Atividades do Sistema nervoso com resposta

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ATIVIDADE 1: QUESTÕES PARA REVISÃO SISTEMA NERVOSO 
Profa. Marise M Sakuragui 
 
 
1. Conceitue potencial transmembrana ou de repouso. 
Potencial de membrana ou potencial transmembranar é a diferença de potencial elétrico (voltagem) e a 
concentração de íons entre os meios intra e extracelular de uma célula (ver figuras 1 e 2 abaixo). Em relação 
ao exterior da célula, os valores do potencial da membrana ficam em torno de –70mV, ou seja, no interior da 
fibra é -70 mV mais negativo que o potencial no líquido extracelular. 
 
 
 
Figura 1. Todas as células têm um potencial elétrico através da membrana. O interior da célula é negativo em 
relação ao extracelular. 
COMO ISSO OCORRE? 
A permeabilidade da membrana é menor ao Na+ que ao K+ quando a célula está em repouso. 
• A Bomba de Na+/K+ - ATPase bombeia sódio para fora da fibra e, ao mesmo tempo, bombeia potássio para 
dentro dela (3 Na+ para fora em troca de 2 K+ para o interior), deixando um déficit real de íons 
positivos no interior. Isso produz uma carga negativa no interior da membrana celular e contribui para 
o potencial de repouso. 
• Existem proteínas de cargas negativas, no interior da célula que contribuem com as cargas negativas e 
a diferença entre a face interna e externa da membrana. 
• 
Figura 2. Note na figura acima as concentrações iônicas diferentes entre meio externo e interno da célula. 
2. Por que a abertura dos canais de Na+ causa a despolarização de um neurônio? 
 A membrana plasmática de alguns tipos celulares apresenta a propriedade de excitabilidade. Nas células, 
ditas excitáveis, uma alteração ambiental (estímulo) pode modificar a permeabilidade iônica da membrana 
alterando seu potencial elétrico. Células nervosas, musculares e glandulares são os três principais tipos de 
células excitáveis. Os estímulos despolarizantes supralimiares podem deflagar uma resposta, com reversão 
transiente da polaridade, conhecida como potencial de ação. 
De modo geral, os potenciais de ação são dependentes da ativação de canais para sódio (Na+), que se abrem 
em resposta a variações no potencial de membrana, sendo por isso caracterizados como dependentes de 
voltagem. 
Uma característica ímpar das células excitáveis é que uma despolarização (alteração da voltagem 
transmembrana para valores menos negativos) aumenta a permeabilidade da membrana ao sódio (PNa). 
Dentro de certo limite, quanto maior a despolarização, maior é o aumento da PNa. De forma semelhante a 
permeabilidade ao potássio (K+) também depende do potencial de membrana. Em outras palavras, a 
condutância da membrana excitável (gm) é alterada com a voltagem. Esta característica é a base para se 
entender o movimento de íons associado com o potencial de ação e pode ser explicada pela presença de 
proteínas de membrana específicas – os canais para Na+ e para K+ dependentes de voltagem. 
A probabilidade de abertura desses canais aumenta com a despolarização. O aumento na probabilidade de 
abertura dos canais para Na+ (isto é, o aumento na condutância da membrana para os íons Na+) é regenerativo. 
Quando um estímulo qualquer causa uma pequena despolarização da membrana, a consequência 
imediata é um aumento na probabilidade de abertura dos canais para Na+ dependentes de voltagem, 
resultando em um maior influxo desse íon a favor do seu gradiente eletroquímico. Este aumento no 
número de cargas positivas no meio intracelular despolariza ainda mais a membrana e, em 
consequência, ocorre um aumento ainda maior na probabilidade de abertura dos canais para Na+. Este 
ciclo se repete num “feedback positivo” de maneira que no pico do potencial de ação a permeabilidade 
da membrana ao Na+é cerca de 500 vezes maior que no repouso. 
 
3. Por que os potenciais graduados não podem ser propagados por longas distâncias no neurônio? 
 
Potencial graduado é aquele que representa sinais de força variável que percorre curtas distâncias e perdem 
força a medida que viajam através da célula. Um estímulo é recebido nos dentritos através do terminal axônico 
anterior. Esse estímulo produzirá uma despolarização (ou seja, entrada de Na+²) no corpo celular, de forma 
que a intensidade do potencial graduado gerado dependerá da força (ou amplitude) do estímulo que o gerou. 
Desta forma, ele precisa ser forte o suficiente para atingir a zona de disparo do axônio para poder disparar um 
PA. Os potenciais graduados são Despolarizações ou Hiperpolarizações que acontecem na membrana dos 
dendritos do corpo celular abrindo canais dependentes de ligantes (neurotransmissores). Um grande estímulo 
inicia um grande potencial graduado e um pequeno estímulo inicia um pequeno potencial graduado. 
 
 
4. Quais propriedades moleculares dos canais iônicos envolvidos no potencial de ação são responsáveis 
pela propagação unidirecional dos potenciais de ação ao longo do axônio, e por quê? 
 
Outra característica importante dos canais para Na+ é que o aumento na probabilidade de abertura devido à 
despolarização é transiente. Mesmo que a membrana seja mantida despolarizada (por aplicação de corrente, 
p. ex.), a permeabilidade ao íon Na+, ou a probabilidade de abertura dos canais para Na+, cai para seu valor 
de repouso em poucos milisegundos. Este fenômeno é denominado de inativação. Na realidade, todos os 
canais iônicos são proteínas alostéricas, possuindo dois ou mais estados conformacionais que representam 
diferentes estados funcionais. Os canais para Na+ apresentam pelo menos três estados conformacionais 
distintos: repouso (fechado), ativado (aberto) e inativado (não condutor), como mostra o esquema da figura 
3. 
 
 
Figura 3. Os três estados conformacionais dos canais para sódio. 
 
Em repouso, o canal está fechado e com a despolarização o canal se abre assumindo a conformação ativada. 
O canal assume a conformação ativada apenas transitoriamente. Se a despolarização for breve, os canais 
retornam diretamente para o estado de repouso, mas se a despolarização for prolongada assumem o estado 
inativado. Nesta conformação os canais são refratários a novos estímulos (não alterando, pois, a sua 
probabilidade de abertura). A inativação só pode ser removida pela repolarização da membrana, fazendo com 
que o canal passe do estado inativado para o de repouso. Essa passagem é dependente de tempo. Em outras 
palavras, cada canal para Na+ funciona como se tivesse dois tipos de comporta (gate) que devem estar 
simultaneamente abertas para permitir a passagem de íons Na+: uma comporta de ativação, fechada quando a 
membrana está polarizada (repouso), sendo rapidamente ativada pela despolarização; e uma comporta de 
inativação que se encontra aberta em potenciais de repouso, mas que se fecha em resposta à despolarização 
prolongada. O canal só conduz corrente durante a despolarização, quando ambas as comportas estão abertas, 
a repolarização reverte os dois processos. Após o canal ter retornado ao estado de repouso, ele volta a ficar 
sensível à despolarização, podendo, pois, ser novamente ativado. A figura 4 ilustra a relação dos estados 
conformacionais dos canais para Na+ com as fases do potencial de ação. 
 
Figura 4. Estados conformacionais dos canais para Na+ durante o potencial de ação. 
A despolarização também aumenta, com algum atraso, a permeabilidade da membrana ao K+ (PK), devido 
ao aumento na probabilidade de abertura dos canais para K+ dependentes de voltagem. Esses canais 
apresentam uma cinética mais lenta do que aquela dos canais para Na+ e são responsáveis pela repolarização 
da membrana durante um potencial de ação. A dependência de voltagem da condutância ao K+ resulta em um 
“feedback negativo”, de forma que o canal se fecha com a repolarização. 
Uma característica importante da propagação do potencial de ação é que ela não pode retroceder, 
revertendo a direção da propagação. A razão é o períodorefratário. Na região refratária, indicada na 
figura 5, a condutância ao sódio (gNa) está ainda inativada e a condutância ao K
+ é alta, de maneira 
que uma resposta regenerativa retrocedente não pode ocorrer. 
 
 
Figura 5. Propagação do potencial de ação. 
 
5. Explique por que um neurônio mielinizado conduz os sinais mais rapidamente do que um neurônio 
equivalente desmielinizado. 
 
Uma característica histológica confere a muitos neurônios do sistema nervoso de vertebrados, uma propagação 
especial do potencial de ação. É a presença das células de Schwann ou de oligodendrócitos que envolvem o 
axônio formando a chamada bainha de mielina. Em neurônios mielinizados a propagação passiva é otimizada, 
pois a constante de espaço é maior, ao mesmo tempo que a capacitância* da membrana é pequena. A 
mielinização do axônio é interrompida periodicamente nos nódulos de Ranvier, os quais expõem a membrana 
axonal. O efeito da bainha de mielina é diminuir o fluxo de correntes entre os nódulos; íons não fluem 
facilmente através da membrana nas regiões internodais, assim como a corrente capacitiva é muito pequena. 
Assim, um potencial de ação ativo ocorre no nódulo de Ranvier, a alteração de voltagem se propaga 
eletrotonicamente até o próximo nódulo de Ranvier e assim por diante. Em outras palavras, a excitação “pula” 
de nódulo para nódulo, aumentando a velocidade de condução. Esta propagação de impulso é chamada de 
condução saltatória. 
 
6. Você descobriu uma droga que bloqueia canais de Ca 2+ controlados por voltagem. Quais os efeitos 
prováveis dessa droga na sinapse?
 
 
A libertação do neurotransmissor ocorre por exocitose, após a chegada do potencial de ação à membrana pré-
sináptica, pois esta apresenta canais iónicos de cálcio, ativados pela corrente elétrica. Este tipo de canal não 
existe em nenhum outro local do neurônio, apenas na zona sináptica. Dado que a concentração de cálcio é 
superior no exterior do neurônio, a abertura dos canais provoca a sua entrada brusca para o citoplasma do 
telodendro (botão sináptico). Este é o sinal para as vesículas de neurotransmissor se fundirem com a membrana 
pré-sináptica, libertando o seu conteúdo para a fenda sináptica. Quando se tem um bloqueador do canal de Ca 
2+ , o resultado esperado é que mesmo com o estímulo do PA chegando na membrana da célula pré-sinaptica 
estes canais não se abram por conta do bloqueio. O cálcio não entrará no axoplasma da terminação pré-
sináptica e consequentemente não haverá a liberação das vesículas de neurotransmissores na fenda sináptica. 
 
7. Compare e diferencie as sinapses elétricas e as sinapses químicas. 
Na sinapse elétrica o trânsito de íons por junções especializadas (junções comunicantes formadas por proteínas 
transmembrana chamadas conexinas) entre as células permite a passagem do potencial de ação de uma célula 
para outra. Na sinapse química a despolarização ou a hiperpolarização da membrana da célula seguinte 
(membrana pós-sináptica) depende da liberação de substâncias denominadas neurotransmissores no espaço 
chamado de fenda sináptica. O neurotransmissor se liga a um receptor (proteína), na membrana pós-sináptica, 
o impulso é transmitido em uma única direção, podendo ser bloqueado e em comparação com a sinapse elétrica 
a sinapse química é muito mais lenta. Quase todas as sinapses do tipo SNC são químicas. 
 
 
 
*Capacitância da membrana. Embora os íons não atravessem a dupla camada lipídica, 
exceto através dos canais iônicos, eles podem interagir através da membrana, que é uma 
fina camada isolante, para produzir uma corrente de capacitância (ou deslocamento de 
carga) mesmo quando nenhuma carga atravessa fisicamente a membrana neste processo. 
Como os íons não podem atravessar a camada lipídica, eles se acumulam nas duas 
superfícies da membrana, os cátions (+) no lado anódico (-) e os ânions no lado catódico, 
produzindo um excesso resultante de íons carregados opostamente em lados opostos da 
membrana. Estes podem interagir eletrostaticamente. A capacidade da dupla camada de 
separar ou estocar cargas desse modo é a sua capacitância, que é medida em unidades de 
coulombs por volts, ou farads (F).