POTENCIAL ELETROQUÍMICO DA CÉLULA 
Meio extracelular: 
Na+ = 145 mM Ena = +65 mV 
Cl- = 115 mM Ecl = - 90 mV
K+ = 3,5 mM Ek = - 100 mV
Meio Intracelular:
Na = 12 mM Cl = 3,6 mM K = 160 mM
Em = - 90 mV (diferença do potencial eletroquímico da célula) 
Concentração dos íons dentro e fora da célula. Gradiente eletroquímico / Gradiente de concentração 
mV milivolte E (potencial eletroquímico)
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DETERMINANTES DO POTENCIAL DE REPOUSO
Canais sempre abertos (vazamento): difusão de Na+ e K+
Permeabilidade da membrana menor ao Na+ que ao K+ quando a célula está em repouso
BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO:
Criar uma diferença de cargas elétricas entre os dois lados da membrana: positiva na face externa e negativa na face interna. 
Compensar um acúmulo de solutos no citoplasma, o que poderia provocar uma entrada excessiva de água por osmose, com a conseqüente ruptura da célula.
Ajuda indiretamente a entrada de glicose e aminoácidos na célula. 
POTENCIAL DE REPOUSO
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CANAIS DE VAZAMENTO DE Na+ e K+
100x mais permeável ao K+ que para Na+ .
Transporte sem gasto de energia
 ↑ [ ] de K+ (MI) = difusão para ME
 Carga positiva “carregada” para fora da célula
 Interior da fibra nervosa = presença de grande quantidade de proteínas (cargas negativas)
 MI se torna negativo pela falta de íons positivos e ao excesso de potencial ionizada.
 Fibra nervosa em repouso grande calibre = -90mV, com negatividade no interior.
POTENCIAL DE REPOUSO
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POTENCIAL DE REPOUSO
Raciocinando…
Estabelecimento de gradiente eletroquímico = forças que viabilizam a movimentação de íons através da membrana.
Potencial de equilíbrio 
Valor de carga que contrabalança a tendência de difusão em razão da diferença de concentração. 
Forças química e elétrica se igualam. (equilíbrio é dinâmico.)
Equação de Nernst: calcula o potencial de equilíbrio de cada íon.
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Potencial de DIFUSÃO do K+
+
Potencial de DIFUSÃO do Na+
+
Bomba de Na+/K+
POTENCIAL DE REPOUSO
Potencial de repouso = -90 mV (média)
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EQUAÇÃO DE NERNST
Walther Nernst (cientista alemão):
Considera que a membrana celular é permeável a apenas um tipo de íon.
Conceito: a equação é usada para computar a diferença de potencial elétrico necessária para produzir uma força elétrica, que é igual e oposta a força de concentração. (potencial de equilíbrio de cada íon)
FEM (mV) = ± 61 log Concentração Interna
			 	 Concentração Externa
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FEM=FORÇA ELETROMOTIVA
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Lei de Nernst
Constante passagem de íons de um lado para o outro da membrana
Equilíbrio dinâmico
Diferença zero de potencial entre o lado interno e o lado externo.
Concentrações de íons dos dois lados se igualariam, e também os potenciais
Equilíbrio eletroquímico para K+, Na+ e Cl- 
EQUAÇÃO DE NERNST
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POTENCIAL DE AÇÃO 
POTENCIAL DE REPOUSO 
1-Contribuição do Potencial de Difusão do Potássio
Equação de Nernst = -94 mV. 
2-Contribuição do Potencial de Difusão de Sódio (canais de vazamento de K+ e Na+)
Equação de Nernst = + 61 mV. 
K+ mais permeável = contribuição maior para o potencial da membrana. 
EQUAÇÃO DE GOLDMAN = potencial interno da membrana de – 86 mV.
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POTENCIAL DE AÇÃO 
Equação de Goldman: 
	Permite o cálculo do potencial de membrana no interior da membrana, quando dois íons positivos univalentes (Na, K) e um íon negativo (Cl) estão envolvidos.
POTENCIAL DE REPOUSO 
FEM(mV)= - 61.log. CNai.PNa + CKi.Pk + CClo.PCl
			 CNao.PNa + Cko.Pk + CCli.PCl
Ci: concentração interna do íon
Co: concentração externa do íon
P: permeabilidade do íon
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POTENCIAL DE AÇÃO 
3-Contribuição da Bomba de Na+ e K+ 
	Na+ = produz uma perda contínua de cargas positivas do interior da membrana, isso cria um adicional de negatividade (cerca de – 4 mV) no interior.
“Portanto o verdadeiro potencial de membrana, com o qual todos esses fatores operam ao mesmo tempo é cerca de – 90 mV.”
POTENCIAL DE REPOUSO 
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Considerações
É o potencial de membrana anterior a excitação da célula nervosa
Base de todos os fenômenos da bioeletricidade 
Céls Excitáveis: são capazes de gerar impulsos eletroquímicos em suas membranas. 
EX: Células Musculares, nervosas.
Céls Não excitáveis: potencial de membrana constante. 
	EX: Células epiteliais, conjuntivas.
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“A manutenção do potencial de membrana é uma propriedade de todas as células vivas mas a capacidade de gerar potenciais de ação está presente apenas em células especializadas como os nervos e os músculos.”
As alterações do potencial de membrana em células excitáveis podem ser devidas a modificações temporárias na permeabilidade iônica.
Considerações
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POTENCIAL 
DE 
AÇÃO 
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POTENCIAL DE AÇÃO 
POTENCIAL DE AÇÃO 
CONCEITO: É uma súbita variação no potencial de membrana seguida por um retorno ao potencial de repouso da membrana.
CARACTERÍSTICAS:
Conduzido ao longo do axônio de um neurônio para outro;
Depende da abertura e fechamento de canais iônicos.
Canais dependentes de voltagem = responsáveis pelos potenciais de ação.
Duração em céls. Nervosas = 1 ms
Permite que todo o comprimento destas longas células se contraia quase simultaneamente. 
São fenômenos tudo-ou-nada;
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POTENCIAL DE AÇÃO 
POTENCIAL DE AÇÃO 
LEI DO TUDO OU NADA
Um estímulo ou produz um potencial de ação completo ou não o deflagra.
Tamanho do potencial de ação não aumenta com estímulos de maiores intensidades. 
“Quando se aplica um estímulo superior ao estímulo do limiar, o tamanho e a forma do potencial de ação não se alteram.”
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Como o potencial de membrana alcança o Potencial Limiar?
Conceito: potencial mínimo atingido para que seja iniciado o potencial de ação 
Variação de 15 a 30 mV 
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POTENCIAL DE AÇÃO 
POTENCIAL DE AÇÃO 
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Etapas:
Estado de repouso: corresponde ao potencial de repouso da membrana que antecede o potencial de ação  membrana esta polarizada;
Despolarização: a membrana fica subitamente permeável aos íons sódio, permitindo o fluxo de grande quantidade de sódio (+) para o axônio. O estado normal de repouso (-90mV) desaparece;
POTENCIAL DE AÇÃO 
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Etapas:
Repolarização: 
Canais de sódio começam a fechar-se;
Canais de potássio abrem-se mais do que o fazem normalmente;
Rápida difusão de íons potássio para o exterior da fibra;
Potencial negativo de repouso é restabelecido.
POTENCIAL DE AÇÃO 
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Hiperpolarização
	
“A membrana não repolariza imediatamente porque se torna excessivamente permeável ao K+”
Dura alguns milissegundos 
A célula não reage aos neurotransmissores = excesso de negatividade em seu interior ;
Impede a ocorrência de um novo potencial de ação. 
Nesta fase a célula parte de -75mv e chega até -90 mV. 
Esse estado desaparece gradualmente. 
POTENCIAL DE AÇÃO 
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 Meio extracelular +
 Meio intracelular -
ÍONS ENVOLVIDOS: Na, K e Cl. 
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REPRESENTAÇÃO DO POTENCIAL DE REPOUSO 
Os ions
possuem cargas, sendo assim eles irão alterar o potencial da célula, gerando potencial de ação. 
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REPRESENTAÇÃO DO POTENCIAL DE REPOUSO 
Despolarização é o processo em que a célula investe momentaneamente a polaridade da membrana plasmática. Mudando a conformação normal da célula, tornando o seu interior mais positivo. 
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Canal de sódio voltagem
 Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+
 Na+ 
Canal de Sódio Químico Dependente 
 
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DESPOLARIZAÇÃO
O sódio é mais concentrado do lado de fora do que do lado de dentro da célula, para que a célula despolarize o sódio precisará entrar na célula, no entanto o sódio não é permeável a membrana, sendo necessário um transportador. 
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Canal de sódio voltagem
 Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+
Limiar excitação da célula: - 55mV
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DESPOLARIZAÇÃO
Canal de sódio químico dependente fica ativo começa a jogar o sódio para dentro da célula, começa então alternar o potencial da célula, ate alcança o limiar. 
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Após o limiar – canais sódio voltagem dependente
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DESPOLARIZAÇÃO
Quando atinge o ponto limiar um outro canal sódio voltagem dependente que pequenas variações ativam os canais de uma única vez, entrando muito Na na célula 
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 Na+ Na+ Na+
Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+
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DESPOLARIZAÇÃO
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
++++++++++++++++++++++++++++++++++++
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DESPOLARIZAÇÃO
Quando isso acontece o interior da célula fica mais positivo, ou seja, depolarizou. Ai ocorre a propagação em uma fibra nervosa. 
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Processo em que ocorre a saída do íon sódio e potássio com reequilíbrio de ambos pela bomba de sódio e potássio. 
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REPOLARIZAÇÃO
Canal de sódio dependente ativo
Na+ causa rápida despolarização = +30mV
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REPOLARIZAÇÃO
No entanto a célula não pode permanecer em um estado despolarizado, caso contrario ela não vai conseguir desencadear um outro potencial de ação. Sendo necessário repolarizar, ou seja, estado de retorno de potencial de repouso. 
Quando o potencial eletroquímico da célula alcança mais de 35mV a carga positiva é capaz de inibir o canal de sódio dependente e ativar canal de potássio dependete
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 K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+
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REPOLARIZAÇÃO
Ativação dos canais de potássio dependente que irá começa a jogar o potássio para fora da célula, tornando o interior mais negativo, perdendo voltagem, ate atingir o ponto de – 90 mv, e quem vai auxiliar essa queda é a bomba de sódio e potássio.
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CANAIS DE Na+ E K+
Canais Voltagem dependente de Na+ e K+
Ativação e/ou inativação só acontece quando o potencial de membrana varia de seu valor negativo normal de repouso para um valor positivo. 
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Canais de membrana regulados por voltagem são formados por proteinas de diversos grupos de cargas, sensíveis na mudança de voltagem. Comporta ou portão.
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Componentes e Funcionamento Básico do Sistema Nervoso
Modelo dos Canais de Na+ Voltagem-Dependentes
Silverthorn, 2003
 Figura 2.2. Características dos canais voltagem- dependentes de sódio e de potássio,
 mostrando tanto a ativação como a inativação dos canais de sódio e a ativação dos canais de potássio, que só acontece quando o potencial de membrana varia de seu valor negativo normal de repouso para um valor positivo. 
Canais Voltagem dependente de Na+ e K+
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Já o canal de potássio regulado por voltagem é mais simples, possui apenas um canal de ativação
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Bomba de Sódio e Potássio. 
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REPOLARIZAÇÃO
A bomba de sódio e potássio vai hidrolisar o ATP e jogar o sódio para fora e o potássio para dentro, sempre contra o gradiente de concentração. A célula vai caindo sua voltagem ate atingir mais de -90mV inibindo a bomba de sódio e potássio.
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Canal de potássio (fecha) – 90mV.
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REPOLARIZAÇÃO
Deixando um canal de potássio aberto, esse canal de potássio só fecha quando atingi uma voltagem menor que -90mV, por isso cai mais um pouco 
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Após o equilíbrio fecha o canal de potássio.
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REPOLARIZAÇÃO
Só ai esse canal sera fechado.
Sempre os canais são fechados quando se alcança um equilíbrio eletroquímico. 
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Processo em que a célula polariza ainda mais o seu interior a partir do seu potencial de repouso. 
Nesse processo estão envolvidos o íon potássio e o íon cloreto. 
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HIPERPOLARIZAÇÃO
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HIPERPOLARIZAÇÃO
 K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+
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HIPERPOLARIZAÇÃO
O interior mais negativo que o exterior, pois esta em estado de repouso, existem dois canais cloreto químico dependetne e canal de potássio químico dependente que atuam a partir de um ligante. Onde o cloreto começa a entrar o potássio a sair, tornado a célula mais hiperpolarizante, 
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Componentes e Funcionamento Básico do Sistema Nervoso
Silverthorn, 2003
Terminologia Associada As Mudanças do Potencial de Membrana em Repouso
ESTADO REFRATÁRIO: período no qual a fibra nervosa não pode conduzir um segundo impulso.
PERÍODO REFRATÁRIO: Intervalo de tempo em que a fibra permanece nesse estado.
POTENCIAL DE AÇÃO 
Fibras mais calibrosas = cerca de 1/2.500 seg
Fibras mais delgadas = até 1/250 seg 
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POTENCIAL DE AÇÃO
INTENSIDADE DO ESTÍMULO 
Quanto maior for o estímulo maior será a freqüência dos Potenciais de ação. Não ocorre aumento de intensidade do potencial pois ele é sempre “tudo ou nada”. 
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POTENCIAL DE AÇÃO
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Componentes e Funcionamento Básico do Sistema Nervoso
O Potencial de Ação
Silverthorn, 2003
PRA QUE SERVE O POTENCIAL DE AÇÃO ?
Estimular a contração muscular;
Estimular a liberação de neurotransmissores;
Estimular a secreção de outras substâncias por células neurais e neuroendócrinas.
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Células Musculares
Células nervosas
 Contração e relaxamento muscular
Transmissões sinápticas
Toxina do peixe baiacu (puffy fish);
Origem não protéica, tem a capacidade de bloquear canais de sódio dependentes de voltagem;
Fonte: http://farm4.static.flickr.com/3166/2612127179_2b6c9944aa.jpg?v=0
Efeito tóxico: bloqueio dos canais de sódio, como uma rolha fechando uma garrafa, sendo um veneno mortal, mil vezes mais potente que cianeto de potássio. 
Envenenamento: parada respiratória, há diversos relatos de envenenamento acidental devido ao consumo do fugu. 
Tetrodoxina (TTX)
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Bomba Na+ K+
Canais vazantes K+
Tendência de K+ a fluir para fora da célula
a favor de seu grad [ ]
Potencial de Membrana
Qq transferência de carga + para fora,
deixará cargas – desequilibradas dentro
da célula: campo elétrico
Mov. Adicional de K+ 
para fora
O potencial de membrana em repouso é o potencial onde o fluxo de íons + e – pela
membrana plasmática está precisamente equilibrado.
Estabelece-se um equilíbrio onde o potencial de membrana é forte o suficiente para
contrabalançar a tendência de K+ de mover-se para fora a favor de seu grad [ ].
 O potencial de repouso tem um valor negativo, o que por convenção significa que existe 
um excesso de carga negativa no interior da membrana comparado com o exterior 
REPOUSO
Célula POLARIZADA
DESPOLARIZAÇÃO
Canais de Na+ são subitamente abertos
Mudança do potencial de membrana tornando-o
menos negativo
Canais de voltagem dependentes
de Na+ e K+
Componentes e Funcionamento Básico do Sistema Nervoso
Silverthorn, 2003
Movimento dos Íons Durante o Potencial de Ação 
Potencial Graduado
Potencial de Ação
Tipo de Sinal
Sinal de estímulo
Sinal de condução
Onde ocorre
Usualmente nos dendritos e no corpo celular
Zona de estímulo através do axônio
Tipos de canais iônicos envolvidos
Canais mecânicos, químicos ou voltagem-dependentes
Canais voltagem-dependentes
Íons envolvidos
Usualmente Na+, Cl-e Ca2+
Na+e K+
Tipo de sinal
Despolarização (p.ex., Na+) ou hiperpolarização (p.ex. Cl-)
Despolarização
Força do sinal
Depende do estímulo inicial; pode ser somado
É sempre o mesmo (lei do tudo-ou-nada); não pode ser somado
O que inicia o sinal
Os íons entram através dos canais da membrana
Potencial graduado acima do limiar na zona de estímulo
Características únicas
Não é necessário um nível mínimo para iniciar
Dois sinais que chegam praticamente juntos somarão os estímulos
Limiar de estímulo é necessário para iniciar
Período refratário; dois sinais que chegam praticamente ao mesmo tempo não podem ser somados
A força do estímulo inicial é indicada pela freqüência de uma série de potencias de ação
Componentes e Funcionamento Básico do Sistema Nervoso
Comparando o Potencial Graduado com o Potencial de Ação 
(a)
(b)
Componentes e Funcionamento Básico do Sistema Nervoso
Codificação da Intensidade do Estímulo
Silverthorn, 2003