Excitação e condução Nervosa antigo

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Excitação e condução Nervosa 
- Sinapses-
Letícia Oliveira Simões
Bom dia, hoje vamos falar sobre excitação e condução nervosa, assim como sinapse. Então para entendermos como ocorre a excitação, é necessário inicialmente compreendermos as propriedades das células neurais em situação de repouso.
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Componentes celulares do sistema nervoso
Neurônio
Unidade funcional do SN Circuitos neurais
Atividade neural sequencia de potencial de ação
Corpo celular/ Soma
Transporte axônico
Neuróglia
Células de suporte
SNC
SNP
Astrócitos
Células mais numerosas no encéfalo;
Determina tamanho do neurônio;
Regulação do conteúdo químico do meio extracelular;
Removem neurotransmissores da fenda sináptica;
Regulam substancias como K+;
Entram em contato com capilares sanguíneos;
Oligodentrócitos/ Céls. De Schwann
Bainha de mielina
Acelerar a propagação de impulsos nervosos ao longo do axônio.
	Potencial de repouso e
 potencial de ação
Difusão
A favor do gradiente 
Potencial químico
Íons não atravessam a membrana mas passam através de canais iônicos.
Eletricidade
Potencial elétrico ou voltagem: diferenças de cargas.
Condutância (g): capacidade de movimentação.
Corrente (I): movimento de cargas elétricas.
Potencial de membrana
O potencial de membrana é a voltagem através da membrana neuronal, sendo representada pelo símbolo Vm.
Célula no repouso
Potencial de repouso da membrana
Força de Difusão
Força elétrica
Potencial de equilíbrio
O potencial de membrana pode ser medido através de um microeletrodo inserido no citosol da célula neuronal. Esse método revela que a carga elétrica não está uniformemente distribuída através da membrana neuronal. Sendo que o interior do neurônio é eletricamente negativo em relação ao exterior e será sempre mantida qd o neurônio estiver em repouso. O potencial de repouso de um neurônio é cerca de -65mV. Para entendermos o potencial de membrana negativo, examinaremos os íons que estão disponíveis e como eles estão distribuídos dentro e fora do neuronio.
Considerem um célula hipotética onde dentro da célula teríamos uma solução concentrada de sal de potássio, onde K é o potássio e o M é ânion. No lado externo pensem numa solução muito mais diluída e uma membrana semi-permeável. Se essa membrana não possuir canais protéicos seletivos aos potássio, não haverá movimento desse íon, mas considerando a presença desses canais, podemos imaginar a existência de uma força de difusão do potássio devido ao grande gradiente de concentração, mas não ao anion. Como o anion seria deixado para trás o interior da célula começaria a adquirir uma carga elétrica negativa, formando um potencial elétrico, diminuindo a velocidade do efluxo de potássio, até chegar num ponto que essa força elétrica se igualaria a força de difusão, atingindo um estado de equilíbrio
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Célula no repouso
Potencial de repouso da membrana
Força de Difusão
Força elétrica
Porém nem tudo são flores. E na prática o potássio não é encontrado sozinho. Então vamos adicionar o sódio no cenário. Lembrando rapidamente, ~sua força de difusão é em direção ao lado interno da célula, uma vez que a gente já sabe que existe uma maior concentração de sódio no lado externo da célula ( ai a gente lembra aquele trocadilho sem graça da escola “a concentração é maior k do que Na”), formando então um gradiente de concentração. Além disso, o sódio é um íon positivo e terá atração pelo interior da célula também pois lá dentra há anios. Ou seja, ambas as força irão se direcionar para o interior da célula. Ai nos questionamos: como é que o íon sódio não passa de vez pra o meio interno e equilíbria toda essa situação? É simples, a permeabilidade ao íon sódio é muito baixa no repouso, e o que ocorre é um pequeno vazamento de sódio, e que vai pertubar o equilíbrio estático do potássio, diminuindo a força elétrica e aumentando assim a força de difusão ao potássio. Tendo assim também um pequeno vazamento de potássio pela membrana.
E então, como se estabelece o equilíbrio, como vamos manter as diferenças de concentrações desses íons? Através da bomba de sódio e potássio.
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Como surgem esses gradientes de concentração?
Estima-se que a bomba sódio-potássio gaste até 70% da quantidade total de ATP utilizado pelo encéfalo.
A bomba de sódio e potássio, ou a sódio e potássio ATPase transportam esses íons contra o gradiente de concentração, colocando 3 íons sódio pra fora e dois íons potássio para dentro utilizando a energia armazenada nos ATPs. De fato estima-se que a bomba sódio-potássio gaste até 70% da quantidade total de ATP utilizado pelo encéfalo.
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 EQUAÇÃO DE NERNST
Se a diferença de concentração para um íon através da membrana é conhecida, o potencial de equilíbrio para esse íon pode ser calculado.
Eíon= 2,303 RT log [X+]A
[X+]B
BERNE, 2009
Potencial de repouso da membrana
 zF
O potencial de equilíbrio de um íon pode ser calculado aplicando a equação de Nernst. Assim podemos falar de potencial de equilíbrio do potássio, do sódio, do cloreto etc. Sabendo-se a carga elétrica de um íon e sua diferença de concentração através da membrana, podemos facilmente deduzir se o interior celular seria positivo ou negativo no equilíbrio.
Nessa equação temos que o potencial de equilíbrio de m íon é dado pela fórmula onde R e F são constantes, T é temperatura, z a carga do íons e x a concentração no lado externo e no lado interno.
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Potencial de membrana gerado apenas por um íon
[K+]i = 150 mM
[K+]e = 5 mM
Ek = -90 mV
 EQUAÇÃO DE NERNST
Origem do Potencial de Repouso
[Na+]i = 15 mM
[Na+]e = 150 mM
ENa = +60 mV
Potencial de membrana que impede difusão adicional desse íon em qualquer direção através da membrana
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Potencial de Repouso
 A contribuição de cada íon depende da razão das concentrações e da permeabilidade relativa de cada íon
Equação de Goldman-Hodgkin-Katz
Situação Real: Membrana permeável a vários íons
R = constante dos gases
T = temperatura em K
F = constante de Faraday
Contudo a membrana celular não é permeável unicamente a um íon isoladamente. E como poderíamos incluir esse detalhe em nosso raciocínio?
O potencial de repouso da membrana pode ser calculado usando-se a equação de Goldman, uma fórmula matemática que leva em consideração a permeabilidade relativa da membrana aos diferentes íons
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Potencial de ação
Potencial de ação?
Qual a função do potencial de ação?
Bom, então como já vimos o potencial de repouso vamos entender agora o potencial de ação. Então para entender suas propriedades vamos definir potencial de ação. O que é potencial de ação?
O potencial de ação leva a informação ao longo d sistema nervoso
Neuronio em repouso
O potencial de ação é a inversão rápida dessa situação
O potencial de ação gerado em uma célula são similares em tamanho e duração e não diminuem a medida que são conduzidos
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Propriedades do Potencial de ação
Partes de um potencial de ação
O potencial de membrana pode ser determinado inserindo-se um microeletrodo no citosol da célula e um voltímetro é utilizado para medir a diferença de potencial entre a ponta do microeletrodo e outro posicionado no lado externo da célula. Durante o potencial de ação, o potencial de membrana torna-se positivo muito rapidamente e um tipo especial de voltímetro é utilizado, chamado de osciloscópio. O osciloscópio registra a voltagem conforme ela se altera com o tempo, como demostrado nessa figura. Nessa imagem podemos identificar algumas regiões diferentes do potencial de ação como..
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Como ocorre a geração de um potencial de ação?
Geração de um potencial de ação
Resposta do tipo tudo-ou-nada
Então, como ocorre a geração de um potencial de ação? A percepção de uma dor aguda, quando uma tachicnha penetra seu pé, é causada pela geração de potenciais de ação em certas fibras nervosas da pele. Acredita-se que a membrana dessas fibras possua um tipo de canal de sódio ativado pela distensão do terminal nervoso.A cadeia de eventos é portanto, (1) a tachinha penetra na pele, 2 a membrana das fibras nervosas na pele é distendida e 3 canais permeáveis ao sódio são abertas. A entrada de sódio despolariza a membrana, isto é, a superfície citoplasmática da membrana torna-se menos negativa. Se essa despolarização chamada de potencial gerador, alcançar um nível crítico, a membrana gerará um potencial de ação.O nível crítico de despolarização que deve ser alcançado a fim de disparar um potencial de ação é chamado limiar. Potenciais de ação são causados pela despolarização da membrana além do limiar.
A despolarização também pode ser alcançada de outras formas. Nesse exemplo a entrada de sódio foi atraves de canais sensíves a distençao, enquanto outros podem ser ativados através da ativação por neurotransmissores por exemplo.
Distenção da membrana
Canais de sódio ativados por neurotrasmissores
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Propriedades do Potencial de ação
A frequência de disparos de potenciais de ação reflete a magnitude da corrente despolarizante.
Uma outra propriedade importante do potencial de ação é que a frequencia de disparo de potenciais de ação reflete a magnitude da corrente despolarizante, ou seja, se injetarmos por meio de um microeletrodo corrente suficiente apenas para despolarizar até o limiar, mas não muito além desse, veremos que a célula gera potencias de ação numa baixa frequencia. Se aumentarmos a corrente um pouco mais, contudo, veremos que a taxa de gerção de potenciais de ação aumenta sua frequencia de disparo. Essa é a forma pelas quais as intensidades do estímulo é codificado no sistema nervosoEmbora a frequencia de disparo aumente com a quantidade de corrente despolarizante, existe um limite para a taxa na qual o neuronio possa gerar potenciais de ação. A frequencia max de disparo é 1000 Hz: uma vez iniciado um potencial de ação, é impossível iniciar outro durnte cerca de 1ms. Esse período é chamado período refratário absoluto.
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Comecemos imaginando que a membrana seja permeável apenas ao K e que Vm= Ek. Estipulemos que os canas de sódio na membrana abram-se de forma que gNa>>gK. Haverá uma grande força impulsora sobre Na+, de forma que íons Na preciptam-se para dentri da célula, levando o Vm para perto de Ena. Agora fechemos os canais de sódio de forma que gK>>gna. Uma vez qye i potencial de membrana fica positivo, existirá uma grande força impulsora sobre os íons K. O efluxo de K levará Vm de volta em direção a Ek. O potencial de repouso será restaurado onde Vm=Ek.
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Canal de Sódio dependente de Voltagem
A proteína forma um poro na membrana que é altamente seletivo aos íons Na, sendo que o poro é aberto e fechado por alterações no potencial elétrico da membrana.
A moléculo possui quatro domínios distintos, numerados de I a IV. Cada domínio consiste em 6 segmentos de alfa-hélice transmembrana, numerodos de s1 a s6. Esses 4 domínios formam o poro. O poro fica fechado quando a membrana está em seu potencial de repouso negativo. Quando a membrana é despolarizada até o limiar, entretanto, a molécula sofre uma alteração conformacional para permitir a passagem de Na através do poro.
O canal possui algumas alças de seletividade para selecionar a passagem do íon sódio
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Canal de Sódio dependente de Voltagem
1. Abrem com pouco atraso (ativação rápida);
2. Eles permanecem abertos por cerca de 1 ms e, então, fecham-se (são inativados);
3. Eles não podem ser abertos novamente mediante despolarização até que o potencial de membrana retorne para um valor negativo próximo do limiar-período refratário.
Os canais de sódio dependentes de voltagem apresentam um padrão característico de comportamento
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Canal de Sódio dependente de Voltagem
Inúmeras propriedades do potencial de ação podem ser explicados pelas propriedades do canal de sódio dependente de voltagem. Por exemplo, o fato de que canais unitários não abrem até que um nível crítico de despolarização da membrana seja atingido explica o limiar do potencial de açaõ.
A abertura rápido dos canais em resposta a despolarizaão explica porque a fase ascendente do potencial de ação acorre tão rapidamente. E o curto período durante o qual os canais permanecem abertos antes de serem inativados (cerca de 1 ms) explica em parte porque o potencial de ação é tao breve.
Além disso, a inativação dos canais pode explicar o período refratário absoluto: outro potencial de ação não pode ser gerado até que canais sejam reengatilhados.
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Toxinas e canais de sódio
Tetrodotoxina (TTX)
Um cientista chamado Toshio , trabalhando numa universidade dos EUA, no início da década de 60 descobriu que uma toxina isolada dos ovários do baiacu poderia seletivamente bloquear o canal de sódio
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Toxinas e canais de sódio
A TTx obstrui o poro permeável ao sódio ao se ligar firmemente a um sítio específico no lado externo do canal. A TTx bloqueia todo o potencial de ação que é dependente do sódio e geralmente é fatal quando ingerida. Apesar disso o baiacu é considerado iguaria no japao
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Canais de Potássio dependente de voltagem
Não se abrem imediatamente após a despolarização;
“Retificador com retardo”
Atuam diminuindo qualquer despolarização adicional
Outros experimentos com fixação de voltagem indicaram que a fase descendente do potencial de ação só era parcialmente explicada pela inativação de condutância do sódio. Eles também descobriram um aumento transitório na condutância ao potássio, que acelerava a restauração do potencial de membrana negativo após o pico.
Diferente dos canais de sódio, os canais de potássio não abrem imediatamente após a despolarização: é necessário cerca de 1ms para que eles se abram. 
Devido a esse atraso, e uma vez que a condutancia ao potássio serve p recompor o potencial de membrana essa condutancia foi chamada de retificador com retardo.
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Juntando as peças...
1. Limiar é o potencial de membrana no qual um numero suficiente de canais de sódio dependentes de voltagem se abrem, de forma que a permeabilidade iônica relativa da membrana favoreça o sódio sobre o potássio.
2.Fase ascendente: quando os canais de sódio se abrem, os íons sódio precipitam-se para dentro da célula através de seus poros, causando a despolarização rápida da membrana.
3. Fase descendente: os canais de sódio dependentes de voltagem são inativados. Segundo, os canais de potássio dependentes de voltagem finalmente terminam de se abrir
4. Período refratário absoluto: os canais de sódio são inativados quando a membrana torna-se fortemente despolarizados. Esses canas não podem ser ativados novamente, e outro potencial de ação não pode ser gerado até que o potencial de membrana esteja suficientemente negativo para reengatilhar os canais.
Juntando as peças...
Chegamos ao ponto em que podemos usar o que aprendemos sobre íons e canais para explicar as propriedades dos potenciais de ação.
1. Limiar é o potencial de membrana no qual um numero suficiente de canais de sódio dependentes de voltagem se abrem, de forma que a permeabilidade iônica relativa da membrana favoreça o sódio sobre o potássio.
2.Fase ascendente: quando os canais de sódio se abrem, os íons sódio precipitam-se para dentro da célula através de seus poros, causando a despolarização rápida da membrana.
3. Fase descendente: os canais de sódio dependentes de voltagem são inativados. Segundo, os canais de potássio dependentes de voltagem finalmente terminam de se abrir
4. Pos hiperpolarização: os canais de potássio dependentes de voltagem que estão abertos aumentam ainda mais a permeabilidade ao potássio em relação ao que era quando a membrana estava em repouso. Uma vez que há pouca permeabilidade ao sódio, o potencial de membrana muda em direção ao Ek, causando uma hiperpolarização em relação ao potencial de membrana em repouso até que os canais de potássio dependentes de voltagem completem seu fechamento.
5. Período refratário absoluto: os canais de sodio são inativados quando a membrana torna-se fortemente despolarizados. Esses canas não podem ser ativados novamente, eoutro potencial de ação não pode ser gerado até que o potencial de membrana esteja suficientemente nrgativo para reengatilhar os canais.
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Condução do potencial de ação
Para transferir informação de um ponto a outro no sistema ervoso, é necessário que o potencial de ação, uma vez gerado, seja conduzido ao longo do axônio.
Quando o axôno está suficientemente despolarizado para atingir o limiar, canais de sódio abrem-se e o potencial de ação é iniciado. O influxo de carga positiva despolariza o segmento de membrana imediatamente a frente até que ele alcance o limiar e gere seu próprio potencial de ação. Dessa forma o potencial de ação faz seu caminho ao longo do axonio até alcancar o terminal axônico, assim iniciando a transmissão sináptica.
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	Transmissão sináptica
Para que uma informação que começou a ser transmitida ao longo de um axônio, através do potencial de ação ser processada pelo resto do sistema nervoso, é necessário que esses sinais sejam passados para outros neuronios, como por exemplo neuronios motores que controlam a contração muscular, bem como neuronios do encéfalo e na medula espinhal que coordenam a resposta reflexa. No fim do século 19 reconheceu-se que essa tranferencia de informação de um neuronio a outro ocorria em sítios especializados, chamados de sinapses. E o processo de transferencia de informação na sinapse é denominado transmissão sináptica.
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Tipos de sinapses
Sinapse Elétrica
b) Sinapse Química
De maneira geral, existem dois tipos de sinapses: as sinapses elétricas e as químicas. 
As sinapses elétricas são relativamente mas simples em estrutura e função.
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Presença de junções GAP ( junções abertas) – canais - conexons
Proximidade entre as células (± 3,5 nm distância)
Corrente elétrica
Bidirecional
Na+
Na+
Célula pré-sináptica
Célula pós-sináptica
Características da Sinapse Elétrica
A sinapse elétrica permite a transferencia direta da corrente ionica de uma célula para outra.
Ocorrem em sítios especializados denominados junções comunicantes ou junções GAP. Nessas junções as células são separadas por uma pequena distancia e essa junção estreita é atravessada por grupos de proteínas chamadas de conexinas. Seis conexinas reunidas formam o canal denominado conexon, e dois conexons, um em cada célula, combinam-se para formar a junção comunicante. Esse canal permite que íons passem diretamente do citoplasma de uma célula para o citoplasma da outra. 
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Conexons são formados por 6 subunidades de conexinas
Junção Gap
Sinapse elétrica
Características:
Transmissão Rápida;
Sem retardo sináptico.
Fluxo direto de corrente entre as células.
Condução em ambas as direções.
Presente onde a atividade dos neurônios precisam ser altamente sincronizadas.
A- componentes da sinapse
célula pré-sináptica
fenda sináptica
célula pós-sináptica
20- 40nm
Características da Sinapse Química
As membranas pré e pós sinápticas nas sinaoses químicas são separadas por uma fenda- a fenda sináptica. O lado pré-sinaptico é geralmente um terminal axonal. O terminal típico contém algumas vesículas sinápticas que são organelas delimitadas por membranas. Essas vesículas armazenam neurotransmissores, substancias químicas utilizados na comunicação Outros terminais contém vesículas maiores, chamados de grânulos secretores.
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Características da Sinapse Química
Axodendrítica (90%) – axônio - dendrito
Axossomática (10%) – axônio – soma ou corpo celular (pericário)
Axoaxônica – axônio-axônio
Neuromuscular
Neuroglandular
B – tipos de sinapse entre neurônios
No SNC, os vários tipos de sinapses podem ser diferenciados pela parte do neuronio que serve de contato pós-sinpatico ao terminal axonal. Se a membrana pós-sinaptica está localizada num dentrito, a sinapse é dita axodendrítica.....
Junções sinapticas também existem fora do SNC. Por exemplo, axonios do sistema neurovegetativo inervam glândulas, músculos lisos e o coração. Sinapses químicas também ocorrem entre axonios de neuronios motores da medula espinhal e o músculo esquelético. Tal sinapse é chamada junção neuromuscular
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Neurotransmissores
Chegada do
Impulso nervoso no terminal do neurônio 1
Geração de impulso nervoso no neurônio 2
Neurotransmissâo 
Liberação de neurotransmissores
Potencial excitatório pós-sináptico
EXCITATÓRIA
Potencial inibitório pós-sináptico
INIBITÓRIA
Receptores acoplados a proteína G
Podem ter ações pós-sinápticas mais lentas;
Mais duradouras;
Mais diversificadas.
Degradação de neurotransmissores
Recaptação para neurônio pré-sinaptico ou células da glia;
Degradação enzimática na fenda sináptica
Reciclagem de vesículas