Bioeletricidade

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1) Introdução
Todas as células funcionam como pilhas elétricas. Podemos comparar as células às pilhas elétricas porque existe uma diferença de potencial elétrico entre os meios intra e extracelulares, a qual pode ser modulada pelo estabelecimento de correntes elétricas através da membrana celular. Os fenômenos de modulação da DDP relativos à fisiologia das células são fundamentais para funções como contração muscular, processamento de informações pelos neurônios, transporte de substâncias nos túbulos renais e na mucosa do trato digestório. Logo, conclui-se que existe uma diferença de concentração de elétrons entre as faces internas e externa da membrana, sendo que uma das faces é o polo negativo (excesso de elétrons) e a outra é o polo positivo (déficit de elétrons); entre os polos elétricos da célula, há uma diferença de potencial que varia de -50mV até -90mV e que uma corrente elétrica entre as faces interna e externa da membrana pode ocorrer originando uma força elétrica entre os meios interno e externo da célula.
2) Fenômenos elétricos na membrana celular
Quando a corrente elétrica transfere cargas elétricas entre os meios da célula e diminui a DDP entre os polos da célula, acontece o que chamamos de despolarização. Já a hiperpolarização é o que acontece quando existe aumento de força dos polos da célula, ou seja, acontece um aumento da força elétrica entre os meios intra e extracelulares. Logo, quando há fluxo de corrente contra a diferença de potencial, ocorre a hiperpolarização e aumento da força elétrica entre os meios, e, quando há fluxo de corrente no mesmo sentido que a diferença de potencial, ocorre a despolarização e diminuição da força elétrica entre os meios. Porém não é somente a força elétrica (Fe) que atua entre os dois meios da célula. Há outra força que promove movimento de partículas de soluto dentro do meio aquoso: a força de difusão (Fd). A força de difusão, ou força de gradiente de concentração, promove a difusão de substâncias em uma solução, pois essa força aponta do ponto em que há maior concentração de soluto para onde há menor concentração de soluto. Assim, as partículas de soluto se movimentam do meio mais concentrado para o meio menos concentrado. 
3) O potencial de repouso da célula
Muitas vezes, há uma DDP significativa entre as faces da membrana celular; ou seja, há condições que possibilitam uma corrente iônica (os canais iônicos estão abertos), porém, não há corrente elétrica. Isso acontece porque quando as forças de difusão e elétrica produzem resultante zero, não há corrente, não há alteração do potencial da membrana. Quando não ocorre alteração da DDP da célula, seja porque forças estão em equilíbrio para determinados íons, seja porque não há condições para estabelecimento de correntes iônicas (canais fechados), dizemos que essa célula está em um estado de repouso elétrico, e neste estado vigora o potencial de repouso da membrana celular. Inicialmente, é preciso compreender que o interior da célula não está em equilíbrio iônico com o meio extracelular, pois, se assim ocorresse, não seria possível a existência dos potenciais de membrana. Quando dizemos que a célula não está em equilíbrio com o meio extracelular, queremos dizer que existem íons predominantementes extracelulares e íons predominantemente intracelulares. Sendo que o responsável por essas diferenças de concentração iônica são proteínas que, ativamente, contra o gradiente de concentração, expelem íons do interior das células e atraem íons para seu interior. Como esse processo envolve gasto energético (vai contra o gradiente de concentração), essas proteínas são chamadas de bombas ATPase e utilizam o ATP como combustível. 
O potencial de repouso é determinado pela diferença de concentrações de cargas elétricas entre os meios externo e interno da célula. Como o potencial da célula é levemente negativo em relação ao exterior, isso denota que há um excesso de cargas negativas na superfície interna da membrana em relação à sua superfície externa. Uma das causas da ligeira negatividade é a presença de ânions, em seu interior, impermeáveis à membrana celular como as proteínas e os fosfatos (que compõe moléculas de ATP, DNA, RNA e outras proteínas). Porém, a principal causa do potencial de repouso é a alta permeabilidade da membrana ao potássio, durante o repouso (se a célula não tivesse potássio em seu interior, a DDP da célula seria bem mais negativa: cerca de -200 a -250mV). 
Como já mencionado, há uma diferença de cargas elétricas entre a superfície interior e exterior da célula. Como a membrana da célula é muito fina, as cargas negativas excessivas do interior da célula tendem a se parear com as positivas de fora por interação de campos elétricas, sem, no entanto, estarem diretamente em contato. A membrana, então, composta por lipídios, é um dielétrico, um isolante, funcionando como um capacitor. 
4) As bombas de sódio-potássio
As bombas de sódio-potássio atuam como um gerador elétrico. Elas são proteínas da membrana celular que, bombeiam 3 íons sódio para fora da célula e 2 íons potássio para dentro da célula, por ATP consumido, agindo contra os gradientes de concentração. As bombas funcionam para restaurar as concentrações originais, como em situações em que houve vazamento de sódio para dentro da célula e de potássio para fora, ou situações em que isso aconteceu por causa de processos fisiológicos. 
5) A célula saindo do repouso elétrico
A passagem de íons está condicionada à abertura de canais de membrana que, no repouso, estão fechados. A abertura destes canais se dá quando ocorre uma alteração na configuração espacial dos mesmos. Como estes canais são proteínas, sua configuração espacial pode se alterar em virtude de diversas condições físicas e químicas do meio, tais como: alteração de campo elétrico (relativo à própria DDP da membrana), alteração do pH, tensão mecânica sobre a membrana, alteração da temperatura, ação de substâncias químicas diversas (neurotransmissores, hormônios e medicamentos). 
6) Potencial de Ação
Potencial de Ação é a despolarização que se instaura entre as superfícies interna e externa da membrana quando ocorre um aumento brusco da permeabilidade da membrana ao sódio, ou seja, é uma alteração rápida no potencial da membrana seguida de um retorno ao potencial de repouso da membrana. É responsável pela contração muscular, nas células musculares; pela secreção de hormônios, nas células endócrinas e pela capacidade de transmissão de sinais ns células nervosas.