BF - Aula 4 - Bioeletricidade

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Biofísica 
Conceitos Básicos 
• Solubilidade de substâncias 
• Propriedades da água 
• Camadas de solvatação 
• Princípios termodinâmicos 
 
Solubilidade de substâncias 
• Hidrofílicas 
 - afinidade com a água 
 - solubilizam em água 
 - glicose, aminoácidos, íons 
• Hidrofóbicas 
 - “fobia” de água 
 - não solubilizam em água 
 - colesterol, ácidos graxos, gases 
• Anfifílicas 
 - parte hidrofílica e parte hidrofóbica 
 - interagem parcialmente com a água 
 - fosfolipídeos, sais biliares, detergentes 
 
Propriedades da água 
• Moléculas polares 
 - H: pólo eletropositivo 
 - O: pólo eletronegativo 
 
• Interações intermoleculares 
 - pontes de hidrogênio 
 - ligações fracas (não covalentes) 
 - mantêm as moléculas próximas 
 - ligações entre H e outros átomos negativos 
 
• Quanto maior a T 
 - maior a instabilidade das ligações 
 - ex.: gelo x água fervente 
- H2O sempre acompanha movimento de íons 
- Explica a osmose 
 
Camada de solvatação 
 Camada de água que “recobre” determinada molécula 
 - interação entre água e outras moléculas 
 
2 
Princípios termodinâmicos 
• Entropia: grau de desorganização 
 - devido movimentos aleatórios das moléculas 
 (movimentos brownianos) 
 - tende à distribuição uniforme e espontânea das moléculas 
 
• Leis 
 - 1ª. Lei: "Nada se cria, nada se perde. Tudo se transforma” 
 (a energia total sempre permanece a mesma) 
 
 - 2ª. Lei: A energia sempre flui para regiões com menos energia 
 (a entropia sempre tende a aumentar) 
 
 - 3ª. Lei: A entropia não muda somente no zero absoluto (-273°C) 
Entropia 
1ª. Lei 
Gasolina = energia química 
 
 
 
Movimento = energia cinética + 
 calor 
 
Moléculas páram de se movimentar 
(não há movimentos brownianos) 
Entropia não muda 
 
3 
BIOELETRICIDADE 
 
Bioeletriciade 
 Propriedades elétricas das células 
- Diferença de potencial (d.d.p.) 
- Potencial de membrana 
 
 d.d.p. 
 - principais íons envolvidos 
 - geradores de d.d.p. 
CARACTERÍSTICAS GERAIS 
 Corrente elétrica (tomadas) 
 - fluxo de elétrons (pólo  para pólo ) 
 - condutores: metais 
 - d.d.p. = 110 -220 V 
 
 Corrente iônica 
 - fluxo de íons 
 - soluções eletrolíticas/iônicas 
 - d.d.p.: varia de -5 a -100 mV 
 
 Íons 
 - moléculas com cargas 
 - cátions: cargas  
 - ânions: cargas  
 
FORÇAS QUE ATUAM NO MOVIMENTO DE ÍONS 
 Força de difusão 
 - mais [ ] para o menos [ ] 
 
 Força elétrica 
 - atração ou repulsão 
 - cargas opostas se atraem 
 - cargas semelhantes se repelem 
QUE FORÇA ATUA NESSE SISTEMA? 
FORÇA DIFUSIVA 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
QUE FORÇA ATUA NESSE SISTEMA? 
FORÇA ELÉTRICA 
ATRATIVA 
4 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
QUE FORÇA ATUA NESSE SISTEMA? 
FORÇA ELÉTRICA 
REPULSIVA 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
QUE FORÇAS ATUAM NESSE SISTEMA? 
FORÇA DIFUSIVA 
FORÇA ELÉTRICA 
ATRATIVA 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
QUE FORÇAS ATUAM NESSE SISTEMA? 
FORÇA DIFUSIVA 
FORÇA ELÉTRICA 
REPULSIVA 
22 
Na+ 
Na+ K+ Cl- 
K+ Cl- 
Membrana 
plasmática 
Meio extracelular 
Meio intracelular 
Proteínas Θ 
Nucleotídeos Θ 
Fostatos Θ 
Ca++ 
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
-70 mV 
(145 mM) 
(15 mM) 
(2 mM) 
(120 mM) 
(150 mM) 
(5 mM) 
(5 mM) Ca
++ 
(10-7 mM) 
O que aconteceria se os canais de Na+ e K+ ficassem sempre abertos? 
Ponto de equilíbrio: 
K+ = -94 mV 
Na+ = +61 mV 
5 
Potencial de membrana 
 Potencial de repouso 
- d.d.p. de repouso: de -5 a -100 mV 
- Quando a célula não recebe estímulos 
 
 Potencial local 
 - d.d.p.: varia pouco 
 - quando a célula recebe estímulos sublimiares 
 - estímulos: <11 mV 
 
 Potencial de ação 
 - d.d.p.: há inversão (fica positivo) 
 - quando a célula recebe estímulos limiares ou maiores 
 - estímulos limiares ou maiores: >11-20 mV 
w Potencial de repouso: é a diferença entre cargas elétricas 
dentro e fora da célula, separadas pela membrana 
plasmática 
Principais:  [K+] no meio intracelular 
  [Na+] e [Cl-] no meio extracelular 
 
Outros:  proteínas, fosfatos, nucleotídeos na célula =  
 cargas Θ na célula 
  [Ca++] extracelular = cargas  no meio extracelular 
 
Potential de membrana de repouso 
w Todas as células em repouso possuem um potencial de 
membrana de repouso: -5 a -100 mV (interior negativo) 
w Em neurônios, potencial de repouso é de -40 a -75 mV 
Potential de membrana de repouso 
Na+ 
Na+ K+ Cl- 
K+ Cl- 
Membrana 
plasmática 
Meio extracelular 
Meio intracelular 
Proteínas Θ 
Nucleotídeos Θ 
Fostatos Θ 
Ca++ 
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
70 mV 
(145 mM) 
(15 mM) 
(2 mM) 
(120 mM) 
(150 mM) 
(5 mM) 
(5 mM) Ca
++ 
(10-7 mM) 
wPermeabilidade do K+ >> Na+ 
 canais de K+ abertos  fora da célula 
 célula fica mais negativa 
Potential de membrana de repouso 
wBomba K+-Na+/ATPase 
 (dentro) 2 K+  3 Na+ (fora) 
 célula fica mais negativa 
Fatores que mantêm o potencial de repouso negativo: 
Potential de membrana de repouso 
3 Na+ 
2 K+ 
ATP ADP + Pi 
Bomba Na+-K+ ATPase 
Potential de membrana de repouso 
Resultado: interior negativo em 
 relação ao exterior 
2) Bomba Na+-K+ ATPase 
1) Vazamento de K+>>Na+ 
Membrana 
plasmática 
Membrana 
plasmática 
Citoplasma 
(meio 
Intracelular) 
6 
31 
EVENTOS ELÉTRICOS NA CÉLULA NERVOSA 
 
POTENCIAL DE REPOUSO 
 
 
POTENCIAL LOCAL 
Estímulos sublimiares (<11 mV) 
 
Perda rápida da intensidade com a distância 
 
Não se propaga (local) 
 
Funções: SNC 
 
POTENCIAL DE AÇÃO 
Processo rápido: milésimos a décimos de segundo 
 
Propaga-se ao longo de toda célula 
 
Lei do tudo ou nada: gerado somente por estímulos 
limiares ou supralimiares 
 
Constante e rápido 
Potencial de repouso: –70 mV 
Hiperpolarização: –70 mV  -90 mV 
Potencial de ação 
Potencial de repouso: -90 mV  -70 mV 
Despolarização: –70 mV  +30 mV 
 
Repolarização: +30 mV  -70 mV 
Mudanças no potencial de membrana (neurônio) 
35 
EVENTOS ELÉTRICOS NA CÉLULA NERVOSA 
 
POTENCIAL DE AÇÃO 
http://www.clubedoaudio.com.br/fis3.ht
ml 
DESPOLARIZAÇÃO 
 
REPOLARIZAÇÃO 
 
HIPERPOLARIZAÇÃO 
Potencial de ação 
Mantém funcionalidade celular (excitabilidade, 
comunicação, secreção, contração…) 
 
Estímulos limiares ou supralimiares 
 
 Inversão da d.d.p. (-70 m V + 30 mV) 
 
Propagação ao longo da célula 
Resposta celular a um estímulo 
Corrente elétrica que viaja ao longo da célula 
Resulta em uma resposta 
7 
O que aconteceria se os canais de Na+ e K+ ficassem sempre abertos? 
Ponto de equilíbrio: 
K+ = -94 mV 
Na+ = +61 mV 
Eventos do potencial de ação 
gráfico 
Eventos de um potencial de ação 
 
 Permeabilidade ao Na+: 
Despolarização rápida 
Propagação do potencial de ação Repolarização 
Potencial de repouso 
Estímulo 
40 
 geocities.yahoo.com.br/jcc5001pt/museuelectrofisiologia.htm#impulsos
EVENTOS ELÉTRICOS NA CÉLULA NERVOSA 
PROPAGAÇÃO DO IMPULSO 
1. Potencial de repouso 
2.Desporalização e geração do potencial de ação (entrada 
de sódio) 
3. Propagação do potencial de ação 
4. Repolarização (saída de potássio) 
5. Retorno ao estado de repouso com a ajuda da bomba 
sódio-potássio ATPase 
Eventos de um potencial de ação 
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BAINHA DE MIELINA 
SNC SNP 
Imagem: AMABIS, José Mariano; MARTHO, Gilberto Rodrigues. 
Conceitos de Biologia. São Paulo, Ed. Moderna, 2001. vol. 2. 
Velocidade de propagação de um potencial de ação 
Fibra não mielinizada Fibra mielinizada 
Esclerose múltipla: destruição da bainha de mielina 
 Causa desconhecida (genética e/ou ambiental) 
 Problemas motores e sensitivos (lentidão, fraqueza, desiquilíbrio...) 
Condução saltatória 
(entre os nódulos de Ranvier) 
Condução contínua 
(ponto a ponto) 
Presença de mielina 
w Fibras mielinizadas: condução saltatória (rápida) 
w Fibras não mielinizadas: condução ponto a ponto (lenta) 
 ► 10 x mais lento 
Velocidade de propagação de um potencial de ação 
Diâmetro das fibras 
w  diâmetro da fibra:  rápida 
  resistência à corrente elétrica