Bioeletrogênese

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Curso de Graduação: Farmácia 
Disciplina: Biofísica 
Professor: Dr. Fábio Giovanni de A. Batista 
 
Bioeletrogênese 
BIOELETROGÊNESE 
• CONCEITO: 
 
• É o estudo dos mecanismos de transporte dos 
eletrólitos e de outras substâncias nos líquidos intra e 
extracelular através das membranas celulares dos 
organismos vivos. 
 
BIOELETROGÊNESE 
• ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS 
GYITON,1993 
BIOELETROGÊNESE 
 
• FUNÇÕES DA ORGANELAS 
CITOPLÁSMATICAS: 
 
• Utilizar alimentos para extrair energia e sintetizar 
compostos químicos especiais; 
 
• Estas substâncias formadas são usadas para: 
 
• O crescimento de novas estruturas intracelulares; 
• A formação de novas células; 
• Quando expelidas para o exterior da célula, 
formam elementos estruturais nos espaços entre 
as células; 
 
BIOELETROGÊNESE 
• ESTRUTURA CELULAR 
 
• MEMBRANA CELULAR: 
 
• Estrutura elástica muito delgada que 
circunda toda a célula; 
• Formada por uma bicamada lipídica e 
moléculas de proteínas; 
 
• Função: servir de barreira à 
passagem de água e solutos 
hidrossolúveis entre o líquido 
extracelular e intracelular. 
 
BIOELETROGÊNESE 
• TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA: 
 
• DIFUSÃO: movimento aleatório e contínuo das moléculas, umas contra 
as outras, nos líquidos ou nos gases; 
• Energia cinética; 
 
• DIFUSÃO SIMPLES 
 
• DIFUSÃO FACILITADA 
 
 
• TRANSPORTE ATIVO: movimento de íons ou de outras substâncias, 
através da membrana em combinação com uma proteína transportadora, 
que faz com que a substância se mova em direção oposta à de um 
gradiente de energia; 
• Fonte adicional de energia. 
BIOELETROGÊNESE 
• DIFUSÃO: 
 
• SUBSTÂNCIAS LIPOSSOLÚVEIS: se 
dissolvem diretamente na bicamada 
lipídica e se difunde através da 
membrana celular; 
• Oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono 
e álcool 
 
• SUBSTÂNCIAS HIDROSSOLÚVEIS: 
passam pelos canais dos poros das 
proteínas; 
• Proteínas canais: possuem permeabilidade 
seletiva; 
• Água se difunde pelos canais e através de 
toda membrana rapidamente. 
BIOELETROGÊNESE 
• DIFUSÃO: 
 
• DIFUSÃO SIMPLES: movimento cinético 
das moléculas ou dos íons ocorre através 
de uma abertura na membrana, sem 
qualquer interação com proteínas 
transportadoras; 
 
• DIFUSÃO FACILITADA: requer a 
interação com uma proteína 
transportadora específica, que ajuda a 
passagem das moléculas e dos íons; 
 
• Movimento de vaivém na membrana, 
através de um receptor de ligação na 
parte interna da proteína transportadora; 
 
• Ligação do receptor com a molécula é 
fraca fazendo com que ela se separe do 
receptor e seja liberada no lado oposto da 
membrana. 
 
BIOELETROGÊNESE 
• FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA DIFUSÃO: 
 
• EFEITO DA DIFERENÇA DE CONCENTRAÇÃO: a velocidade com que 
uma substância vai difundir para o lado interno é proporcional à 
concentração das moléculas do lado externo e vice-versa; 
 
• EFEITO DO POTENCIAL ELÉTRICO SOBRE A DIFUSÃO DE ÍONS 
(POTENCIAL DE NERNST): se um potencial elétrico for aplicado na 
membrana, a carga elétrica dos íons faz com que eles se movam através 
da membrana mesmo que não exista diferença de concentração para 
provocar o movimento; 
 
• EFEITO DA DIFERENÇA DE PRESSÃO ATRAVÉS DA MEMBRANA: 
• Soma de todas forças das diferentes moléculas que se chocam com uma 
determinada área de superfície em um certo instante; 
• Quando a pressão é maior em um lado da membrana do que no outro 
lado, significa que a força de choque contra o canal em um lado da 
membrana é maior que do outro lado. 
 
BIOELETROGÊNESE 
• OSMOSE: 
 
• Processo efetivo de movimento da água 
causado por sua diferença de concentração; 
 
• Nas condições normais, a quantidade que se 
difunde nas duas direções é tão equilibrada 
que o movimento efetivo da água que ocorre é 
zero; 
 
• PRESSÃO OSMÓTICA: diferença efetiva de 
concentração da água através da membrana; 
 
• Fazendo com que a célula encolha ou inche, 
dependendo da direção do movimento da água; 
 
BIOELETROGÊNESE 
• TRANSPORTE ATIVO: 
 
• Quando a membrana celular transporta as moléculas ou íons contra um gradiente de 
concentração, através de proteínas transportadoras; 
 
• Sódio, potássio, cálcio, ferro, hidrogênio, cloreto, etc; 
 
• TIPOS: 
 
• PRIMÁRIO: degradação do ATP (trifosfato de adenosina); 
• Bomba de sódio-potássio 
 
• SECUNDÁRIO: a energia é derivada da energia gerada pelo transporte ativo 
primário; 
• Co-transporte 
• Contra-transporte 
 
 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• TRANSPORTE ATIVO: 
 
 
• Sódio e potássio: Bomba de sódio-potássio (Na+K+) 
• Cálcio: Bomba de cálcio 
• Hidrogênio: células do estômago e dos rins 
 
• Bomba de sódio-potássio (Na+K+): processo de transporte que bombeia 
íons sódio para fora e potássio para dentro; 
 
• É responsável pela manutenção das diferenças de concentração entre o 
sódio e o potássio através da membrana celular, bem como pelo 
estabelecimento da voltagem elétrica negativa dentro da célula; 
 
• Importância: 
 
• Controlar o volume de cada célula 
 
 
 
 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• TRANSPORTE ATIVO: 
 
• PRIMÁRIO 
 
• Bomba de sódio-potássio(Na+K+) 
 
• Mecanismo: 
 
• Quando dois íons potássio se ligam à parte externa da proteína 
transportadora e três íons sódio se ligam na parte interna, a enzima 
ATPase da proteína é ativada,ela quebra a molécula de ATP em ADP, 
liberando uma ligação fosfato de alta energia; 
 
• Esta energia produz alteração química e estrutural na molécula da 
proteína transportadora, expulsando os três íons sódio para fora e 
colocando os dois íons potássio para dentro 
 
 
 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• TRANSPORTE ATIVO: 
 
• SECUNDÁRIO: a energia é derivada da 
energia gerada pelo transporte ativo 
primário; 
 
• Co-transporte: a energia de difusão do 
sódio pode empurrar outras substâncias, 
junto com o sódio, através da membrana 
celular; 
• Sódio e glicose: a proteína transportada 
tem dois locais de ligação e são 
transportadas ao mesmo tempo; 
 
 
• Contratransporte: transporte na direção 
oposta à do íon primário; 
• Os íons sódio se movem para o interior e 
os íons cálcio para o exterior, ambos 
ligados pela mesma proteína 
transportadora; 
• Sódio e hidrogênio 
• Sódio e cálcio 
 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• POTENCIAL DE MEMBRANA: impulsos eletroquímicos 
que são gerados nas membranas de todas as células do 
corpo; 
 
• Esses impulsos são usados para transmitir sinais por toda 
membrana dos nervos e músculos; 
 
BIOELETROGÊNESE 
• POTENCIAL DE AÇÃO DOS NERVOS: 
 
• CONCEITO: rápidas alterações do potencial de 
membrana que se propagam com grande 
velocidade por toda a membrana da fibra 
nervosa; 
 
• Cada potencial de ação começa por uma 
alteração súbita do potencial de membrana 
normal negativo para um potencial positivo, 
terminando, então com um retorno quase tão 
rápido para o potencial negativo; 
 
• Transmitem os sinais nervosos, se deslocando 
ao longo da fibra nervosa até sua extremidade; 
 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• POTENCIAL DE AÇÃO DOS NERVOS: 
 
• ESTÁGIOS: 
 
• ESTÁGIO DE REPOUSO 
 
• ESTÁGIO DE DESPOLARIZAÇÃO 
 
• ESTÁGIO DE REPOLARIZAÇÃO 
 
• Os estágios de despolarização e repolarização gerados durante o 
potencial de ação são produzidos pelos canais de sódio regulados 
pela voltagem; 
 
• De uma forma adicional, os canais de potássio e a bomba de 
sódio-potássio contribuem também. 
 
BIOELETROGÊNESE 
• POTENCIAL DE AÇÃO DOS 
NERVOS: 
 
• ESTÁGIOS: 
 
• ESTÁGIO DE REPOUSO 
 
• É o potencial de repouso da 
membrana, antes do ínicio do 
potencial de ação;• A membrana está polarizada, por 
seu potencial de membrana é de – 
90 milivolts; 
 
BIOELETROGÊNESE 
• POTENCIAL DE AÇÃO DOS 
NERVOS: 
 
• ESTÁGIOS: 
 
• ESTÁGIO DE DESPOLARIZAÇÃO 
 
• A membrana fica muito permeável 
aos íons sódio, permitindo que 
grande número de íons sódio, 
positivamente carregados, se 
difunda para o interior do axônio; 
 
• O estado de polarização de – 90 
milivolts é neutralizado pela entrada 
de íons sódio com carga positiva; 
 
• Com o potencial de ação aumentando, 
rapidamente para um valor positivo ( 
até + 35 milivolts); 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• POTENCIAL DE AÇÃO DOS 
NERVOS: 
 
• ESTÁGIOS: 
 
• ESTÁGIO DE REPOLARIZAÇÃO 
 
• Alguns décimos de milésimos de 
segundo após a membrana ter ficado 
muito permeável aos íons sódio, os 
canais de sódio começam a se fechar e 
os canais de potássio abrem mais do 
que o normal; 
 
• A rápida difusão dos íons potássio para 
o exterior restabelece o potencial de 
repouso negativo da membrana; 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• INÍCIO DO POTENCIAL DE AÇÃO: 
 
• CIRCULO VICIOSO DE FEEDBACK POSITIVO: 
 
 
• Deve ocorrer qualquer evento que provoque o aumento inicial do 
potencial de membrana de – 90 milivolts para o nível zero, causando a 
abertura dos canais de sódio, permitindo a entrada rápida de íons sódio, 
resultando em maior aumento do potencial de membrana e 
consequentemente abrindo mais canais e permitindo fluxo mais intenso 
de íons sódio para o interior da fibra; 
 
• Limiar de estimulação: - 65 milivots; 
 
• Esse processo continua até que todos os canais de sódio regulados pela 
voltagem sejam abertos; 
 
• Em outra fração de milissegundos, o aumento do potencial de membrana 
causa o fechamento dos canais de sódio e a abertura dos canais de 
potássio, e o potencial de ação termina; 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL 
DE AÇÃO: 
 
• Um potencial de ação provocado em 
qualquer parte de uma membrana 
excitável excita as porções 
adjacentes da membrana, resultando 
na propagação do potencial de ação 
por toda a membrana; 
 
• Impulso nervoso ou muscular: 
 
• Transmissão do processo de 
despolarização por uma fibra nervosa 
ou muscular; 
 
• O potencial de ação trafega em 
todas as direções para longe do 
estímulo, até que toda a membrana 
tenha sido despolarizada; 
 
• Princípio do tudo ou nada 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• RESTABELECIMENTO DOS GRADIENTES IÔNICOS DO 
SÓDIO E DO POTÁSSIO APÓS O TÉRMINO DO 
POTENCIAL DE AÇÃO – A IMPORTÂNCIA DO 
METABOLISMO ENERGÉTICO: 
 
• É realizado pela Bomba de sódio-potássio; 
 
• Os íons sódio que difundiram para o interior da célula 
durante o potencial de ação e os íons potássio que 
difundiram para o exterior devem retornar aos seus 
estados originais pela bomba de sódio-potássio; 
 
• Requer energia para o seu funcionamento; 
 
• A energia do ATP é usada para recarregar a fibra 
nervosa; 
 
 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• PLATÔ: 
 
• Quando a membrana estimulada não se repolariza imediatamente 
após a despolarização; 
 
• Permanece em um platô perto do pico do potencial em ponta, por 
vários milissegundos, e somente então é que inicia repolarização; 
 
• Ocorre nas fibras do coração (0,2 a 0,3 segundo); 
 
• Causas do platô: 
 
• Dois tipos de canais participam do processo de despolarização: 
os canais rápidos (sódio) e os canais lentos (cálcio-sódio); 
 
• Os canais de potássio só abrem de forma completa depois do 
término do platô, retardando o retorno do potencial de 
membrana ao repouso; 
 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• RITMICIDADE DE ALGUNS TECIDOS EXCITÁVEIS- 
DESCARGA REPETITIVA: 
 
• Ocorre nas fibras do coração e na maior parte dos músculos lisos 
e em muitos neurônios do SNC; 
 
• Causam: 
 
• Batimento rítmico do coração; 
• Peristaltismo dos intestinos; 
• Alguns eventos neuronais como o controle rítmico da respiração; 
 
• Quase todos os tecidos excitáveis podem descarregar 
repetitivamente se o limiar de excitabilidade for 
suficientemente reduzido; 
 
• Pode ser causado por uma diminuição brusca do cálcio. 
 
 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• RITMICIDADE DE ALGUNS TECIDOS EXCITÁVEIS- DESCARGA 
REPETITIVA: 
 
• MECANISMO DE EXCITAÇÃO AUTO-INDUZIDA: 
 
• O potencial de repouso da membrana no centro de controle do ritmo 
cardíaco é de somente -60 a -70 milivolts; 
• Essa voltagem não é suficiente negativa para manter os canais de sódio 
e cálcio totalmente fechados; 
• Alguns íons sódio e cálcio fluem para dentro, aumentando a voltagem da 
membrana em direção positiva, o que aumenta ainda mais a 
permeabilidade; 
• Ainda mais íons fluem para dentro, a permeabilidade aumenta mais e 
mais, até que o potencial de ação seja gerado; 
• Ao final do potencial de ação, a membrana despolariza; 
• Após outro retardo de alguns milissegundos, a excitabilidade espontânea 
causa nova despolarização; 
• Novo potencial de ação ocorre espontaneamente; 
• Perto do término de cada potencial de ação, a membrana se torna 
permeável aos íons potássio que transfere cargas positivas para fora 
quando sai pela membrana, deixando o interior da membrana muito 
negativo (hiperpolarização); 
• Este estado desaparece gradativamente e outro potencial de ação inicia. 
 
 
 
 
 
BIOELETROGÊNESE 
• CARACTERÍSTICAS ESPECIAIS DA TRANSMISSÃO DOS 
SINAIS NOS TRONCOS NERVOSOS: 
 
• MIELINA: Camadas concêntricas de membrana fosfolipídica que 
envolvem parte do axônio de um nervo; 
 
• Produzida pelas células de Schwann; 
 
• Excelente isolante elétrico, reduzindo o fluxo iônico através da 
membrana em cerca de 5.000 vezes; 
 
• FIBRAS NERVOSAS MIELINIZADAS: fibras mais calibrosas; 
 
 
• FIBRAS NERVOSAS AMIELINIZADAS: Fibras mais delgadas; 
BIOELETROGÊNESE 
• CARACTERÍSTICAS ESPECIAIS DA 
TRANSMISSÃO DOS SINAIS NOS 
TRONCOS NERVOSOS: 
 
• FIBRAS NERVOSAS MIELINIZADAS: 
 
• Axônio: parte central da fibra; 
 
• Membrana do axônio: conduz o potencial de 
ação; 
 
• Axoplasma:líquido intracelular viscoso; 
 
• Bainha de mielina: envolve o axônio; 
 
• Nodo de Ranvier: área não isolada, por os 
íons podem passar facilmente através da 
membrana do axônio, do líquido extracelular 
par o intracelular, dentro do axônio; 
 
BIOELETROGÊNESE 
• CARACTERÍSTICAS ESPECIAIS DA 
TRANSMISSÃO DOS SINAIS NOS 
TRONCOS NERVOSOS: 
 
• CONDUÇÃO SALTATÓRIA DE NODO A 
NODO NAS FIBRAS MIELINIZADAS: 
 
• Mesmo que nenhum íon possa fluir 
através das bainhas de mielina das 
fibras; 
• Passam com facilidade através dos nodos 
de Ranvier; 
• Os potenciais de ação só ocorrem nos 
nodos de Ranvier; 
• Os impulsos nervosos saltam ao longo da 
fibra nervosa, de nodo para nodo; 
• IMPORTÂNCIA: 
 
• Aumenta a velocidade de transmissão 
nervosa em cinco a 50 vezes; 
• Conserva energia do axônio;