Permeabilidade e Potencial de Membrana Celular

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BIOELETROGÊNESE
COMO DIFERENTES ÍONS E MOLÉCULAS 
ATRAVESSAM A MEMBRANA CELULAR?
DISTRIBUIÇÃO IÔNICA ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
Ca+2
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Ca+2
Ca+2
Ca+2
Ca+2
Ca+2 Ca+2
Ca+2
Na+
Na+
Na+
DISTRIBUIÇÃO IÔNICA
Potencial do receptor
Potencial sináptico
Potencial de ação
POTENCIAIS ELÉTRICOS
SÃO GERADOS POR FLUXO 
DE CORRENTE ELÉTRICA 
ATRAVÉS DA MEMBRANA
QUAIS SERIAM AS BASES FÍSICO-QUÍMICAS 
QUE PERMEIAM A EXCITABILIDADE CELULAR?
BASES FÍSICO-QUÍMICAS
PERMEABILIDADE
POTENCIAL DE DIFUSÃO
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Força difusional
Força elétrica
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
Lei de Fick
PERMEABILIDADE É A GRANDEZA QUE REFLETE A CAPACIDADE 
DE UMA SUBSTÂNCIA EM ATRAVESSAR UMA BARREIRA
DIFUSÃO EM 
MEMBRANAS 
PERMEÁVEIS
• membrana é 
impermeável 
a passagem de 
íons
• presença de canais 
permite o movimento 
através dos dois 
compartimentos por 
difusão.
• equilíbrio é atingido qdo a 
concentração iônica estiver igualmente 
distribuída nos dois compartimentos.
• movimento é determinado somente 
pelo gradiente de concentração.
DIFUSÃO EM 
MEMBRANAS COM 
PERMEABILIDADE 
SELETIVA
Neste caso o movimento de íons será determinado 
por dois fatores: difusão e eletricidade. 
Chega-se a um estado de equilíbrio qdo essas duas 
forças são iguais e contrárias.
Nessas condições o potencial de membrana = 
potencial de equilíbrio (E) do potássio (-80mV).
Soluções 
eletricamente
Neutras=> 
Vm=0mV.
DISTRIBUIÇÃO DE ÍONS 
ATRAVÉS DA MP
Grandes alterações 
no potencial de 
membrana são 
causadas por 
diferenças 
minúsculas nas 
concentrações 
iônicas;
BASES FÍSICO-QUÍMICAS
PERMEABILIDADE
GERAÇÃO DO POTENCIAL DE REPOUSO
SEPARAÇÃO DE CARGAS NA MEMBRANA CELULAR
VM= Vin - Vout
BASES FÍSICO-QUÍMICAS
MOBILIDADE IÔNICA
ÍON MOBILIDADE (MICROS/S) / 
(VOLT/CM)
SÓDIO (Na+) 5,2
POTÁSSIO (K+) 7,62
CLORETO (Cl-) 7,9
MEDE A FACILIDADE DE DESLOCAMENTO DE UMA ESPÉCIE IÔNICA EM 
SOLUÇÃO AQUOSA QUANDO SUBMETIDA A UM CAMPO ELÉTRICO. PODE 
SER MENSURADA DETERMINANDO A VELOCIDADE DE MIGRAÇÃO DO 
ÍON, RESULTA DA INTERAÇÃO DO ÍON HIDRATADO COM O MEIO
BASES FÍSICO-QUÍMICAS
MOBILIDADE IÔNICA
PARA QUE A MEMBRANA SEJA PERMEÁVEL À UMA ESPÉCIE IÔNICA 
DEVE APRESENTAR CANAIS SELETIVOS PARA A MESMA
CANAIS IÔNICOS
FLUXO DE CORRENTE É 
CONTROLADO POR DOIS 
TIPOS DE CANAIS:
PASSIVOS E REGULADOS
Repouso Aberto Inativado
CANAIS DEPENDENTES DE VOLTAGEM 
O FLUXO IÔNICO É
DETERMINADO PELOS GRADIENTES DE 
CONCENTRAÇÃO,
PELA PERMEABILIDADE SELETIVA DO CANAL, 
E PELA CAMADA DE HIDRATAÇÃO
DO ÍON
CANAL IÔNICO PERMEÁVEL 
AO POTÁSSIO 
Propriedades de permeabilidade 
seletiva 
CANAIS IÔNICOS
O ESTADO DO CANAL REFLETE AS 
DIFERENÇAS DE PERMEABILIDADE AOS 
DIFERENTES ÍONS
CANAIS IÔNICOS SÃO SELETIVOS A 
DIFERENTES ESPÉCIES IÔNICAS
Gradiente de 
concentração
do K+move K+ 
para fora
da célula
Diferença de 
potencial
elétrico move 
K+ para 
dentro 
da célula
Gradiente de 
concentração
do K+move K+ 
para fora
da célula
A B
Meio 
extracelular
Membrana 
semi-
permeável
Meio 
intracelular
Vm= Ek+
Entrada de Na+
tende a 
despolarizar a 
membrana
Movimento para 
fora de K+ é 
equilibrado pela 
entrada de Na+
CANAIS IÔNICOS SÃO SELETIVOS A 
DIFERENTES ESPÉCIES IÔNICAS
Fluxo resultante = 0
Fluxo resultante  0
Fluxo resultante = 0
Em = Potencial de 
equilíbrio do ion
COMO A PERMEABILIDADE IÔNICA GERA UMA DDP?
POTENCIAL DE EQUILÍBRIO
A carga no interior impede a saída de íons, deixando uma diferença 
de cargas ou potencial elétrico
POTENCIAL DE EQUILÍBRIO
EQUAÇÃO DE NERNST
in
out
eieq
C
C
zF
RT
VVV
][
][
ln
Veq é o potencial de equilíbrio
T é a temperatura em Kelvin (273.16 + °C)
R é a constante universal dos gases (8.31451 joules/mol K°)
F é a constante de Faraday (96485.3 C/mol)
z é a valencia do íon
EQUAÇÃO DE NERNST
in
out
in
out
in
out
eq
C
C
z
mV
C
C
z
mV
C
C
zF
RT
V
][
][
log
58
][
][
log
25
33,2
][
][
ln 
Assumindo: 
RT/F = 25mV a 25°C
ln = 2,3 log [ion]
EQUAÇÃO DE NERNST
mV
mV
C
C
z
mV
V
in
out
eq 75
400
20
log
1
58
][
][
log
58



POTENCIAL DE REPOUSO DA 
MEMBRANA NEURONAL
POTENCIAL EQ. DA MP
EQUAÇÃO DE GOLDMANN
ClNaK
ClClNaNaKK
eq
ggg
EgEgEg
V



POTENCIAL ELÉTRICO NEURONAL = 
POTENCIAL DE REPOUSO
REGISTRANDO O Vm
REGISTRANDO O Vm
FATORES QUE INFLUENCIAM O 
POTENCIAL DE REPOUSO
1. Movimento passivo
2. Pressão eletrostática
3. Permeabilidade seletiva
4. Bomba Na+/K+
INJEÇÃO DE CORRENTE ALTERA O Vm
VARIAÇÕES NA CARGA DA MP
DESPOLARIZAÇÃO AUMENTA AS CONDUTÂNCIAS DE Na+ e K+
POTENCIAL DE AÇÃO (PA)
REDISTRIBUIÇÃO DA CARGA ELÉTRICA NA SUPERFÍCIE DA 
MEMBRANA EM FUNÇÃO DE UM ESTÍMULO.
GERAÇÃO DE UM PA
NECESSIDADE DE UM ESTÍMULO
GERAÇÃO DE UM PA
DESPOLARIZAÇÃO DA MEMBRANA 
AXONAL
ABERTURA DE CANAIS DE Na+ DEP. DE ESTÍMULO.
FLUXO PASSIVO DE CORRENTE NUM AXÔNIO
GERAÇÃO DE UM PA
O AUMENTO NA CORRENTE DE SÓDIO (VOLTAGEM) RESULTA NUM 
FEEDBACK POSITIVO. 
CICLO DE HODGKIN
PA É GERADO POR ABERTURA DE 
CANAIS VOLTAGEM DEPENDENTES
DESPOLARIZAÇÃO ABRE CANAIS DE 
Na+
• A porção carregada positivamente do canal é
atraída para a face negativa da membrana.
• A despolarização diminui a atração e então o
canal muda de forma e se abre.
CANAIS DE Na+ DEPENDENTES DE 
VOLTAGEM 
CANAIS DE Na+ DEPENDENTES DE 
VOLTAGEM 
A TAXA DE TRANSMISSÃO DO 
IMPULSO ELÉTRICO DEPENDE 
DAS PROPRIEDADES 
ELÉTRICAS DO AXÔNIO TAIS 
COMO RESISTÊNCIA 
ELÉTRICA DO CITOSOL E 
HABILIDADE DE RETER AS 
CARGAS ELÉTRICAS PELA 
MEMBRANA PLASMÁTICA 
(CAPACITÂNCIA)
CADA CANAL ABERTO CONTRIBUI PARA GERAR UMA 
DDP ATRAVÉS DA MC, E A ORIGEM DO POTENCIAL 
ELÉTRICO É CHAMADA FORÇA ELETROMOTRIZ 
CONHECIDA NO CIRCUITO COMO BATERIA
Meio 
extracelular
Meio 
intracelular
gk
Ek
CONDUTORES EM SÉRIE COMO 
A BATERIA
ALTERAÇÕES NA CONDUTÂNCIA SÃO 
DEPENDENTES DE TEMPO E VOLTAGEM
CAPACITOR
2 MATERIAIS CONDUTORES SEPARADOS POR UM MATERIAL 
ISOLANTE
PROPAGAÇÃO DE UM PA
PROPRIEDADES ELÉTRICAS PASSIVAS DO NEURÔNIO: 
SINALIZAÇÃO LOCAL
SÃO CONSTANTES E NÃO SE ALTERAM DURANTE A SINALIZAÇÃO ELÉTRICA:
A) RESISTÊNCIA DA MC EM REPOUSO
B) CAPACITÂNCIA DA MC
C) RESISTÊNCIA AXIAL INTRACELULAR AO LONGO DO COMPRIMENTO DE 
AXÔNIOS E DENDRITOS
ESSES 3 FATORES DETERMINARÃO SE UM POTENCIAL SINÁPTICO 
GERADO EM UM DENDRITO CULMINARÁ OU NÃO EM UM PA
PROPAGAÇÃO DO P.A.
A PROPAGAÇÃO DO P.A.
Zona de gatilho Zona de gatilhoPotencial de
ação
Potencial de
ação
AXÔNIOS COMO CABOS ELÉTRICOS
• AXÔNIO NÃO É UM BOM CONDUTOR:
– Alta resistência interna.
– Muitas cargas se perdem através da membrana.
• UM PA NÃO TRAFEGA POR TODO AXÔNIO.
• CADA PA CONSTITUI UM ESTÍMULO PARA PRODUZIR
UM OUTRO PA NA REGIÃO ADJACENTE DA
MEMBRANA QUE CONTÉM CANAIS VOLTAGEM-
DEPENDENTES.
COMO TRANSFORMAR UM 
AXÔNIO NUM BOM CABO 
CONDUTOR DE ELETRICIDADE?
PASSANDO UMA 
FITA ISOLANTE!!
CONDUÇÃO DO PA NUM AXÔNIO 
MIELINIZADO
AÇÃO DA 
MIELINA
CONDUÇÃO DO PA NUM AXÔNIO 
MIELINIZADO
Decaimento da 
voltagem é menor 
no axônio 
mielinizado devido 
a sua maior 
resistência
MODULAÇÃO ENDÓGENA DA DOR
REGULAÇÃO AFERENTE- TEORIA DO PORTÃO DA DOR
ALTERAÇÕES NA MIELINIZAÇÃO 
INDUZEM A PATOLOGIAS
↓Rm → constante de comprimento 
pequena→ lentifica ou bloqueia a 
condução do P.A
ALTERAÇÕES NA MIELINIZAÇÃO 
INDUZEM A PATOLOGIAS
UMA VEZ DESPOLARIZADA 
MEMBRANA, COMO FAZER PARA 
RETORNAR AO REPOUSO SE OS 
CANAIS DE Na+ ESTÃO 
FECHADOS?
CANAIS VOLTAGEM-
DEPENDENTES
CURSO DO POTENCIAL DE AÇÃO
REPOLARIZAÇÃO DA MEMBRANA 
ABERTURA DE CANAIS DE K+ DEPENDENTES DE VOLTAGEM. 
PROPAGAÇÃO DE UM PA
FASES DE UM PA
FASES DE UM PA
UM PA SÓ É DISPARADO CASO O 
LIMIAR SEJA ATINGIDO
UM PASÓ É GERADO CASO O 
LIMIAR SEJA ATINGIDO
PERÍODO REFRATÁRIO
TETRODOTOXINA – FUGU
BLOQUEIO CANAIS Na+
TOXINAS QUE ENVENENAM 
CANAIS IÔNICOS
α-TOXINA – ESCORPIÃO
PROLONGA ATIVAÇÃO CANAIS Na+
INJEÇÃO LETAL DE KCl