Professora Grace Prá Bases Biológicas

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Todas as células têm um potencial elétrico através da membrana:
o interior da célula é negativo em relação ao extracelular
Medindo a diferença de potencial de membrana
Um voltímetro mede a diferença de carga elétrica entre o
interior de uma célula e o líquido em que está imersa.
O potencial de repouso da membrana varia de acordo com o tipo de célula:
- 7 mV, nos eritrócitos humanos;
- 30 mV, alguns tipos de músculos lisos;
- 60	a -70 mV, alguns neurônios;
- 90 mV, músculo esquelético, ventricular
cardíaco, fibras nervosas calibrosas.
Pré-requisitos essenciais para que exista diferença de potencial através de uma membrana:
Concentrações iônicas intracelular e extracelular diferentes.
Diferenças entre as permeabilidades da membrana aos diferentes íons (K+> Cl-> Na+ )
Bomba de Na+/K+
Soluto
Interstício
Célula
Na+
mM
145
15
K+
mM
4,7
120
Ca2+
mM
1,2
10-4 (ionizado)
Mg2+
mM
0,55
1 (ionizado)
18 (total)
Cl-
mM
116
29
HCO3	mM
-
25
15
H2PO4 /HPO4	mM
-
2-
0,8
0,7
Proteínas
1 g/dl
30 g/dl
Glicose	mM
5,5
Baixa
pH
7,4
~7,2
Osmolalidade
mOsmol/kg
290
290
Composição dos compartimentos do organismo
As concentrações iônicas são diferentes dentro e fora da célula
O neurônio possui tipicamente todos os elementos de
uma célula eucariótica.
Propriedades comuns dos neurônios:
Gerar e propagar atividades elétricas = impulso nervoso.
Comunicam-se entre si por meio de sinapses nervosas.
Comunicam-se com outros neurônios, células musculares ou glandulares.
Células excitáveis são capazes de alterar
ativamente o potencial da membrana
Os principais tipos de células excitáveis são neurônios e fibras musculares.
As células excitáveis estão em REPOUSO ou em ATIVIDADE (geram e propagam impulsos elétricos denominados de POTENCIAIS DE AÇÃO)
A face interna é negativa em relação à externa.
Definição:
É a diferença de potencial elétrico entre o interior e o exterior da membrana celular, e que não está sendo excitada de nenhuma	forma.
Em neurônios o potencial de repouso varia entre
-60 e -70 mV.
Quando um eletrodo (vermelho) atravessa a membrana, o
voltímetro acusa a existência de uma Vm de - 70 mV.
Causas:
Concentrações iônicas intracelular e extracelular diferentes.
Diferenças entre as permeabilidades da membrana aos diferentes íons (seletividade).
Bomba Na+/K+.
Pré-requisitos para diferença de potencial de membrana:
Concentrações iônicas intracelular e extracelular diferentes.
Diferenças entre as permeabilidades da membrana aos diferentes íons (K+> Cl->
Na+ )
Bomba de Na+/K+
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
Composição e concentração iônica intra e extracelular
O impulso nervoso é uma onda de atividade elétrica que
passa ao longo do neurônio.
(Obs: não é um fluxo de elétrons de modo que não é uma corrente elétrica).
Esta alteração pode ser detectada (com eletrodos colocados no interior e no exterior do neurônio) como uma mudança transitória na carga elétrica sobre a superfície da membrana - isto é chamado um potencial de ação	= IN.
Impulso Nervoso
O potencial de ação (PA) é um evento elétrico transitório no
qual	ocorre	a	completa	inversão	da	polaridade	elétrica	da
membrana.
Etapas do PA
Despolarização
Repolarização
Hiperpolarização
Potencial de repouso
Hiperpolarizaçâo
Despolarização
Repolarização
a) Despolarização
A partir do estímulo despolarizante, ocorre a abertura dos canais de Na+ controlados por voltagem que se abrem rapidamente, fazendo com que grande quantidade de íons Na+ entre na célula.
A rápida entrada de Na+ despolariza a célula = o potencial de ação aumenta para um valor positivo (até + 35 mV).
b) Repolarização
Os canais de Na+ começam a se fechar e os canais de K+ (mais lentos) se abrem.

A difusão dos íons K+
para o exterior restabelece o potencial de repouso negativo da
membrana.
c) Hiperpolarização
A repolarização continua.
Entretanto, como o fechamento dos canais de K+ é lento, ocorre uma hiperpolarização = valor inferior ao potencial de repouso dos neurônios (-65mV).
Retorno ao estado de repouso
O estado de repouso é recuperado pela atividade das bombas de
Na+/K+.
Resumo
Figure 7. The flow of an action potential within an axon; compare Fig. 5 for explanations and symbols. Top panel: the action potential at low speed (top) so that you can appreciate the series of events. Note that the membrane depolymerisation (inverted +/- in lower/upper line) propagates ahead of the area where sodium channels are actually open, thus triggering the opening of more sodium channels and driving the action potential like a Mexican wave along the axon.
Evento tudo-ou-nada: o potencial de ação só é gerado se a voltagem for igual ou superior ao limiar excitatório da membrana.
Condução não-decremental: a quantidade de Na+ que entra na célula realizando o potencial de ação é a mesma durante toda a propagação do impulso nervoso. Não diminui de potencia durante todo o axônio.
Unidirecional: um potencial de ação iniciado em uma extremidade de um axônio se propaga em apenas uma direção, não retornando pelo caminho já percorrido.
Myelin sheath
Bundle of nerve fibres
Connective tissue coat of nerve
Nerve
Entretanto, o tamanho do axônio impõe restrições no empacotamento de um grande número de grandes axônios em um nervo!
Diâmetro de axônios x velocidade do Impulso Nervoso
Potencial de ação nas fibras mielinizadas
O impulso nervoso é mais veloz em neurônios mielinizados do que em não-mielinizados.
Nas fibras mielinizadas o PA só se desenvolve nos nodos de Ranvier. Sob a bainha não há canais iônicos.
Potencial de ação nas fibras mielinizadas:
"impulso saltatório"
Comparação da velocidade de condução do impulso nervoso quanto ao diâmetro e tipo de axônio
Afeta a velocidade de difusão e a velocidade de libertação de energia pelas mitocôndrias para transporte ativo (é controlada por enzimas): a consequência é que a transmissão do impulso nervoso é mais rápida em animais endotérmicos que mantêm uma temperatura corporal elevada.
Potencial graduado
A despolarização ou hiperpolarização é proporcional à intensidade do estímulo.
Percorrem distâncias curtas e perdem a força à medida que se propagam.
Os potenciais graduados são propagados e podem atingir a zona de estímulo (ou zona de gatilho) do neurônio (em interneurônios e neurônios eferentes).
Ocorre pela abertura de canais iônicos que alteram o potencial de membrana.
Potencial de Repouso
No	Potencial de Repouso, diz-se que a membrana do neurônio está polarizada, isto é, o interior está negativo e o exterior positivo.
Fatores determinantes na diferença de potencial de membrana:
Concentrações iônicas intracelular e extracelular diferentes.
Diferenças entre as permeabilidades da membrana aos diferentes
íons (K+> Cl-> Na+ )
Bomba de Na+/K+
Bomba de Na+/K+
Transporta 3 Na+ para fora da célula e 2 K+ para dentro, contra seus gradientes de concentração utilizando a energia do ATP no processo.
Esse	processo	mantém	altas	concentrações
exterior celular e de K+ no seu interior.
de	Na+	no
Potencial de Ação (PA) ou Impulso Nervoso
Potencial de ação (PA) ou Impulso Nervoso é a variação rápida do potencial de repouso	da membrana seguida pelo retorno ao potencial de repouso da membrana.
Na+ / K+ / Cl- são os íons mais importantes na geração do
PA nas fibras nervosas e musculares.
Fases:
despolarização,
repolarização e
hiperpolarização.
Despolarização
Os canais de Na+ são abertos, ocorre a entrada dos íons
de	Na+
-	o	que	causa	a	despolarização
=	o	meio
o	meio
intracelular	se	torna	positivo,	enquanto
extracelular fica negativo.
Potencial de Ação (PA) ou Impulso Nervoso
Repolarização
Depois, com o fechamento dos canais de sódio, abrem-se os canais de potássio e os íons de K+
passam para o meio extracelular - o que gera a repolarização: o meio intracelular fica negativo e o meio extracelular positivo.
Potencial de Ação (PA) ou Impulso Nervoso
Hiperpolarização
Entretanto,	íons	de	potássio	passam	em	excesso	para	o
meio	extracelular,	gerando	uma	hiperpolarização:	o
de
interior	atinge	-75mV,	valor	inferior	ao	potencial
repouso dos neurônios (-65mV).
Potencial de Ação (PA) ou Impulso Nervoso
- - - - -
- - - -
Retorno ao potencial de repouso
Para retornar ao potencial de repouso, as bombas de Na+/K+ realizam sua função: retiram íons Na+ de do meio intracelular ao passo que introduzem os íons de K+ nesse mesmo meio.
Potencial de Ação (PA) ou Impulso Nervoso
Graficamente: