2ª área biofisica POTENCIAL DE REPOUSO - FARMÁCIA UFRGS

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AULA 3 POTENCIAL DE REPOUSO 
Nos sistemas biologicos são os íons que carregam cargas positivas e negativa
As células nervosas vão interagir umas com as outras tanto quanto com junções musculares para produzir nosso comportam entre e essa comunicação permite troca de informaçao tanto dentro como entre celulas e são feitas por sinais eletricos transitório.
Transitório são alterações nas propriedades eletricas da membrana quando ela está em repouso!! 
POTENCIAL DE REPOUSO
Vimos que a membrana das células é polarizada negativa dentro e positiva fora e isto gera uma voltagem (diferença de potencial) que pode seer lida usando dois eletrodos: um intra e outra extra ligados por um voltimero e podemos ver que essas voltagens é da ordem de -65Mv (nessa membrana). O sinal menos, não é um sinal negativo, por convenção colocamos antes do número a polarização antes do número e no caso em repouso ela está negativa dentro.
O que significa que -80 é maior que -65 neste caso por que não é numero negativo, só indica como está polarizado dentro.
Se temos os dois eletrodos do lado de fora, temos a diferença de potencial igual a zero, quando insere um la dentro medimos a diferença entre uma face e outra da membrana.
O potencial de repouso é constante ao longo do tempo, se por acaso for uma celula nervosa ou uma fibra muscular, que sai desse potencial de repouso, volta para o mesmo potencial depois.
O valor nos musculos esqueléticos > - 90 
Musculos lisos > - 60 
Neuronios > - 45 – 75
Astroglia….
Nós temos mais potassio dentro (neutralizado por ânios organicos) e fora tem mais sódio e cloreto. O lado extracelula e intracelular são ambos praticamente eletricamente NEUTROS > quer dizer que tenho cargas negativas e positivas mais ou menos no mesmo número. E apenas em uma região, bem próxima da membrana, temos a carga líquida (não esta pareada com uma carga oposta).
Dentro essa carga é negativa, que atrai atraves da membrana uma nuvem de cargas positivas do lado externo > GERA FENÔMENO ELÉTRICO DO POTENCIAL DE MEMBRANA.
Observação: é necessário um número pequeno dessas cargas para polarizar a membrana. E a diferença liquida de cargas acontece só na superfície interna e externa da membrana.
Cargas opostas se atraem através da membrana.
Começou em 1750 quando foram descritos peixes elétricos no rio Nilo e apartir dai um medico italiano comecou a fazer experimentos com contração muscular produzidas em rãs mortas por decaptação. Observou que os balcoes do laboratorio era de ferro e a aste era de cobre onde a rã ficava pendurada. Quando por ventura encostava a pata do balcão de ferro havia uma contração da pata da rã morta.
Tudo se da por transporte de íons pela membrana!!
Íons só passam pela membrana por proteína canal (difusão facilitada). Ou a membrana não tem permeabilidade ao íon (não tem canal) ou a membrana é muito permeavel (muito canal) e semipermeavel (pouco canal).
FATORES QUE PODEM CAUSAR A MOVIMENTAÇÃO DOS ÍONS ATRAVEZ DA MEMBRANA: 
A membrana tem que ser permeavel a ele tendo canal para ele passar. E tendo o canal, pode ter uma condutancia (ter canal) (contrario da resistencia). E além de ter um canal, tem de haver um força sobre o íon para ele passar de um lado para outro e essas forças são > gradiente de contração e gradiente eletroquímico da membrana. Isso só acontece se tiver canais !!
Como a membrana está polarizado negativo dentro e positivo fora, isso influência na passagem pela membrana de solutos que tenham carga 
Se pegarmos uma bateria, e se pegarmos os eletrodos dessa material e colocarmos dentro dessa solução de NACL o sódio vai ser empurrado para o negativo e o cloreto para o positivo.
Se colocarmos uma membrana permeável o sódio vai se movimentar para o polo negativo e o cloreto……..
Então corrente elétrica é o movimento ORDENADO de cargas elétricas, no caso íon, dentro de um sistema condutor.
COMO NOSSA MEMBRANA FUNCIONA COMO UMA PILHA
Para existir uma pilha, é necessário dois pontos no sistema com elétrons armazenados e entre esses dois pontos deve haver uma diferença de concentração de elétrons. Fica polo negativo e polo positivo.
Em consequencia da diferença de concentração, gera-se o potencial elétrico ou voltagem que é o impulso (força eletrica) exercido pelas particulas carregadas para passarem a favor do gradiente elétrico deles. Entre esses dois locais potencilamente poderia haver uma corrente elétrica se houver condução para tal (ter um condutor) que no caso é um pedaço de metal.
Sendo a voltagem gerada pela diferença de concentração elétrica entre os dois pontos, ela será tanto maior quanto maior for o gradiente elétrico.
Pilha de 5 e 1 volts.
Quanto maior a voltagem maior será o impulso que ele tem pra passar pro outro lado a favor do seu gradiente.
Nossa membrana comparada com a pilha: 
Desenho
Temos um polo negativo dentro e um positivo fora. Existem dois pontos no sistema com eletrons armazenados > dentro e fora. Há diferença de concentração elétrica entre esses dois pontos por que um é constituido de cátions e tem falta de elétrons e o outro é constituido de ânios e tem excesso de elétrons. Essa diferença de concentração gera o potencial elétrico de voltagem que é o impulso ou força elétrica exercida sobre particulas carregadas para passarem a favor do gradiente elétrico.
O condutor elétrico nesse caso são as proteínas canais.
Quanto maior o gradiente elétrico, maior será a voltagem e maior será a força elétrica que atua sobre os íons de carga oposta.
COMO GERAMOS A SEPARAÇÃO CARGAS
Considerando que os principais íons não se distribuem igualmente no meio extra e intracelular.
Exemplo simples > uma membrana permeável somente ao potássio (cátion)
Temos no meio intracelular celular mais potássio a ânios organicos e inicialmente esses dois meios são eletricamente neutros, sem carga liquida.
Se essa membrana for impermeavel aos dois, nada acontece. Se eu colocar canais para o potássio e os ânios, os dois vão passar o lado de menor concentração e entrar em equilibrio químico sem separar carga nenhuma, logo isso não funciona.
Tenho colocar canal só pro potassio por exemplo e não colocar para os ânios! Chegando na membrana somente o potassio passa apesar de ter uma força agindo sobre o ânion tambem..O passa dispareado, ou seja, carga liquida e o ânion organico fica pra trás sem o par dele que passou.
O potássio continua passando para fora, a partir do momento em que o potássio passa e o ânion fica, a membrana vai ficando POLARIZADA.
Quando está um pouco polarizada tem uma força pequena força elétrica puxando o potássio para dentro de volta >o gradiente de concentração para fora e o elétrico para dentro.
Essa força vai crescendo a medida que passa o potássio, juntamente com a polaridade da membrana.
Mais carga negativa no polo negativo e mais carga positiva no polo positivo aumentando a voltagem até que as duas forças se igualem e ele entra em equilibrio e não aumento mais a separação de carga, ou seja, a voltagem.
Isso não é um equilibrio quimico pois foi atingir antes de eu igualar as concentrações, e sim um eletroquimico pois a força eletrica se igualou a força quimica.
Nesse caso da membrana ser permeavel a único íon, seu potencial de membrana fica exatamente igual ao potencial de equilibrio do íon que ela é permeável.
Como é calculado esse potencial de equilibrio téoricamente?
Se calcula por uma equação derivado da equação de NERST que considera que o potencial é RT sobre Nflogneperiano do grandiente de concentraçao(concentração externa e interna).
O R e o F são constantes, T é a temperatura em graus kelvin, z ou n é a valencia do íon e podemos transformar o log, em log na base 10. Fazendo tudo isso, ficamos com uma equação simplificada: 
O do potassio dá – 80 Mv. 
Sódio + 62 (membrana polarizada positiva dentro negativa fora)
Cloreto – 65
OBSERVAÇÃO: Se a membrana plasmatica for permeavel a um só íon, o valor do potencial de membrana sera exatemente igual ao
valor de potencial de equilíbrio do íon permeavel.
Nesse caso automaticamente o potencial de membrana se mantem constante ao longo do tempo sem você precisar fazer esforço nenhum!!
Definições:
* O potencial de equilíbrio de um íon é o potencial elétrico estacionário que a membrana teria se fosse permeável apenas a um determinado íon.
* Potencial em que a membrana deveria estar para que determinado íon fique em equilíbrio eletroquímico.
Esses exemplos dado, parecem que ocorrem nas celulas da glia ou algo muito semelhante a isso. As outras celulas de modo geral não é permeavel só a um íon. Mas sim ao potassio e ao sódio ambos. 
Se a membrana fosse permeavel só ao sódio, o sódio tenderia a entrar a favor do seu grandiente de concentração inicialmente, ao entrar ele deixa o cloreto, que estava de par, sozinho fora. O sódio entra deixando positivo dentro e negativo fora, por isso que no equilibrio, nesse caso, a membrana vai estar polarizada negativo dentro positivo fora. No potencial de ação isso acontece.
MEMBRANA PERMEÁVEL A DOIS CÁTIONS
Se tiver o mesmo número de canais para sódio e para potássio, igualaria a concentrações dos dois lados entrando em equilibrio quimico e não separei carga nenhuma.
Agora mais canais pra potássio do que para sódio: vai passar mais potássio para fora a favor do seu gradiente de concentração inicialmente. Passam em um primeiro momento 10 cargas positivas para fora e 1 carga positiva para dentro. Mas por que isso se tem a mesma força agindo sobre eles? Por que o sódio não tem por onde passar.
Começa a ficar positivo fora e negativo dentro mesmo que tenha entrada de sódio. Mas agora uma outra força vai atuar sobre o sódio e o potássio > FORÇA ELÉTRICA DA MEMBRANA.
Atua puxando os dois para dentro, então o sódio vai ter a força do gradiente de concentração puxando para dentro e a força do gradiente elétrico também. De inicio essa força é pequena e vai aumentando, no momento “2” vai passar 9 potassio para fora e dois para dentro..
A quantidade de potássio diminui por que só tinha força do gradiente de concentração agora tem uma pequena força paro o lado oposto.
Cada vez que aumenta essa separação de cargas, mais o potassio começa a ser puxado para dentro…
Vai chegar um ponto em que vai ser trocado 6 potassio por 6 sódios, neste ponto não estou mais separando cargas (por que estou trocando o mesmo número) só que não é o mesmo íon que esta carregando a carga. 
Nesse caso para eu manter o valor de separação de cargas igual, tenho que manter o gradiente de concentração de sódio e potássio, ou seja, preciso que a BOMBA esteja sempre trabalhando para recolocar os gradientes.
** Quando eu estiver colocando a mesma quantidade de sódio e potássio eu vou ter essa minha voltagem constante, não fazendo diferença de separação de cargas.
Para se calcular teoricamente o potencial de uma membrana permeavel a mais de um íon, usando uma equação derivada daquela de Nerst mas mais incrementada por que a membrana vai ser permeavel a mais de um íon e tem que considerar também a permeabilidade relativa da membrana.
Permeabilidade relativa: em relação a alguma coisa a qual ela é mais permeável, no caso, ao potássio. Por convenção usamos permeabilIdade 1 e compara a outras com ela.
Então, a permeabilidade do potássio no repouso é 1, ao cloreto é zero 45 e ao sódio e 20 vezes menos que ao potássio e dos anios organicos é zero. Quadro:
Observações: Se a membrana é permeável a dois cátions, o potencial de equilibrio do potássio é -80 e o do sódio e +62, nenhum dos dois estara em equilíbrio e o potencial da membrana será diferente do potassio. Tendo seu valor intermediário aos íons dos quais ela é permeável porém muito próximo do íon ao qual ela é mais permeavel (no caso do repouso ela é ao potássio).
Se um íon não está em equilibrio, quando o potencial de membrana é diferença do ion, tem sempre uma força impulsora íon motriz, que age sofre ele impelindo através da membrana.
Essa força é tão maior quao maior for a diferença.
No sódio está agindo uma baita força impulsora e o potássio estaá quase em equilibrio por que tem uma força impulsora menor no repouso.
NO POTENCIAL de repouso estamos lidando com canais de vazamento para potassio, intermediariamente canais de cloreto e pouco canais para sódio.
Corrente elétrica: no nosso caso, movimento dos íon atraves da membrana.
Depende da condutancia (ter canal para ele passar) e não adianta ter canal sem ter força externa sobre ele, ou seja, o potencial de membrana não pode ser igual ao potencial de membrana do íon se não ele fica parado.
A corrente é G condutancia que multiplica vm menos o potenciak do íon. A corrente será 0 se sera canal ou se o íon estiver em equilibrio onde o vm é igual ao potencial eq.. 
No caso da membrana permeavel ao sódio e ao potássio temos que ter a bomba, bombeando sempre os íon contra os seus gradientes eletroquímico para manter esse potencial constante ao longo do tempo.
A bomba cada vez que bombeia, coloca 3 cargas positivas para fora e 2 para dentro. Pode-se dizer que ele é um gerador de separação de cargas também, mas atualmente não se fala mais na bomba como geradora….. é dito como mantededora do gradiente de concentração do sódio e potássio.
As proteinas de membrana que atuam no potencial de repouso > canais de vazamento e a bomba .
Desenhos:
ESTRUTURA DO CANAL DE POTÁSSIO
No repouso, é o íon mais importante. Foram descobertos numa mosca problemas em canais de potássio e depois descobriram em camundongos. Esse problema da tremedeira mesmo anestesiado.
Ele é um proteína transmembrana multipasso. Ela seleciona o íon que vai passar, chamada de alça de ……. no caso o potássio.
Quadro de forças que atuam nesses tres deferentes íons no potencial de repouso:
Potássio > força quimica (gradiente de concentração) que puxa ele para fora e uma força elétrica que puxa ele para dentro e essas duas forças tem quase o mesmo modulo. Então, em repouso ele tá sendo puxado só um pouco, devido ao fato do potassio ter muitos canais, ele sai em mais quantdade..
Sódio > tem a força do gradiente de concentração puxando para dentro e uma força do gradiente eletroquimico puxando para dentro, ou seja, a resultando é uma enorme força puxando ele para dentro porém a permeabilidade da membrana é pequena.
Movimento efetivo para dentro igual ao movimento de saida no repouso.
Cloreto > tem uma forca do gradiente de concentração puxando para dentro e a eleétrica para fora. Ele está basicamente em equilibrio eletoquimico e a permeabilidade a ele na membrana é intermediária entre esses dois. Ficando em equilibrio eletroquimico.
CONSEQUÊNCIA da membrana ser mais permeavel ao potássio no repouso:
O valor do potencial de repouso vai ser muito próximo ao potencial de equilíbrio do potássio, não é igual por que a membrana não é permeável só a ele.
O potencial de repouso é particularmente sensível a alterações nas concentrações EXTRACELULAR do potássio (tanto para mais quanto para menos) causando problemas no potencial de repouso que pode refletir no potencial de ação depois.
A diferença de 5 para 50 leva a uma despolarização da membrana, de -65 para -17.
O nosso encéfalo tem duas proteções para variações externar de potássio: tanto a barreira hematoencefálica quanto o tamponamento espacial dos astrócitos.
Barreira hematoencefálica > controlar o que passa através do sangue para as celulas da glia depois os neurônios protegendo de substancia e inclusiva das elevações dos níveis de potássio.
Tamponamento espacial dos astrócitos > quando a concentração extracelula aumenta, o sistema dentro dos artrócitos espalham espacialmente o potássio que esta em grande concentração fazendo uma diluição do potássio.
Uma solução de KCL não é fisiológica.