01-BIOELETRICIDADE

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Biofísica - Bioeletricidade
Profa. Núbia Maia
UFT
Curso Medicina
Conceitos Fundamentais
 Concentração
 Molaridade
 Osmolaridade
 Tipos de transporte
 Potencial de difusão
 Potencial de equilíbrio
 Potencial de membrana
 Potencial de ação
A membrana plasmática
Concentração
 Quantidade de soluto 
Gramas/litro (g/l)
Porcentagem/volume (%/100ml)
 Moles/litro (mol/l)
 Equivalentes /litro( eq/L)
 Osmoles/litro (Osm/L)
1 mol = 6 x 10 23 moléculas de uma substância
1 milimol = 1/1000 mol
Concentração
C
on
ce
nt
ra
çã
o
Mol
Mol é a quantidade de matéria de um 
sistema que contém tantas entidades 
elementares quanto são os átomos 
contidos em 0,012 quilograma de 
carbono-12.
Molaridade
Concentração molar ou concentração em mol/L 
razão da quantidade de matéria do soluto (mol) por 
volume de solução (em Litros), expressa na unidade 
mol/L
1 mol = 6 x 10 23 moléculas de uma substância
1 milimol = 1/1000 mol
Concentração
Concentração
Concentração
Concentração
Concentração
Concentração
M
ol
ar
id
ad
e
Osmolaridade
 Concentração de partículas osmoticamente 
ativas.
 Necessário conhecer
 Concentração do soluto (mmol/L)
 Saber se o soluto se dissocia na solução
Osmolaridade = g C
 mOsm/L
O
sm
ol
ar
di
da
de
Osmolaridade = 
300mOsm/L
Osmolaridade = 
300mOsm/L
extracelular
intracelular
Substâncias e Unidades Líquido 
extracel
Líquido 
intracel
Na+ (mEq/L) 140 14
K+ (mEq/L) 4 120
Ca 2+ (mEq/L) 5 1x10-4
HCO4- (mEq/L) 24 10
Osmolaridade(mOsm/L) 300 300
OSMOSE
Fluxo de água através de membranas 
semipermeável devido a diferenças de 
pressão osmótica.
Pressão Osmótica
 Depende de dois fatores
 Concentração das partículas
 Se o soluto pode ou não atravessar a 
membrana
 Calculada pela equação de van’t Hoff
 π= gCδRT δ = Coeficiente de reflexão (varia de 0 a 1). 
1= membrana é impermeável. 0= membrana 
é livremente permeável
g= número de partículas por mol na solução (osm/mol)
C= Concentração
R= constante de gases
T= temperatura absoluta (K)
Pr
es
sã
o 
O
sm
ót
ic
a
Para refletir
Um membrana separando 
soluções de concentração 
conhecida e iguais, haverá 
osmose??
Problema 1
A solução A contém 2 mmol/L de uréia e a 
solução B contém 1 mmol/L de Nacl. 
Considere que gNaCl= 1,85. As duas soluções 
são isosmóticas??
Cálculo da Osmolaridade
Solução A: gC = 1 x 2 = 2 osmol/L
Solução B: gC = 1,85 x 1 = 1,85 osmol/L
Solução A é hiperosmótica / solução B é hiposmotica
Problema 2
Uma solução de 1 mol/L de NaCL está 
separada de uma solução de 2 mol/L de 
uréia por membrana semipermeável. 
Considerar que o NACL está completamente 
dissociado, que o coeficiente de reflexão do 
NaCL é de 0,3 e da uréia é de 0,05.
a) as soluções são isosmóticas?
b) as soluções são isotônicas?
Problema 2
Uma solução de 1 mol/L 
de NaCL está 
separada de uma 
solução de 2 mol/L 
de uréia por 
membrana 
semipermeável. 
Considerar que o 
NACL está 
completamente 
dissociado, que o 
coeficiente de 
reflexão do NaCL é 
de 0,3 e da uréia é 
de 0,05.
a) as soluções são 
isosmóticas?
b) as soluções são 
isotônicas?
Osmolaridade NaCL = 2 x 1 = 2 osmol/L
Osmolaridade uréia = 1 x 2 = 2 osmol/L
As soluções são isosmóticas
Pressão osmóticas NaCL=
2x1x0,3xRT = 0,6 RT = 15,3atm
Pressão osmótica Uréia = 
1x2x0,05xRT = 0,1RT = 2,5 atm
A solução de NaCl é mais hipertônica
Uma solução fisiológica = osmolaridade de 0,3mosm/L
Soro Fisiológico NaCl 0,9% - Como Interpretar?
Para ser fisiológico 
Mesma osmolaridade = 300mOsm/L ou 0,3 Osm/L
NaCl 0,15mol/L = NaCl 0,3 Osm/L
1 Mol de NaCl = 58g ( 58 g de NaCl em 1 L de solução)
0,15 Mol de NaCl = 8,7g (aproximadamente 9g em 1L de solução)
9g em 1000ml = 0,9g em 100ml = 0,9% Solução de NaCl 0,9%
 Massa atômica ou número de massa 
(representada pela letra A) é a soma do peso 
dos prótons e neutrons do núcleo de um 
átomo, peso medido em 
unidade de massa atómica, representado 
por u.
 massa molar é a massa em grama de 1 mol 
de entidades elementares. A massa atômica 
e a massa molar de uma mesma substância 
são numericamente iguais. Por exemplo:
 Massa atômica do sódio = 22,99 u; 
 Massa molar do sódio = 22,99 g/mol; 
TIPOS DE TRANSPORTE
 TRANSPORTE PASSIVO
 DIFUSÃO SIMPLES
 DIFUSÃO FACILITADA
 TRANSPORTE ATIVO
 PRIMÁRIO
 SECUNDÁRIO
 CO-TRANSPORTE (SIMPORTE)
 CONTRATRANSPORTE 
TIPOS DE TRANSPORTE
 TRANSPORTE PASSIVO
 DIFUSÃO SIMPLES
Difusão de substâncias 
não iônicas
Difusão de substâncias 
iônicas
TIPOS DE TRANSPORTE
 TRANSPORTE PASSIVO
 DIFUSÃO SIMPLES – Fatores envolvidos
 Permeabilidade
 Diferença de Concentração
 Àrea da superfície disponível para a difusão
 Diferença de potencial – ajuda, anula ou diminui
 Potencial de difusão
TIPOS DE TRANSPORTE
 TRANSPORTE PASSIVO
 DIFUSÃO FACILITADA
TIPOS DE TRANSPORTE
 TRANSPORTE PASSIVO
 DIFUSÃO FACILITADA – fatores envolvidos
 Diferença de concentração
 Saturação
 Especificidade
 Competição
Concentração
In
te
ns
id
ad
e 
do
 T
ra
ns
po
rte
Difusão facilitada
Difusão simples
TIPOS DE TRANSPORTE
 TRANSPORTE ATIVO
 PRIMÁRIO
TIPOS DE TRANSPORTE
 TRANSPORTE ATIVO
 PRIMÁRIO
A atividade da bomba aumenta em 
proporção à terceira potência da 
concentração intracelular do sódio
TIPOS DE TRANSPORTE
 TRANSPORTE ATIVO
 SECUNDÁRIO
 CO-TRANSPORTE
 CONTRATRANSPORTE
 O cotransporte é um mecanismo de 
transporte ativo através do qual uma 
substância é transportada contra um 
gradiente eletroquímico, aproveitando a 
"carona energética" de uma outra substância 
que é transportada a favor de seu gradiente 
eletroquímico, ambas sendo transportadas 
no mesmo sentido. 
COTRANSPORTE
COTRANSPORTE
 Exemplos de cotransporte:
 Co-transporte de Na-glicose,
 Na-aminoácido, 
 Na K 2Cl 
 O contratransporte é um mecanismo de 
transporte ativo através do qual uma 
substância é transportada contra um 
gradiente eletroquímico, aproveitando a 
"carona energética" de uma outra substância 
que é transportada a favor de seu gradiente 
eletroquímico, sendo as duas substâncias 
transportadas em sentidos opostos.
CONTRATRANSPORTE
 Exemplos de contra transporte
 Ca Na
 Na H
Transporte da Glicose
ATP
SGLT1
3Na+
2K+
Glicose
Na+
Glicose
Cél. Epitelial Intestinal
Lu
m
en
Sa
ng
ue
Contratransporte Ca/Na
ATP
3Na+
2K+
3Na+
Ca++
TIPOS DE CANAIS
 CANAIS DE EXTRAVASAMENTO
 CANAIS DE SÓDIO VOLTAGEM 
DEPENDENTE
 CANAIS DE POTÁSSIO VOLTAGEM 
DEPENDENTE
 BOMBA DE SODIO-POTÁSSIO
 BOMBA DE CALCIO ATPase
Fatores que afetam a velocidade 
efetiva da difusão
• Diferença de concentração
• Efeito do potencial elétrico
• Diferença da pressão através da membrana
POTENCIAL DE MEMBRANA
Medida do potencial de membrana da fibra nervosa 
usando uma microeletrodo.
Distribuição assimétrica de íons na membrana 
celular
Lembrar do gradiente de 
concentração:
Na+ interno: 14 mEq/l
Na+ externo: 140 mEq/l
* Na+ interno/ Na+ externo: 0,1
K+ interno: 140 mEq/l
K+ externo: 4 mEq/l
* K+ interno/ K+ externo: 35
Lembrar do gradiente de 
concentração:
Na+ interno: 14 mEq/l
Na+ externo: 140 mEq/l
* Na+ interno/ Na+ externo: 0,1
K+ interno: 140 mEq/l
K+ externo: 4 mEq/l
* K+ interno/ K+ externo: 35
CANAIS IÔNICOS
Canais voltagem independente
Canais voltagem dependente
Canais dependentes de ligantes
Canal de sódio regulado 
por voltagem
CANAIS IÔNICOS VOLTAGEM DEPENDENTE
Canal de potássioregulado por voltagem
Potencial de Difusão
 Diferença de potencial gerada através da 
membrana, quando um soluto com carga se 
difunde a favor do seu gradiente de 
concentração.
Efeito da diferença de concentração
Efeito da diferença do potencial elétrico
POTENCIAL DE DIFUSÃO
Potencial de “difusão” resultante da difusão de íons isolados.
Lado esquerdo: K+
Lado direito: Na+
POTENCIAL DE DIFUSÃO VAI DEPENDER:
-POLARIDADE
-PERMEABILIDADE 
-CONCENTRAÇÃO DOS RESPECTIVOS ÍONS NO LADO INTERNO 
E EXTERNO DA MEMBRANA
Membrana permeável a vários íons
Potencial de Equilíbrio
 È o potencial de difusão que equilibra ou se 
opõe precisamente à tendência para a 
difusão a favor do seu gradiente de 
concentração.
 Calculado pela equação de Nernst
Equação de Nernst
 E = -2,3 RT log 10 [Ci]
 zF [Ce]
Concentração do 
íon intra-celular
Concentração do íon extra-celular
Constantes:
R= constante dos gases
T= Temperatura absoluta
F= constante de Faraday
58 – 61 mv
Z= carga do íon 
POTENCIAL DE NERNST
O Potencial de Nernst é calculado dentro da 
membrana 
K+ = - 94 mV
Na+ = + 61 mV
Pode ser aplicado a qualquer íon que esteja em equilíbrio 
através de uma membrana.
 EMF = ± 61 log Concentração interna
 Concentração externa
POTENCIAL DE NERNST 
É o potencial de equilíbrio de um íon isolado
É O VALOR DE POTENCIAL ELÉTRICO QUE 
IMPEDE A DIFUSÃO EFETIVA DO ÍON EM 
QUALQUER DIREÇÃO DA MEMBRANA.
COMO SE ESTABELECE O 
POTENCIAL DE REPOUSO DA 
MEMBRANA?
EQUAÇÃO DE GODMAN
EMF (milivoslts) = - 61.log CNa+i PNa+ + CK+i + PK++ CCl-i + PCl-
 CNa+e PNa+ + CK+e + PK++ CCl-e + PCl-
Calcula o potencial elétrico considerando a difusão de vários íons 
quando a membrana é permeável a eles.
ESTABELECIMENTO 
DO POTENCIAL DE 
REPOUSO
ESTABELECIMENTO DO POTENCIAL DE 
MEMBRANA
Exterior
 Bomba de Na+ K+ Canais de extravasamento 
 Na+ K+
 - 4 milivolts - 86 milivolts
- 90 milivolts
100 X MAIS 
PERMEÁVEL
POTENCIAL DE AÇÃO NA 
FIBRA NERVOSA
ESTÁGIOS DO P. AÇÃO:
1.Estágio de Repouso
2.Estágio de Despolarização
3.Estágio de Repolarização
POTENCIAL DE AÇÃO
Canais voltagem 
dependentes
•Canal de sódio 
voltagem-dependente: 
abre rapidamente, causa 
a despolarização
•Canal de potássio 
voltagem-dependente: 
abre lentamente, causa a 
repolarização 
Canal de sódio regulado 
por voltagem
CANAIS IÔNICOS VOLTAGEM DEPENDENTE
Canal de potássio 
regulado por voltagem
Condutância de sódio e potássio durante o potencial de ação
POTENCIAL DE AÇÃO
Início do Potencial de AçãoInício do Potencial de Ação
Feedback Feedback positivopositivo
Limiar para início do potencial de açãoLimiar para início do potencial de ação
Propagação do Potencial de AçãoPropagação do Potencial de Ação
Princípio do tudo-ou-nadaPrincípio do tudo-ou-nada
Direção da propagaçãoDireção da propagação
Propagação do potencial 
de ação ao longo da fibra 
condutora 
Efeito de voltagens crescentes para produzir um potencial de ação
Potenciais 
sublimiares 
agudos
Potenciais de 
ação
Limiar
Toxina tetrodoxina
Tipos de Potencial de Ação
Potencial de ação (em milivolts) de fibra de Purkinje do 
coração mostrando um “platô”
Potencial de ação no músculo cardíaco
Potencial de ação no músculo cardíaco
Contração muscular dura 3 a 15x mais no músculo 
cardíaco que no esquelético
DIFERENÇAS QUE EXPLICAM A DURAÇÃO LONGA 
DO POTENCIAL DE AÇÃO
1. Canais rápidos de Sódio;
 Canais lentos de Cálcio (canais cálcio-sódio);
2. Influxo do K+ durante o platô.
Potencial de ação rítmicos(em milivolts) semelhantes aos 
registrados no centro de controle rítmico do coração. Note 
suas relações com a condutancia do potássio e com o estado 
de hiperpolarização.
Período refratário absoluto 
Período no qual um novo estímulo não pode ser 
evocado.
1/2500 segundos nas fibras nervosas mielinizadas 
mais calibrosas
VELOCIDADE DE CONDUÇÃO
Efeitos que influenciam a velocidade:
- Efeito do diâmetro da fibra 
- Efeito da mielinização
Efeitos que influenciam a velocidade:
- Efeito do diâmetro da fibra 
- Efeito da mielinização
É determinado pelas propriedades elétricas 
do citoplasma e membrana celular
Atuação das células de 
Schwann para produzir 
isolamento elétrico das 
fibras nervosas
ASPECTOS ESPECIAIS DA TRANSMISSÃO 
DO SINAL NOS TRONCOS NERVOSOS
ASPECTOS ESPECIAIS DA TRANSMISSÃO 
DO SINAL NOS TRONCOS NERVOSOS
Condução Saltatória
1 - Aumenta a velocidade de transmissão neural em até 
50 X;
2- conserva energia p/ o axônio, visto que apenas os 
nodos despolarizam, perde cerca de 100 x menos 
energia.
CONDUÇÃO SALTATÓRIA AO LONGO 
DO AXÔNIO MIELINIZADO
Condução saltatória pelo axônio mielinizado. O fluxo de 
corrente elétrica de nodo a nodo é indicada pelas setas
Excitação 
Processo de geração do Potencial de ação
Qualquer fator que promova o influxo de Na+
- Distúrbios mecânicos da membrana;
- Efeitos químicos;
- Passagem de eletricidade
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