AULA 1 MEMBRANAS E POTENCIAL DE A O

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Curso de Fisiologia 2012 NeuroBiologia 
Departamento de Fisiologia, IB Unesp-Botucatu Profa. Silvia M. Nishida 
 
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ESTRUTURA E FUNÇÕES GERAIS DAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS 
 
 
 Os metazoários possuem um tegumento de revestimento que separa o meio ambiente 
externo do interno. O meio interno, por sua vez, é constituído de dois compartimentos: o 
extracelular e intracelular. Nos animais que possuem um sistema circulatório fechado, o fluido 
extracelular está distribuído em dois sub-compartimentos: o intersticial e o intravascular 
(plasma). O espaço intracelular está separado do extracelular através da membrana 
citoplasmática e ambos os espaços são preenchidos por fluidos cujas composições são bastante 
distintas. 
A membrana citoplasmática é uma barreira física, porém permite troca de solvente (água) e 
de partículas entre os compartimentos extra e intracelular garantindo que ass respectivas 
composições e osmolaridade sejam precisamente reguladas. 
 
Membrana citoplasmática 
A membrana citoplasmática é constituída de um mosaico de moléculas protéicas 
incrustadas em uma bicamada de fosfolipídios de consistência fluídica. Esse modelo da membrana 
citoplasmática é conhecido como mosaico fluido. Os fosfolipídios são moléculas que possuem 
uma cabeça polar (hidrofílica) e outra apolar (hidrofóbica). Na presença de água as moléculas de 
fosfolipídios se organizam espontaneamente de modo que os componentes hidrofóbicos voltam-se 
para dentro da bicamada (cauda) e os hidrofílicos para a água (cabeça). Na bicamada estão 
espalhados vários tipos de proteínas com as mais variadas propriedades funcionais. Todas as 
membranas citoplasmáticas compartilham entre si, propriedades fundamentais, mas de acordo 
com o tipo de célula, possuirá atividades biológicas. Entre essas propriedades podemos destacar: 
 
 Regulação da composição dos fluidos intracelular e extracelular; 
 Regulação do volume celular; 
 Regulação do metabolismo intracelular determinando a concentração de co-fatores enzimáticos 
e de substratos; 
 Regulação da atividade metabólica processada por enzimas presentes na membrana; 
 decodificação de sinais químicos e físicos por meio de moléculas receptoras e reguladoras 
presentes na membrana; 
 Geração e propagação de sinais elétricos; 
 Endocitose e de exocitose. 
 
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PROCESSOS DE TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA 
 
Transporte Passivo ou por Difusão 
 
 Difusão é o processo de movimento aleatório e espontâneo de partículas suspensas 
ou dissolvidas em solução cuja dispersão ocorre de uma região de maior concentração para 
outra de menor concentração, ou seja, a favor do gradiente de concentração (=energia 
potencial química). Quando o processo ocorre através de uma membrana, a taxa difusional (Js) 
depende do coeficiente de permeabilidade da membrana à partícula em questão e da área total 
pela qual ela atravessa. Este fenômeno obedece a lei de Fick sendo matematicamente descrito 
pela equação : 
dQs = Ds A dCs onde: dQs/ dt = taxa de difusão ( Js ) 
dt dx Ds = coeficiente de difusão da subst. s 
dCs/dx = gradiente de concentração de s entre dois pontos 
separados por uma distância x 
A= área total por onde ocorre o transporte 
 
 Sob o ponto de vista da escala que estamos acostumados a dimensionar as distâncias e o 
tamanho dos objetos, isto é, em milímetros, centímetros, metros ou quilômetros, o processo de 
difusão seria um processo muito lento, mas tratando-se das dimensões ao nível celular e 
intracelular (micrômetros) o processo é bastante eficiente. As partículas podem ser classificadas 
em função da sua solubilidade e essa propriedade afeta o transporte das partículas através da 
membrana. 
Partículas lipossolúveis: atravessam diretamente a 
bicamada lipídica. 
Partículas não-lipossolúveis: necessitam de um corredor 
aquoso como os canais iônicos ou trasportadores especiais. 
Alguns solutos como as macromoléculas protéicas são 
completamente impermeáveis. 
 
 
 
 
Difusão simples 
 
As substâncias lipossolúveis (como o O2, CO2, o álcool, ácido graxo, hormônios 
esteróides, etc) difundem-se através da bicamada como se o fizessem no fluido circundante a favor 
do seu gradiente de concentração. O grau de solubilidade lipídica é determinado pelo quociente 
de partição óleo/água (K). Considerando-se uma membrana permeável a uma partícula s 
lipossolúvel, rearranjando a lei de Fick, temos: 
Js = Ds . K . A . dCs 
 dx 
 
 
 
 
 
Ds = coeficiente de difusão 
K = coeficiente de partição óleo/água 
A = área da membrana por onde ocorre a difusão 
dCs = gradiente de concentração de s entre os dois lados 
dx = espessura da membrana 
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Canais sem comporta: permanentemente abertos 
 
 
O gráfico mostra que a taxa de difusão para as partículas altamente lipossolúveis depende 
do gradiente de concentração existente através da membrana. 
 
Transporte de íons. 
Os íons só atravessam a membrana através de corredores aquosos formados por canais 
protéicos denominados canais iônicos. Há basicamente dois tipos de canais: 
Canais sem comporta: estão sempre 
abertos, mas são seletivos conforme o raio de 
hidratação do íon. Reconhecemos assim, canais de 
sódio, canais de potássio, canais de cálcio, etc. 
 Canais com comporta: assumem dois 
estados: abertos ou fechados. Suas comportas 
(gates) se abrem ou se fecham mediante agentes 
externos (neurotransmissores, mudança de potencial 
da membrana, fosforilação, etc.) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Difusão facilitada 
 
Algumas moléculas hidrossolúveis como a glicose e aminoácidos não podem atravessar os 
canais iônicos e usam carreadores protéicos. A partícula a ser transportada se liga a uma 
proteína da membrana e muda a sua conformação espacial. Essa mudança causa a translocação 
da partícula de um lado para o outro da membrana. Se o processo for realizado a favor do seu 
gradiente eletroquímico denominamos essa forma de transporte como difusão facilitada. Como o 
 
 
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número total de carreadores é limitado, existe uma capacidade máxima de transferência de 
partículas. 
Transporte Ativo 
 
Até agora descrevemos os mecanismos em que as partículas são transportadas 
passivamente utilizando apenas a energia livre do próprio sistema. Muitas partículas precisam ser 
transportadas contra o seu potencial de difusão e, para isso, será necessário consumir energia 
externa ao sistema como a aquela originada do metabolismo celular. Por isso, esse tipo de 
transporte é chamado transporte ativo. Há dois tipos de transporte ativo. 
Transporte ativo primário. O transporte da 
partícula se realiza com a hidrólise de ATP. Um 
bom exemplo é enzima ATPase Na/K que 
hidroliza o ATP e transporta 3Na
+
 para fora da 
célula e 2K
+
 para dentro, ambos contra os 
respectivos gradientes eletroquímicos. A enzima é 
conhecida como bomba dependente de Na/K 
(ou, simplesmente bomba de Na). 
 
 
Transporte ativo secundário (ou acoplado). A 
partícula é transportada contra o seu gradiente. 
Nesse caso, ao nível da superfície epitelial do 
intestino, a glicose é transportada contra o seu 
gradiente para dentro da célula utilizando a 
energia livre do gradiente de concentração de 
outro soluto. O íon Na apresenta um gradiente de 
concentração de forapara dentro da célula, 
portanto, dispõe de energia potencial. Muitos 
solutos são co-transportados contra o seu 
gradiente usando um carreador. Se o movimento 
da partícula que pega “carona” e ocorre no mesmo 
sentido daquele que forneceu a energia é 
denominado de sinporte e se no sentido contrário, 
antiporte. Observe que tanto no transporte 
primário e secundário há consumo de energia; a 
diferença é está na fonte de energia. 
Note que na membrana basolateral a glicose é 
transportada por difusão facilitada, de dentro da 
célula par o sangue. A figura ilustra ainda o 
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transporte ativo primário de Na e K contra os respectivos gradientes de concentração, requerendo 
ATP. 
 
Endocitose e Exocitose 
 
O transporte de macromoléculas é realizado através de endocitose (entrada de material 
para dentro da célula) e exocitose (o contrário). Se houver absorção de liquido apenas, a 
endocitose é chamada de pinocitose e de sólidos, fagocitose. 
 
 
 
 
Potencial Eletroquímico de uma Partícula e Potencial de Difusão 
 
A figura abaixo ilustra o processo de difusão quando KCl é acrescentado à água pura no 
lado 1. Após um certo tempo, os lados 1 e 2 entram em equilíbrio, e passam a apresentar a 
mesma concentração de K e Cl, não havendo mais fluxo resultante de íons através da membrana. 
 
O potencial de difusão de uma partícula s (s) é uma grandeza que expressa o conteúdo 
de energia livre ou útil que potencialmente poderá ser utilizado para realizar trabalho, isto é, nesse 
caso, o movimento de partículas. Sob o ponto de vista termodinâmico, quando uma partícula se 
move de uma região de alto potencial eletroquímico para outra de baixo potencial, a difusão é 
espontânea e ocorre sem custo adicional de energia. Daí, o processo ser denominado de 
transporte passivo. 
Em nosso modelo, no estado de equilíbrio, os dois compartimentos ficaram com as 
concentrações de soluto e não havia mais movimento resultante de íons. Acontece que as células 
eucarióticas, ao contrário, apresentam imensas diferenças de concentração de solutos em relação 
ao meio extracelular e são ativamente mantidas neste estado. Essa diferença é, em parte, devido à 
impermeabilidade de algumas partículas como proteínas que ficam retidas no interior das células, 
mas e as várias outras partículas altamente permeáveis, como impedir que a diferença de 
 
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concentração seja dissipada ao longo do tempo? E como explicar a presença de potencial elétrico 
através da membrana? 
Existindo uma diferença de potencial eletroquímico entre dois pontos A e B, através da 
membrana, a partícula s se moverá espontaneamente, a favor desse gradiente. Como o próprio 
nome diz, o potencial eletroquímico de s leva em conta dois componentes: uma grandeza de 
natureza química (diferença de concentração) e outra, elétrica (diferença de potencial elétrico): 
A diferença de potencial elotroquímico de s entre dois pontos A e B ( sA -  sB) 
separados por uma membrana pode ser descrito como : 
 S 1 -  S 2 = RT ln [ s 1 ] + Zs . F. (  2 -  1 ) ou : 
 [ s 2 ] 
 
   s = RT ln [ s A ] + Zs . F. (  2 -  1 ) 
 [ s B ] 
 
Desta equação podemos deduzir que: 
Se s > 0 : haverá movimento resultante de s no sentido de 1  2 (não está em equilíbrio); 
 s = 0 : não haverá movimento resultante de s através dos dois compartimentos e o sistema 
se encontra em estado de equilíbrio dinâmico. 
 s < 0 : haverá movimento resultante de s de 2 1(não está em equilíbrio) 
 
Se a partículas s não for um íon, isto é, não está carregada eletricamente, Zs=0 então, 
  s = RT ln [ s 1 ] o potencial de difusão só depende do gradiente químico 
 [ s 2 ] 
Efeito Donnan 
 
 No início do século passado, Donnan, um físico-químico observou que quando em dois 
volumes iguais de água pura são acrescentados KCl em um dos compartimentos, ambos os íons 
se dissociam e tendem a se difundir passivamente para compartimento adjacente, atingindo em 
seguida um, estado de equilíbrio ou de eletroneutralidade entre os dois pontos. 
 
Continuando com o nosso experimento, se proteínas impermeáveis forem acrescentadas 
em um dos compartimentos, um novo estado de equilíbrio será atingido, porém, a dinâmica do 
movimento de íons será diferente. 
Suponha que sejam adicionadas 
simultaneamente proteinato de K no 
lado 1 e de KCl no lado2 de modo 
que [K]1=[K]2. Ambos os compostos 
iônicos se dissociarão produzindo 
íons livres. Apesar do gradiente de 
concentração do P
-
 favorecer o seu 
transporte, como a membrana lhe é 
impermeável ela fica retida no lado 
1. Em relação ao K não se espera que haja fluxo resultante já que sua concentração é a mesma 
em ambos os lados. Com relação ao Cl, há uma diferença de concentração e este tenderá a fluir 
passivamente do lado 2 para o 1, a favor do gradiente eletroquímico. 
Repare que o movimento de Cl do lado 2 para o 1, tornará o lado 2 positivamente 
carregado em relação o outro lado, porém sem atingir igualdade de concentração, ou seja 
[Cl]2[Cl]1, pois o acúmulo de cargas negativas no lado 1 repele a passagem deste ânion. Ao 
mesmo tempo, este desbalanço de cargas elétricas através da membrana favorecerá um fluxo 
resultante de K, um cátion, para o lado 1. A distribuição de P
-
 continua não afetada: lembre-se ele é 
impermeável. 
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Assim, mesmo que haja diferença de concentração de K, Cl e P
-
 através da membrana, o 
sistema se manterá em equilíbrio, sem fluxos resultantes de K e de Cl. Isto mostra que uma 
condição de equilíbrio não é necessariamente uma condição de igualdade de concentração em 
ambos os lados da membrana, mas o fato do fluxo resultante das partículas permeáveis ser igual a 
zero (s = 0). Como resultado desta distribuição, haverá uma diferença de potencial elétrico 
através da membrana: no lado1 acumulará um excesso de cargas negativas e no lado 2, cargas 
positivas. A esta distribuição de solutos permeáveis e não permeáveis eletricamente carregadas 
através de uma membrana semipermeável damos o nome de Equilíbrio de Donnan. 
 
Como podemos calcular o valor do potencial de membrana estabelecido nestas condições? 
Já tínhamos visto que: 
 
   s = RT ln [ s 1 ] + Zs . F. (  2 -  1 ) 
 [ s 2 ] 
 
Se o sistema está em equilíbrio, então   s = 0. Agora podemos calcular a diferença de potencial 
que existe através da membrana, mesmo havendo diferença de concentração: 
 
 2 -  1 = RT ln [ s 2] 
 Zs.F [ s 1] 
 
Como ambos os íons estão em equilíbrio, sob esta diferença de potencial elétrico: 
 
 2 -  1 = RT ln [K]2 = RT ln [Cl]2 Equação 1 
 (+1)F [K]1 (-1)F [Cl]1 
 
Ou seja, no estado de equilíbrio de Donnan, obtemos a distribuição recíproca de cátions e de 
ânions. 
 
 RT ln [K]2 = RT ln [Cl]2 ou 
(+1)F [K]1 (-1)F [Cl]1 
 
 
 [K]2 = [Cl]2 
 [K]1 [Cl]1 
 
Se levarmos em conta a presença de P
-
 
 
[P
-
] + [Cl
-
]1 = [K
+
]1 
 
 
 Conhecendo agora algumas propriedades das membranas, vamos analisar o problema, 
levando-se em consideração uma célula de verdade. 
 
Potencial de repouso de uma célula 
 
Atravésda membrana citoplasmática de todas as células 
do organismo metazoário, existe uma diferença de potencial 
elétrico (Em). Tal fato pode ser demonstrado, implantando-se 
um eletrodo de registro no interior da célula e o de referência, do 
lado de fora. O voltímetro acusará uma diferença de potencial 
elétrico de -65mV. Isso significa que através da membrana existe 
uma distribuição desigual de cargas elétricas sendo que a face 
interna se encontra negativa em relação à externa. Dizemos 
então que a membrana apresenta uma polaridade e comporta-se 
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como uma bateria (capacitor) que acumula cargas elétricas nas duas faces. 
Essa diferença de potencial é chamada Potencial de Repouso nos neurônios (e em 
outras células excitáveis) que não estão em atividade. As membranas dos neurônios e das fibras 
musculares são capazes de causar fluxos de íons (cargas positivas ou cargas negativas) através 
da membrana, o que resulta na alteração do Em. 
A propriedade de uma célula mudar transitoriamente o Em de repouso é chamada 
excitabilidade e indica a capacidade de gerar bioeletricidade. Além de gerar eletricidade, as 
células excitáveis são capazes de propagar o impulso elétrico de um ponto a outro da célula, isto é, 
são dotadas de condutibilidade. 
Antes de compreendermos como os impulsos elétricos são gerados, precisamos conhecer 
como o potencial de repouso é gerado e mantido. 
 
 
Potencial de equilíbrio 
 
Veja a figura da página seguinte e considere um sistema (A) onde a membrana é 
permeável apenas ao K
+
 e impermeável ao Cl
-
. Além disso, tanto o lado I como II possuem a 
mesma concentração de KCl. Como não há diferença de concentração, não haverá fluxo resultante 
de K (  K=0). Se não há fluxo de íons, não haverá nenhuma diferença de potencial elétrico 
através da membrana (é o que o voltímetro está indicando). 
 
 
Em B, o lado I recebeu uma concentração 10 
vezes maior de KCl, ou seja, agora, os K
+
 poderão se 
difundir passivamente para o lado II, a favor do seu 
gradiente de concentração. O movimento de cátions 
para o lado II tornará esse lado mais positivo em relação 
ao lado I. 
Passado algum tempo (C) ainda que o gradiente 
químico de K continue a impelir os íons K para o lado II, 
o sistema entra em equilíbrio, isto é,  K=0. Por que? 
A medida que os K se difundem para o lado II, a 
diferença de potencial elétrico através da membrana vai 
progressivamente aumentado, até que o gradiente 
elétrico começa a se opor ao gradiente químico e o 
sistema entra em equilíbrio. O valor do potencial elétrico 
através da membrana que se opõe ao gradiente químico 
do K é chamado então de potencial de equilíbrio do K 
e pode ser determinado pela equação de Nernst. 
 
 
Em = RT ln [K]in = - 58mV a 20
o
C 
 [K]ext 
 
 
 
Por analogia, podemos calcular o potencial de equilíbrio para todos os íons permeáveis de 
uma célula de verdade, já que as concentrações químicas são conhecidas. 
 
Ion Extracelular Intracelular Razão Extra/Intra Eion (37
o
 C) 
K
+ 
 5 mM 100 mM 1:20 - 80mV 
Na
+ 
150 mM 15 mM 10:1 + 62mV 
Ca
++ 
 2 mM 0,0002 mM .000:1 + 246mV 
Cl
- 
150 mM 13 mM 11,5:1 - 65mV 
 
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Pelo que vimos até agora, é fácil imaginar que nem o Na e nem o Ca devem ser os íons 
responsáveis pelo Em do estado de repouso, já que o potencial de repouso observado é de – 
65mV. Então, o Em deve ser causado pelo potencial de equilíbrio do K
+
 já que é o íon mais 
permeável e não apresenta fluxo resultante. De fato, alterações de concentração externa de K
+
 
causam mudanças significativas no Em. 
O gráfico ao lado mostra que o aumento 
de [K]ext reduz progressivamente o Em a 
zero, ou seja, a membrana vai sofrendo 
despolarização. No sistema nervoso, 
qualquer excesso de K é rapidamente 
seqüestrado pelos astrócitos que 
garantem uma [K]ext baixa. 
A equação do potencial de equilíbrio de 
um íon (equação de Nernst) não leva em 
consideração a permeabilidade relativa 
dos íons através da membrana. Então, Goldmann e seus colegas propuseram que apesar da pNa 
ser muito baixa, haveria uma diferença de permeabilidade entre os íons onde pK > pNa na ordem 
de 40x. Isso significa que o EM real não poderia ser exatamente o potencial de equilíbrio do K (EK 
= - 80mV), mas um pouco menor, devido ao escoamento de correntes de Na. 
 
Em = RT ln pK[K]ext + pNa[Na]ext = - 65mV 
pK[K]int + pNa[Na]int 
 
E o gradiente de concentração dos íons? Quem origina e o mantém durante o potencial de 
repouso? 
 
Como vimos, o potencial de difusão do K depende da sua elevada permeabilidade à 
membrana e a existência de um gradiente de concentração (potencial químico). Para manter esse 
gradiente através de uma membrana permanentemente é necessário consumo de energia externa 
ao sistema. A ATPase dependente de Na/K resolve o problema transportando 3Na e 2K contra os 
respectivos gradientes e, assim, garantindo a sua manutenção. Quando a ATPase é bloqueada 
pela oubaina, os gradientes químicos e elétricos existentes através da membrana celular se 
dissipam. Apesar de eletrogênica, a contribuição da bomba é insignificante para modificar o Em. 
 
 
Excitabilidade celular: bioleletrogênese e propagação do impulso nervoso 
 
Nas células excitáveis, determinados estímulos causam 
mudanças transitórias no Em a ponto de inverter 
completamente a polaridade elétrica. Tal evento elétrico é 
chamado de potencial de ação (PA). O PA começa com uma 
rápida despolarização seguida de repolarizaçâo. A 
despolarização rápida é devida à entrada de cargas positivas no 
interior do neurônio o que vai reduzindo a diferença de 
potencial, até que ocorra uma completa inversão de polaridade. 
Neste ponto, a face interna da membrana fica carregada 
positivamente e a face interna, negativamente. Na 
repolarizaçâo, o Em volta aos valores do repouso graças à 
saída de cátions. A saída de cátions é tanta que a membrana 
chega ficar momentaneamente hiperpolarizada, isto é, torna-se 
mais negativamente carregada do que no estado de repouso. 
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Um neurônio pode ser 
estimulado com 
correntes elétricas 
aplicadas por um 
eletrodo de estimulação. 
A figura ao lado mostra 
o neurônio exibindo 
vários eventos de PA 
enquanto está sendo 
estimulado 
eletricamente. As 
alterações do Em 
durante o PA são 
causadas pelo fluxo de 
íons (cargas elétricas) 
através da membrana. 
 
Comportamento dos potenciais de membrana das células excitáveis 
 
A estimulação elétrica das células excitáveis causam outros dois tipos de respostas, alem 
do PA: 
 
1. distúrbios elétricos de baixa voltagem, conhecidos 
como potenciais eletrotônicos que são reações 
puramente passivas da membrana à aplicação do 
estímulo, sem ocorrer alterações de condutância 
iônica. Propaga-se rápida e passivamente a 
distâncias curtas. 
2. distúrbios conhecidos como resposta ou 
excitação local que vai além do potencial 
eletrotônico puro e são causadas por um aumento na 
condutância da membrana ao Na
+
 mas a 
despolarização se mantêm localizada, com distância 
perde energia potencial. Estes fenômenos ficam 
restritos, por exemplo, nos dendritos e no soma. 
 
O PA é um tipo de distúrbio elétrico de alta 
voltagem, muito especial e ocorre somente quando a 
membrana do neurônio for despolarizada até um valor 
critico. A figura aolado ilustra um neurônio multipolar 
recebendo conexões nervosas aferentes. As regiões 
do corpo celular e dos dendritos são os sítios de 
recepção dos estímulos nervosos e respondem aos 
estímulos com potencias elétricos de baixa voltagem 
(a, b) denominados potenciais pós-sinápticos. 
Essas respostas elétricas são algebricamente 
computadas e propagadas eletrotonicamente até a 
zona de gatilho do PA no cone de implantação do 
axônio. Somente a partir do cone de implantação, o 
PA pode ser gerado e propagado ao longo do axônio. 
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 MECANISMOS GERADORES E CONDUTORES DO POTENCIAL DE AÇÃO 
 
No cone e ao longo de todo o 
axônio há canais com comporta para o 
Na e K. Durante o repouso esses canais 
estão fechados e a membrana está 
polarizada (cargas negativas na face 
interna e cargas positivas na face 
externa). Se o segmento inicial do axônio 
for despolarizado até o potencial limiar, os 
canais de Na
+
 com comporta, sensíveis a 
voltagem, se abrem e o íon difunde-se 
passivamente para dentro do axônio. A 
entrada de cargas positivas despolariza a 
membrana ainda mais, abrindo mais 
canais de Na
+
 voltagem dependentes 
num ciclo de retro-alimentação positiva a 
ponto de inverter completamente a 
polaridade da membrana (mais cargas 
positivas na face interna). A 
despolarização continua até que o Em 
alcance valores próximos ao potencial de 
equilíbrio do Na
+
 (ENa). O novo Em se 
opõe ao fluxo passivo de Na e a entrada 
do cátion diminui. Ao mesmo tempo, os 
canais de Na voltagem dependentes 
fecham-se tão rapidamente quanto se 
abriram, tornando-se temporariamente 
inativos. Até aqui ficou claro como se dá a 
fase de despolarização do PA. 
E como ocorre a repolarizaçâo? Para que o Em 
volte ao estado de repouso, uma solução seria a de 
reduzir as cargas positivas da face interna da membrana 
por meio da saída de K. De fato é isso que acontece. 
Diferente dos canais de Na voltagem dependentes que 
se abrem e se fecham rapidamente os canais de K 
voltagem dependentes se abrem e se fecham 
lentamente. O K pode agora se difundir passivamente 
para fora da célula, a favor do seu gradiente elétrico e 
químico causando a repolarização sem qualquer gasto 
de energia. Como os canais de K
+
 fecharem-se 
lentamente, a face interna da membrana chega a 
acumular mais cargas negativas do que na condição de 
repouso, tornando-se momentaneamente 
hiperpolararizada. 
Os estudos com os canais unitários de Na e de K 
deixam claro que durante a despolarização ocorre 
entrada de corrente (íons) e durante a repolarização, 
saída ou seja, movimentos de íons através da 
membrana. É importante salientar que a quantidade de 
Na e de K que atravessa a membrana durante o PA não 
causa alteração significativa na concentração dos 
respectivos íons nos dois lados da membrana. A prova 
de que a entrada de íon Na é o responsável pelo 
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desencadeamento do PA é reforçado pelos seguintes dados: se houver um grande aumento na 
concentração de Na extracelular, o neurônio se tornará facilmente excitável e se houver redução, 
muito inexcitável. O modo de ação dos anestésicos locais é um bom exemplo: a lidocaina inibe 
especificamente os canais de Na voltagem dependentes, impedindo a geração de PA nas células 
sensoriais causando a analgesia. A TTX é um potente veneno que age do mesmo modo. 
 
Na figura da página anterior, o segmento do axônio possui um eletrodo de estimulação (s) 
e dois eletrodos de registros R1 (mais próximo) e R2 (mais distante). Logo abaixo são mostrados 
os diferentes pulsos de correntes e os respectivos registros do Em. Repare que o PA só foi gerado 
apenas quando o estimulo indicado pela seta foi aplicado. Além disso, o PA foi registrado no ponto 
R1 e R2, ou seja, o evento elétrico se propagou de um lugar para outro e sem alterar a sua 
amplitude. 
A intensidade de estimulo capaz de gerar um PA é denominada estímulo limiar e o valor 
do potencial de membrana é denominado de potencial limiar. Os estímulos que só provocaram 
alterações de baixa voltagem (potenciais subliminares) são denominados estímulos 
subliminares. As intensidades acima do estímulo limiar são conhecidas como supralimiares e tem 
como resposta, aumento na freqüência dos PA. 
 
Propriedades do PA 
Se o axônio fosse bem curto, a condução da informação poderia ser feita por condução 
eletrotônica, mas como as mensagens neuronais percorrem distâncias longas, é essencial um 
mecanismo que garanta a total fidelidade da informação, sendo propagada a longas distâncias. Por 
exemplo, a condução de eletricidade através de cabos elétricos é bem rápida, mas a intensidade 
do sinal sofre um decaimento exponencial com a distância. Como então contornar a perda de sinal 
com a distância? A solução foi produzir um evento elétrico auto-regenerativo e auto-propagável 
como o PA cuja duração e amplitude se propagam imutavelmente ao longo do axônio. 
Lei do Tudo-ou-Nada: Se um estímulo limiar for aplicado a uma célula excitável, a célula 
responderá com um PA e nada impedirá que o fenômeno seja adulterado. É por isso que o PA é 
conhecido como um fenômeno tudo-ou-nada. Isso ocorre por causa das propriedades intrínsecas 
dos canais voltagem-dependente que se abrem e se fecham sempre de maneira constante. O seu 
fechamento é “automático”, isto é, não depende de um segundo estimulo para mudar a sua 
conformação. Assim, quando ocorre uma despolarização da membrana até o limiar, todos os 
canais se abrem e depois de um tempo, fecham-se automaticamente. 
 
Decodificação de intensidade do estímulo. Se o PA é um 
fenômeno cuja amplitude não varia, como os neurônios decodificam 
variações de intensidade dos estímulos? A intensidade é codificada 
em função da freqüência dos PA gerados no axônio (numero de 
PA / unidade de tempo). A decodificação da variação de intensidade 
é realizada do estímulo limiar até um máximo. 
 
 
 
 Período refratário: Se um segundo estímulo limiar for aplicado, 
enquanto o primeiro PA já está em curso, não será possível 
desencadear outro PA, pois os canais de Na não estarão 
completamente inativados, isto é, fechados. Este período 
corresponde ao período refratário absoluto (PRA). A aplicação de 
um estímulo limiar em uma fase posterior, no curso final da 
repolarização será possível desencadear um PA, ainda que de 
menor amplitude. A este período denominamos período refratário 
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relativo (PRR). Esta propriedade é também decorrente das propriedades dos canais voltagem 
dependente e indica que um novo PA só pode ser gerado quando a membrana estiver 
completamente repolarizada aos níveis de repouso. 
 
Curva Intensidade-Duração. Um estímulo forte despolariza 
rapidamente a membrana até o limiar e precisa de pouco 
tempo para causar um PA. Já um estímulo mais fraco requer 
mais tempo para que a mesma quantidade crítica de corrente 
flua através da membrana para despolarizar o limiar. O gráfico 
da curva intensidade-duração descreve esta relação. Isto quer 
dizer que além da intensidade, a duração do estímulo aplicado 
também é igualmente importante para a manifestação do PA. 
A intensidade mínima de estímulo capaz de causar um PA é 
denominada reobase e o tempo necessário para sua 
aplicação, tempo de utilização. A duração que equivale ao 
dobro da reobase é denominada de cronaxia. 
 
Acomodação: se uma célula excitável for despolarizada muito lentamente até o limiar, não 
manifestaráPA. Isto acontece porque os canais de Na abertos pela despolarização se tornam 
inativos (se fecham) antes de atingir o potencial limiar, limitando o número de canais críticos 
necessários para deflagrar o PA. Além disso, como os canais de K voltagem dependentes também 
se abrem, a membrana se torna refratária. 
 
Mecanismo de condução do impulso nervoso (visite site recomendado nos links ) 
 
Assim que o PA é gerado no cone de implantação (de um neurônio multipolar) ele se 
propaga ao longo do axônio até o terminal axônico, como se fosse um rastilho de pólvora em 
combustão. Como o PA se propaga da zona de gatilho até o seu terminal sem depender de um 
novo estimulo e mantendo a sua amplitude e duração? 
A membrana citoplasmática é um mal condutor de 
cargas elétricas, ao contrário dos fluidos extra e intracelulares. 
Quando uma região da membrana sofre uma despolarização 
(zona ativa), as correntes iônicas se propagam longitudinal e 
transversalmente fechando o circuito. Estas correntes 
eletrotônicas despolarizam a membrana adjacente que se 
encontra em repouso. Assim, quando ocorre entrada de Na 
durante o PA, a região adjacente, “empurra” passivamente 
corrente negativa para a superfície da membrana, 
despolarizando-a passivamente. Esta resposta local 
despolariza a membrana até o seu limiar, ou seja, ativam os 
A figura ilustra a condução do PA em um axônio sem mielina. Repare que o PA está se propagando da esquerda 
pela direita: assim, primeiro vemos o influxo de Na (despolarização) seguido do efluxo tardio de K (repolarização) 
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canais iônicos vizinhos de Na e de K voltagem dependentes, gerando novo PA e assim 
sucessivamente. Desta maneira o próprio PA serve de estímulo do PA sucessivo, garantindo a sua 
propagação autoregenerativa, sem qualquer custo adicional de energia metabólica. 
O PA é conduzido sempre do segmento inicial para o terminal axônico (anterogradamente) e 
isto não é devido a uma propriedade inerente à membrana ou ao mecanismo de propagação. O 
sentido da condução não é revertido porque a membrana do axônio onde o PA acabou de ocorrer 
se torna refratária, i e, os canais de Na se encontram ainda inativos e os de K ainda estão abertos. 
Portanto, existe um efluxo (saída) de K que hiperpolariza a membrana (tornando-a distante do 
potencial limiar), barrando qualquer despolarização eletrotônica anterógrada. Ou seja, a existência 
do período refratário seve como mecanismo de segurança para que o impulso nervoso seja gerado 
sempre num único sentido (do corpo celular em direção ao terminal sináptico). 
 
Velocidade de Condução do PA 
 
Tipos de fibras nervosas de um nervo de mamífero 
Tipo de Fibra Função 
Diâmetro 
(m) 
Velocidade 
(m/s) 
Duração do 
PA (ms) 
PRA 
 (ms) 
A Propriocepção; Motor somático 10-20 70-120 
0,4 –0,5 0,4-1,0 
 Tato, pressão 5-12 30-70 
 Motor 3-6 15-30 
 Dor, temperatura, tato 2-5 12-30 
B Neurônio pré-ganglionar autonômico < 3 3-15 1,2 1,2 
C 
Raízes dorsais 
 
Dor, respostas reflexas 
 
0,4 – 1,2 
 
0,5 –2,0 
 
2 
 
2 
Simpático Neurônios pós-ganglionares 0,3 – 1,3 0,7 – 2,3 2 2 
 
A tabela acima mostra que a velocidade 
de propagação dos impulsos depende de dois 
fatores: do calibre e se o axônio é mielinizado ou 
não. 
O gráfico ao lado resume estas 
informações. 
1) Diâmetro do axônio. Quanto maior o 
diâmetro, menor será a resistência ao fluxo de 
corrente no axoplasma e como conseqüência, 
maior a veleocidade. 
2) Mielinização da fibra. Uma outra maneira 
de aumentar a velocidade da condução é o de 
isolar o axônio eletricamente a intervalos fixos. Os 
gliócitos encapam os axônios com mielina com 
exceção dos nodos de Ranvier. O PA iniciado no 
cone é conduzido de nodo a nodo, onde os canais 
de Na e de K voltagem dependentes estão 
presentes. O PA no nodo seguinte é causado pela 
propagação eletrotônica de corrente gerado pelo 
PA anterior. Assim, ao invés do PA se propagar 
continuamente como acontece na fibra sem 
mielina, ocorre aos saltos, gastando menos tempo 
até os terminais nervosos. O aumento na 
velocidade de condução nervosa propicia rapidez 
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na transmissão de informações sensoriais, na emissão de comandos motores para os órgãos 
efetuadores, bem como no processamento de sinais neurais pelo SNC. 
 
Potencial de ação de um nervo composto 
Um nervo periférico é constituído de várias fibras nervosas, tanto motoras como sensitivas 
(com a exceção de alguns nervos cranianos que possuem ou nervos sensitivos ou motores) e pode 
conter fibras mielinizadas como não mielinizadas. Tomando-se um nervo composto, é possível 
registrar o PA composto do nervo, estimulando-o experimentalmente. Na figura abaixo, os registros 
dos PA do nervo a partir de 3 eletrodos colocados a várias distâncias do eletrodo de estimulação. 
Note que o PA composto parece ser constituído de vários picos. O que se vê na verdade é a 
resultante de vários PA unitários das fibras nervosas que compõe o nervo; daí ser denominado de 
potencial de ação composto. O gráfico ilustra a reconstrução do PA composto mostrando o 
tamanho relativo dos PA unitários conforme o calibre das fibras e a duração do impulso. Repare 
que a amplitude e a duração dos PA unitários são diferentes para cada tipo de fibra.