Aula 7 - Bioeletricidade

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Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri
Faculdade de Ciências Biológicas e da Saúde
Departamento de Ciências Básicas
Disciplina de Biofísica
MEMBRANAS EXCITÁVEIS E 
BIOELETRICIDADE
Prof. Harriman Aley Morais
Website: www.harrimanmorais.com
Email: professor@harrimanmorais.com
1) INTRODUÇÃO
Luigi Galvani
� Células possuem propriedades elétricas.
� Células eletricamente excitáveis.
� Comunicação através de sinais elétricos.
Alessandro Volta
2) BIOELETROGÊNESE
“Em seres humanos e animais, cerca de 20% da taxa 
metabólica basal é usada para manter o funcionamento 
elétrico das células.”
Diferentes concentrações 
de íons
Fluxo de íons entre os 
líquidos intra e extracelular
Propriedades elétricas das 
membranas
Potencial de membrana (repouso) e potencial de ação
Diferentes concentrações 
de íons
Fluxo de íons entre os líquidos intra e extracelular
Gradiente eletroquímico
Transporte passivo
Transporte ativo
Permeabilidade da membrana
Zonas de difusão facilitada
Proteínas de membrana
Bicamada lipídica
Propriedades elétricas das membranas
Capacitância
Condutância
Isolante
Potencial de membrana
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2.1) Conceitos básicos de eletricidade
� Carga elétrica fundamental
MASSA CARGA ELÉTRICA
Elétron 9,11 x 10-31 kg - 1,602 x 10-19 C
Próton 1,675 x 10-27 kg + 1,602 x 10-19 C
� Campo elétrico (E)
• Intensidade diminui com a distância
• Direção radial
• Sentido divergente (carga positiva) ou convergente (carga negativa)
Figura 1 – Linhas de campo elétrico devido a cargas positivas e negativas.
� Força elétrica (F)
• Lei de Coulomb
� Corrente elétrica (I)
• É o movimento de cargas elétricas em meios condutores.
• Medida em Ampères (A).
1 A = 1 Coulomb/segundo
• As cargas para os fenômenos elétricos na membrana celular
são íons, tais como, Na+,K+, Ca2+ e Cl-.
� Circuitos elétricos e potencial elétrico (voltagem)
+
-
bateria interruptor +
-
I
Potencial elétrico = capacidade de um corpo energizado em realizar
trabalho
1 V = 1 J/C
Energia potencial elétrica (EPE)= energia que determinada partícula
adquire quando colocada em um campo elétrico
EPE = q.V
+
- R
I
Diferença de potencial (V)
� Potencial elétrico de 220 V ⇒ dota-se de 220 J de energia
cada unidade de carga de 1C.
� Para calcular a voltagem é preciso ter um ponto de
referência!
+ -
R1 R2 R3
I1 I2
Em série:
Rt = R1 + R2 + R3
R1
+ -
R2
R3I1
I2
I3
It
Em paralelo:
1 
Rt =
1 1 1
+ +R1 R2 R3
� Resistência
• Capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de
corrente elétrica pelo mesmo, quando existe uma diferença de
potencial aplicada.
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Lei de Ohm
I = intensidade da corrente elétrica
V = voltagem
R = resistência
� Condutância (G): facilidade de movimentação de cargas
através de um objeto!
� Capacitância (C)
• Quantidade de energia elétrica que pode ser armazenada em si
por uma determinada tensão e pela quantidade de corrente
alternada que atravessa um capacitor numa determinada
freqüência.
-
-
-
-
+
+
+
+
+-
Capacitor = duas superfícies condutoras separadas por uma camada isolante
-
-
-
-
-
+-
+
+
+
+
1 F = 1 C/V
2.2) Propriedades elétricas das membranas celulares
• Diferença de potencial ⇒ potencial de membrana ou de repouso
• Células excitáveis ⇒ geração de impulsos eletroquímicos
ÍON Extracelular (mmol/L) Intracelular (mmol/L)
Na+ 145,0 15,0
K+ 4,5 150,0
Cl- 100,0 5,0
H+ 0,0001 0,0002
Ca2+ 1,8 0,0001
Distribuição assimétrica de íons
+ + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - -
Microeletrodo Eletrodo de referência
V
Método para medir a 
diferença de potencial. 
TIPO CELULAR Em (mV)
Neurônio -70
Músculo esquelético -80
Músculo cardíaco (atrial e ventricular) -80
Fibras cardíacas de Purkinje -90
Células do nodo atrioventricular -65
Células do nodo sinoatrial -55
Músculo liso -55
Potencial de membrana de diferentes tipos celulares
O potencial de repouso da membrana é portanto, a 
resultante dos potenciais de Nernst de todos os 
íons envolvidos.
• Membrana é um circuito paralelo resistivo-capacitivo
+
-
R
++++
- - - -
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3) GÊNESE DO POTENCIAL DE MEMBRANA
� O que é o potencial de membrana?
Diferença de voltagem elétrica através da membrana plasmática
(-20 a -100 mV)
� O que determina o potencial de membrana?
a) Concentrações iônicas intracelular e extracelular diferentes
• Permeabilidade através da membrana plasmática
diferenciada para diferentes íons.
O potencial de equilíbrio de um dado íon é definido como o
valor de carga que contrabalança a tendência de difusão em
razão da diferença de concentração.
ÍON Extracelular
(mmol/L)
Intracelular
(mmol/L)
Potencial 
elétrico (V)
Na+ 145,0 15,0 +60
K+ 5,0 150,0 -90
Cl- 125,0 9,0 -70
• Potencial de membrana (PM)= -70 mV
• PNa > PM⇒ migração da região de maior concentração para a de
menor concentração
• PCl = PM⇒ íons em equilíbrio
• Pk < PM ⇒ migração da região de maior concentração para a de
menor concentração
Condutância do Na+ é maior!!
As condutâncias (gNa, gK) refletem a permeabilidade da membrana 
aos íons
gNa > gK⇒ mobilidade do sódio é maior que a do potássio
A polaridade da célula muda de -70 mV para um valor próximo a 58 
mV, que é o potencial de equilíbrio dos íons sódio
gK > gNa⇒ polaridade volta para o valor original
Transporte ativo (bomba de Na+/K+)
O transporte ativo simultâneo ao transporte passivo por 
difusão origina uma corrente ativa!!
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
Meio intracelularMeio extracelular
Difusão
Na+
Difusão
K+K+
Bomba
Na+
Bomba
4) POTENCIAL DE AÇÃO
� Mecanismo básico para transmissão da informação, no
sistema nervoso e em todos os tipos de músculos.
� Súbita variação no potencial de membrana (despolarização).
� Mudança temporária de permeabilidade aos íons Na/K
Para que serve o potencial de ação?
Células excitáveis Potencial de açãoestímulo
Contração muscular
Liberação de neurotransmissores
Secreção de outras substâncias
4.1) Fases do potencial de ação
� Depolarização
� Polarização invertida
� Repolarização
� Hiperpolarização
� Período refratário
Fluxo iônico específico
através da membrana
plasmática da célula.
� Características
� Amplitude e formas estereotípicas
� Propagação
� Resposta do tudo ou nada (limiar de potencial)
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4.1.1 Despolarização
Abertura dos canais de sódio dependentes de voltagem
Influxo de sódio, em poucos milisegundos
Elevação do potencial de membrana 
Disponível em: http://psych.hanover.edu/Krantz/neural/actionpotential.html
Mecanismos de controle do influxo de sódio: canais dependentes de
voltagem ou canais dependentes de hormônios, neurotransmissores ou
segundo-mensageiro.
4.1.2 Polarização invertida/repolarização e hiperpolarização
Disponível em: http://psych.hanover.edu/Krantz/neural/actionpotential.html
Interior da célula suficientemente positivo (+ 30mV)
Fechamento dos canais de sódio
Abertura dos canais de potássio
4.1.3 Período refratário
� Período refratário absoluto
� Período refratário relativo ⇒ estímulo maior que o usual
4.2) Propagação do potencial de ação
� Condução/propagação do potencial de ação ⇒ geração de
correntes locais (correntes transmembrana e axoplasmática)
� Velocidade de propagação depende de:
� Diâmetro da célula
� Mielinização
� Nódulos ou nodos de Ranvier
Animação demonstrando a despolarização em áreas adjacentes de um neurônio.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
DURÁN, J. E. R. Biofísica: fundamentos e aplicações. São Paulo: Prentice Hall, 2003.