07 Bioeletrogênese

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Bioeletrogênese 
Universidade Federal do Piauí 
Centro de Ciências da Saúde 
Disciplina: Biofísica 
 
Anderson Nogueira Mendes, Dsc. 
1. Introdução a Bioeletrogênese 
 
2. A membrana das células 
 
3. Comportamento elétrico passivo da membrana celular 
 
4. O potencial de repouso 
 
5. O potencial de repouso 
Tópicos da aula 
 
Contribuição de Galvani e Volta – 1700-1800 
1. Introdução a Bioeletrogênese 
 
Luigi Galvani 
Alexandre Volta 
Contração da pata da rã 
decapitada com haste de cobre e 
zinco 
Metais produziam eletricidade 
- Primeiro gerador químico de 
eletricidade 
Bioeletricidade? 
Contribuição de Waller– 1887 - 
1. Introdução a Bioeletrogênese 
 
Augustus Desiré Waller 
Batimentos cardíacos transmitem correntes elétricas que são detectáveis pelo 
corpo? 
O que é bioeletricidade e qual a sua importancia? 
Definição 
Origem da eletricidade biológica 
 
 
 
Importância: 
contração muscular, comunicação neural 
 
 
 
 
Qual a origem da eletricidade biológica? 
1. Introdução a Bioeletrogênese 
 
A presença de íons nos meios intra e extra celular 
1. Introdução a Bioeletrogênese 
 
Como os íons se mantém no sistema celular? 
2. A membrana das células 
 
1972 – Modelo de Singer e Nicolson 
Existência de: 
 
• Matriz lipídica 
 - fosfolipideos 
 - glicolipideos 
 - colesterol 
 
• Proteínas Extrinsecas 
(proteínas de superfície) 
 
• Proteínas Intrinsecas 
(atravessam a membrana) 
 - canais 
 - poros 
 - bombas 
2. A membrana das células 
 
A importância de canais, poros e bombas para transporte de íons 
Qual a contribuição dos íons para bioeletricidade? 
ATP 
3. Comportamento elétrico passivo da 
membrana celular 
POTENCIAL DE DIFUSÃO: 
É a diferença de potencial gerada na membrana quando o íon se difunde. 
Principais íons 
 
Na+ 
K+ 
Cl- 
Ca+2 
Íon [extracelular]mM [intracelular]mM 
K+ 
Na+ 
Cl- 
Ca+2 
 
4 
145 
120 
2 
150 
15 
5 
10-4 
Concentração de íons de sistemas celulares 
ex: Músculo cardíaco 
3. Comportamento elétrico passivo da 
membrana celular 
De que forma esses íons contribuem com o comportamento elétrico celular? 
3. Comportamento elétrico passivo da 
membrana celular 
 
E = R x T x ln C1/C2 
nF 
 
E = DDP final em volts (V) 
R = Cte. dos gases ( 8,31 J.K.-1.mol-1) 
T = Temperatura absoluta, oK 
C1 = Concentração da origem 
C2 = concentração de destino 
F = faraday 96500 C.mol-1 
n = Valência do íon 
oK = oC + 273 
Temos para o Na+ 
 
E = 8,31 x (37+273) x ln 145/15 
1 x 96500 
1 2 
[Na]=145mM [Na]=15mM 
37oC 
E = + 0,06056 V 
E = + 60,6 mV 
Equação de Nernst 
3. Comportamento elétrico passivo da 
membrana celular 
Íons contribuem com um potencial de equilíbrio 
Íon Potencial de equilibrio 
(mV) 
K+ 
Na+ 
Cl- 
Ca+2 
 
-94 
+60 
-83 
+129 
ex: Músculo cardíaco 
       
       icCaexClexNaexK
exCaexClicNaicK
m
CaPClPNaPKP
CaPClPNaPKP
F
RT
V


 ln
 Equação de Hodgkin-Katz-Goldman 
http://www.nernstgoldman.physiology.arizona.edu/ 
3. Comportamento elétrico passivo da 
membrana celular 
Pratica Bioeletrogênse: Vamos trabalhar com os potenciais de membrana? 
3. Comportamento elétrico passivo da 
membrana celular 
Íons contribuem com um potencial de equilíbrio 
ATP 
3Na+ 
2K+ 
ADP+Pi 
Cl- 
K+ 
Na+ 
gCl 
gK 
ic 
ex 
Cm 
gNa 
Todas células possuem mesmo 
potencial de equilíbrio? 
4. O potencial de repouso 
 
É o potencial de membrana estabelecido quando a célula está em repouso. 
 
• Não há qualquer tipo de estimulo. 
 
• Canais fechados 
 
• Entretanto o processo de difusividade permanece ativo 
 
• Células sempre polarizadas 
 
• 90mV<Vm<-20mV 
 
 
 
 
Células de purkinje e neurônios -90mV Cardiomiócito -60mV Macrófagos -40mV 
4. O potencial de repouso 
 
Como podemos medir voltagem em uma célula? 
PATCH CLAMP 
4. O potencial de repouso 
 
4. O potencial de repouso 
 
Pacth Clamp: O que analisar? 
4. O potencial de repouso 
 
Pacth Clamp: Analise da Diferença de Potencial 
eletrodo 
Micropipeta 
Membrana 
Celular 
4. O potencial de repouso 
 
Campo elétrico no interior das membranas biológicas 
Rigidez dielétrica das membranas biológicas 
Membranas são submetidas a diferença de potencial elétrico 
 
Para ruptura e avaliação por patch clamp é necessário um capilar de vidro com alta resistência 
 
Potencial de ruptura de membrana celular > 200mV 
4. O potencial de repouso 
 
Parâmetros elétricos da membrana celular 
Capacitância das membranas 
Matriz lipidica = responsável pelas propriedades dielétricas (separa dois meios condutores) 
Resistência das membranas 
Matriz lipidica = alta resistencia elétrica 
 
Presença de proteínas influencia na resistencia 
4. O potencial de repouso 
 
Registo de potencial de repouso 
-80 mV 
0 mV 
+ + + + + + 
- - - - - - 
+ + + + + + 
- - - - - - 
4. O potencial de repouso 
 
Como a célula mantem as diferentes concentrações de Na + e K+ no repouso? 
BOMBA SÓDIO POTASSIO 
citosol 
Meio extracelular 
4. O potencial de repouso 
 
• A suspeita de DEAN (1941): alguma bomba deve manter os gradientes de concentração 
dos íons Na + e K+ 
 
• HODGKIN e KEYNES (1955): descoberta de bombas Na+/K+ em axônios gigantes de 
sépsia 
4. O potencial de repouso 
 
Regulação da Bomba Na+/K+ 
• Insulina, epinefrina e norepinefrina – estimulam atividade 
 
• Hormonios tireoidianos e corticosteroides – aceleram sintese 
 
 
Fatores que alteram o potencial de repouso 
• Diminuição da atividade da bomba Na/K 
 
• Diminuição de produção de ATP 
 
• Drogas que alterem permeabilidade aos íons (acetilcolina aumenta permebilidade a K+) 
 
 
 
5. Potencial de Ação 
 
Qual a importância do potencial de ação? 
 
 
 
 
• Estimular a contração muscular 
 
• Estimular a liberação de neurotransmissores 
 
• Estimular a secreção de outras substâncias por células neurais 
e neuroendócrinas 
É o sinal elétrico que se propaga para transmitir informação ou iniciar a contração 
 
 
 
 
5. Potencial de Ação 
 
O potencial de ação do axônio 
 
 
 
 
Estimulo 
• Iniciado por ligantes químico ou variação elétrica 
 
• Variação das [Na+] e [K+] entre meio extracelular e intracelular 
 
• A variação de [Na+] e [K+] induz fenômenos de despolarização e repolarização 
 
 
 
 
5. Potencial de Ação 
 
O potencial de ação do axônio 
 
 
 
 
milisegundos 
Como as fases são caracterizadas? 
5. Potencial de Ação 
 
O potencial de ação do axônio 
 
 
 
 
Potencial de repouso 
5. Potencial de Ação 
 
O potencial de ação do axônio 
 
 
 
 
Potencial de ação: despolarização 
1. Estimulo elétrico ou químico leva a 
mudança de [Na+] dos meios intra e extra 
 
2. Canais de Na+ dependentes de voltagem 
abrem : influxo de sódio 
 
3. Perda do potencial indo a 0mV ou valores 
positivos 
 
 
4. Despolarização da membrana 
 
5. A DDP torna-se positiva 
5. Potencial de Ação 
 
O potencial de ação do axônio 
 
 
 
 
Potencial de ação: repolarização 
1. Potencial positivo: bloqueio dos canais de Na+ 
 
2. Canais de Potássio ativados: efluxo de K+ 
 
3. Efluxo potássio: potencial negativo (“overshoot”) 
 
4. Fenômeno: repolarização da membrana 
 
5. [Na+] e [K+] não estãorestabelecidas 
 
6. Bomba Na+/K+ reequilibra as concentrações 
 
 
 
 
5. Potencial de Ação 
 
O potencial de ação do axônio 
 
 
 
 
Potencial de ação: condução saltatória 
5. Potencial de Ação 
 
O potencial de ação do axônio 
 
 
 
 
condução saltatória 
Fatores que influenciam a velocidade de condução: 
 
• Diâmetro axonal 
 
• Bainha de mielina: muitas membranas em torno da fibra nervosa (lipídio e PTN), 
aumenta a velocidade de condução do PA. 
 
• Os canais de Na+ estão presentes nos nodos de Ranvier (condução saltatória). 
5. Potencial de Ação 
 
O potencial de ação do axônio 
 
 
 
lei tudo ou nada 
5 ms 
0 mV 
limiar 
pico 
pós-hiperpolarização 
repolarização 
Vrepouso 
Para que haja condução do impulso o estimulo deve ultrapassar o limiar excitatório 
5. Potencial de Ação 
 
O potencial de ação do axônio 
 
 
 
5. Potencial de Ação 
 
O período refratário impede que o nervo entre em curto circuito após o 
potencial da ação. 
Após o disparo de um potencial de ação, 
a célula necessita de um tempo antes de 
disparar outro. 
 
 
Esse tempo chama-se período 
refratário 
•O Período refratário ABSOLUTO não 
depende da intensidade do estímulo 
 
•O período refratário RELATIVO 
depende da intensidade do estímulo 
5. Potencial de Ação 
 
O potencial de ação do coração 
 
 
 
• Resposta elétrica dos miocárdios como resultado da DDP 
 
• Variação das [Na+], [Ca+] e [K+] entre meio extracelular e intracelular são responsáveis pelo 
processo de despolarização e repolarização 
0 – despolarização celular 
1 – rápida e incompleta repolarização 
2 – platô – celula despolarizada com 
potencial constante 
3 – repolarização propriamente dita 
4 – diastole elétrica 
5. Potencial de Ação 
 
O potencial de ação do coração 
 
 
 
0 – abertura dos canais Na+ - influxo de Na+ 
1 – fechamento dos canais de Na+ e abertura dos canais K+ - efluxo de K+ 
2 – abertura de canais de Ca2+ (canais de K+ permanecem abertos) - efluxo de 
K+ e influxo de Ca2+ 
3 – fechamento de canais de Ca2+ (canais de K+ permanecem abertos) - efluxo 
de K+ 
4 – Potencial de repouso fechamento de canais de K+ 
5. Potencial de Ação 
 
O potencial de ação do coração 
 Qual o papel das diferentes células do coração no EGC Nó sinoatrial 
Atrial 
Nó atrioventricular 
Bibliografia 
 
1. GARCIA, E.A.C. Biofisica. São Paulo: Sarvier, 2002. 
 
2. HENEINE, I.F. Biofísica Básica. São Paulo: Atheneu, 2002. 
 
3. GUYTON, A.C.; HALL, J.E. Tratado de Fisiologia Médica. 12ª edição. 
Rio de Janeiro: Elsevier, 2011. 
 
4. DURAN J.H.R. Biofisica - conceitos e aplicações. 1° edição. São 
Paulo: Pearson Education, 2011. 
 
5. Berne R.M. et al. Fisiologia. 5 ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2004.