BIOELETROGÊNESE E POTENCIAL DE REPOUSO. Malagoli B., 2006

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Enciclopédia Biosfera, N.02, 2006 ISSN 1809-0583 
 
BIOELETROGÊNESE E POTENCIAL DE REPOUSO: a 
importância vital dos fenômenos elétricos nas células 
 
Bruna Gomes MALAGOLI, Iara RINCO-SILVA, Áquila SERBATE-BORGES 
Faculdade de Farmácia - UFMG 
bruna_bgm@yahoo.com.br 
 
EIXO TEMÁTICO: Saúde 
 
Abstract 
 
Most of the animal cells have a difference of potential related to their 
membrane, being the interior of the cell in rest negatively carried and the outside 
positively carried. This difference of potential is called rest potential. The Donnan 
balance allows a better understanding of this difference of potential that is present on 
the resting cells, even if the biological systems do not follow it perfectly. To calculate 
the difference of electrical potential (what is the same but in opposite directions) it is 
used the Nernst equation. 
The understanding of the rest potential of the cells is indispensable to learn 
how our body works, since the biological process, especially those related to the 
nervous system, come from variations of this potential. 
 
Keywords: cells; rest potential; Donnan balance. 
 
Resumo 
 
A maioria das células animais possui uma diferença de potencial 
associada a sua membrana, sendo o interior da célula em repouso carregado 
negativamente e o exterior positivamente. Essa diferença de potencial é denominada 
potencial de repouso. O equilíbrio de Donnan permite um melhor entendimento 
dessa diferença de potencial existente em células em repouso, mesmo que os meios 
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biológicos não o sigam perfeitamente. Para calcular a diferença de potencial elétrico 
(que é igual e contrária à força da concentração) é utilizada a equação de Nernst. 
O entendimento do potencial de repouso das células é fundamental para 
a compreensão do funcionamento de todo o nosso organismo, já que os processos 
biológicos, principalmente aqueles regidos pelo sistema nervoso, advém da 
modificação desse potencial. 
 
Palavras-chaves: células; potencial de repouso; equilíbrio de Donnan. 
 
Introdução 
 
As células estão separadas do ambiente por uma estrutura fundamental, 
a membrana plasmática. A membrana faz mais do que separar o conteúdo celular do 
meio circundante; ela é atravessada por canais e bombas altamente seletivos, 
formados por moléculas protéicas, que permitem a entrada e saída de substâncias 
específicas na célula. Esse fluxo iônico através das membranas é a base da 
comunicação intercelular, de extrema importância nos processos fisiológicos. 
A maioria das células animais apresenta diferença de potencial elétrico 
(voltagem), através de suas membranas plasmáticas. O citoplasma costuma ser 
eletricamente negativo em relação ao líquido extracelular. A diferença de potencial 
elétrico, através da membrana plasmática de células em repouso, é denominada 
potencial de repouso da membrana. 
O potencial de repouso da membrana desempenha papel central na 
excitabilidade das células nervosas e musculares, bem como em algumas outras 
respostas celulares, já que a modificação desse potencial (os chamados potenciais 
de ação) resulta em diversas alterações nas células vivas. 
Para que haja troca de moléculas e íons entre a célula e seu meio 
ambiente, a membrana plasmática possui proteínas transportadoras. Um desses 
recursos é a bomba de sódio e potássio. 
A bomba é conhecida como a Na+ – K+ ATPase. Assim, ela mantém a 
concentração de Na+ no citosol cerca de 10-30 vezes menor do que no líquido 
extracelular e a concentração de K+ cerca de 10-30 vezes maior. Essa bomba 
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transportadora de íons é fundamental para a sobrevivência dos seres vivos, sendo 
que seu não funcionamento pode levar à morte. 
 
 
Objetivo 
 
Apresentar o tema Bioeletrogênese e Potencial de Repouso de forma 
dinâmica e ilustrativa, ressaltando a importância desses mecanismos para o correto 
funcionamento dos organismos vivos. 
 
Desenvolvimento 
 
A diferença de potencial elétrico, através da membrana plasmática da 
célula em repouso, é denominada potencial de repouso da membrana. 
Para que se compreenda o potencial de repouso de uma membrana é 
necessário entender o Equilíbrio de Donnan, apesar dos modelos biológicos não o 
seguirem completamente. 
As células têm uma composição interna muito diferente daquela do meio 
extracelular (Tabela 1). Uma das diferenças mais importantes é que no citoplasma 
há moléculas protéicas de grande peso molecular dotadas de carga negativa. Essas 
moléculas são impermeantes através da membrana e afetam a distribuição de íons e 
de cargas através dela (Fig.1). 
 
 
Adaptado de SCHAUF (1993). 
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Fig.1- Panorama da composição elétrica dos meios intra e extracelular 
(http://www.unb.br/ib/cfs/aulascg/potrepouso.ppt). 
 
Assim, a presença de cargas negativas, presas no citoplasma, cria uma 
assimetria de concentrações de íons e uma diferença de potencial através da 
membrana (Fig.2). Dessa forma haverá uma redistribuição iônica, que recebe o 
nome de fenômeno de Donnan, gerando o Equilíbrio de Donnan. 
 
 
Fig.2 – Desenvolvimento do equilíbrio 
eletroquímico em sistema onde a 
membrana só é permeável ao íon positivo 
(Na+). 
 
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O Equilíbrio de Donnan segue as seguintes condições: 
a)- distribuição assimétrica de íons; 
b)- diferença de potencial transmembrana; 
c)- polaridade da membrana é igual à carga da macromolécula 
impermeante; 
d)- permeabilidade a todos os íons difusíveis é a mesma. 
Os itens c) e d) não se aplicam a processos biológicos, pois a 
permeabilidade das membranas celulares varia de acordo com a substância (PCl-
>PK+>> PNa+) e há ainda diferenças entre o gradiente osmótico e o elétrico nas 
células. 
A força resultante que impulsiona um soluto carregado através da 
membrana, chamada gradiente eletroquímico, é uma composição de duas forças: o 
gradiente de concentração e a voltagem através da membrana. O gradiente de 
concentração estabelece o fluxo do meio mais para o menos concentrado. Além 
disso, a maioria das membranas celulares possui uma diferença de potencial elétrico 
em cada lado, a qual dá-se o nome de potencial de membrana, que exerce uma 
força em qualquer molécula portadora de carga elétrica. O lado citoplasmático da 
membrana apresenta um potencial negativo e tende a puxar os solutos 
positivamente carregados para o interior da célula e impelir os negativos para fora, 
evidenciando o gradiente de voltagem. 
Para alguns íons, como o Na+, os gradientes de concentração e voltagem 
atuam na mesma direção criando um gradiente eletroquímico relativamente alto. O 
Na+ é o íon positivamente carregado mais abundante fora da célula, logo, tende a 
entrar nas células se tiver oportunidade. Já no íon K+ os gradientes de concentração 
e de voltagem possuem efeitos opostos e o gradiente eletroquímico é pequeno. O 
K+ é um íon positivamente carregado que está presente em muito maior 
concentração dentro das células do que fora (Fig.3). Então, por causa do efeito 
oposto, esse íon possui pouco movimento resultante através da membrana. 
 
 
 
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Fig.3 – Esquema de uma célula mostrando os gradientes osmótico e elétrico para Na+, Cl- e K+ 
 
A célula tem que dispor de sistemas que mantenham em equilíbrio essas 
quantidades, tendo, como princípio elementar de funcionamento, as relações das 
concentrações de íons e proteínas entre os meios extra e intracelular. As 
concentrações são mantidas graças às trocas iônicas e protéicas estabelecidas 
entre os meios internos e externos à célula, de tal modo quese mantenham as 
concentrações ideais de cada íon e proteína em cada meio. Essas diferenças entre 
gradiente osmótico e elétrico fazem com que, nas células, Na+ e K+ não estejam em 
equilíbrio eletroquímico, existindo então as bombas de sódio e potássio. 
A bomba de Na+ e K+ é uma das estruturas pertencentes ao sistema de 
regulagem hidroeletrolítica da célula, sendo responsável, como o próprio nome diz, 
pela manutenção das concentrações iônicas do sódio e do potássio. 
A bomba localiza-se na membrana plasmática e depende de ATP para o 
transporte desses íons, principalmente do potássio, cujo trajeto vai contra um 
gradiente osmótico (o potássio é transferido do meio extracelular, onde é encontrado 
em pouca quantidade, para o interior da célula, que possui cerca de 30x mais 
potássio que o meio externo). Qualquer alteração nesses dois sistemas - ATP e 
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membrana - pode comprometer o funcionamento dessa bomba, ocasionando graves 
complicações para o funcionamento vital do organismo. Os íons (sódio e potássio) 
não são transportados com a mesma velocidade: a Bomba de Sódio e Potássio 
transporta mais rapidamente íons Sódio (de dentro para fora) do que íons Potássio 
(de fora para dentro). 
Para cada três íons sódio transportados (para fora), dois íons potássio 
são transportados em sentido inverso (para dentro) (Fig.4). 
 
 
Fig.4 – Bomba de Na+ e K+ (SCHAUF, 1993). 
 
A atuação da bomba de Na+ e K+, juntamente com o potencial de 
repouso das células, são fundamentais para o funcionamento das células nervosas e 
musculares, dentre outras (Fig.5 e Gráfico 1). É a partir do fluxo iônico que os 
neurônios se comunicam, regulando todos os processos biológicos que ocorrem em 
nossos organismos. Além disso, a contração muscular também é dependente do 
correto funcionamento desses mecanismos. 
 
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Fig.5 – Potencial de repouso de um axônio (http://www.clubedoclaudio.com.br/fis3html). 
 
 
 
Gráfico 1 – Variação do potencial de 
membrana (mV) com o tempo (msec). 
(http://www.clubedoclaudio.com.br/fis3html) 
 
A Equação de Nernst é utilizada para o cálculo da diferença de potencial 
elétrico necessária para a produção de força elétrica que é igual e contrária à força 
da concentração. 
 
EA – EB = RT . ln CB Equação de Nernst 
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 ZF CA 
 
Conclusão 
 
O potencial de repouso tem grande importância para a vida dos animais, 
dentre eles o homem. A diferença de potencial existente na membrana celular 
desempenha papel central na excitabilidade das células nervosas e musculares, 
controlando a sinalização que o sistema nervoso exerce sobre os outros sistemas e 
a contração muscular. Além disso, outras respostas celulares, essenciais à 
sobrevivência, são extremamente dependentes dessa diferença de potencial. É 
importante considerar a existência da bomba de Na+ e K+, responsável por manter 
as concentrações desses íons ideais para o funcionamento celular. 
Por fim, deve-se ressaltar que o completo conhecimento da 
bioeletrogênese e do funcionamento das trocas iônicas, que geram o potencial de 
repouso, é a base para a compreensão de problemas nesses processos, que 
resultam em disfunções prejudiciais aos organismos vivos, como a epilepsia. 
 
Referências Bibliográficas 
 
ALBERTS, Bruce. Biologia molecular da célula. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 
2004. 
 
SCHAUF, Charles. Fisiologia Humana. Rio de Janeiro: Guanabara 
Koogan, 1993. 
 
Sites acessados no período de 18/08/05 a 21/08/05 
http://www.medonline.com.br/ 
http://www.clubedoaudio.com.br 
http://www.geocities.com/~malaghini/potencial1.html 
http://www.clubedoclaudio.com.br/fis3html 
http://www.unb.br/ib/cfs/aulascg/potrepouso.ppt