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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; 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 maisdo 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;
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