UNIDADE 02 - Biofísica das mebranas e bioeletrogênese

Prévia do material em texto

1 
Prof. Me. Augusto César R. Araújo 
UNIDADE 02: 
BIOFÍSICA DAS MEMBRANAS E 
BIOELETROGÊNESE 
UNIDADE 02 
BIOFÍSICA DAS MEMBRANAS E 
BIOELETROGÊGENESE 
2 
 BIOELETRICIDADE 
 BIOMEMBRANAS 
 TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
 POTENCIAL DE REPOUSO 
 POTENCIAL DE AÇÃO 
 
3 
BIOELETRICIDADE 
BIOELETRICIDADE 
• Conceito de carga elétrica: 
 
Uma propriedade intrínseca das partículas que 
constituem a matéria. Se encontra presente em todos os 
objetos. Os objetos em geral possuem mesma 
quantidade de carga elétrica positiva e negativa, são 
ditos neutros. 
 
 
• Unidade: Coulomb (C) 
 
 
 
4 
BIOELETRICIDADE 
 
• Estrutura dos átomos e suas partículas: 
 
 
5 
BIOELETRICIDADE 
 
• Átomos e suas partículas: 
 
Prótons – qp = +1,602 x 10
-19C 
 
Elétrons - qe = -1,602 x 10
-19C 
 
Nêutrons – carga elétrica nula 
 
6 
BIOELETRICIDADE 
• Forças elétricas 
 
• Atrativas 
 
 
 
 
• Repulsivas 
 
7 
BIOELETRICIDADE 
• Forças elétricas 
 
Vetores 
 
Direção 
 
Sentido – Sinal das cargas 
 
Magnitude – Lei Coulomb 
8 
BIOELETRICIDADE 
• Campo elétrico 
 
É a capacidade que uma carga elétrica tem de influir no 
espaço que a circunda. 
 
• Grandeza vetorial 
 
Intensidade – distância r 
Direção – radial 
Sentido - Carga positiva - Divergem 
 Carga negativa - Convergem 
 
 
 
9 
BIOELETRICIDADE 
• Campo elétrico 
 
Sentido campo elétrico (cargas positivas e negativas) 
 
 
 
10 
BIOELETRICIDADE 
• Lei de Coulomb 
 
É uma lei que expressa a intensidade de uma força 
elétrica repulsiva ou atrativa (F) a partir do contato de 
uma carga de prova com um campo elétrico gerado por 
uma outra carga. 
 F = q x E 
 
 
11 
BIOELETRICIDADE 
• Lei de Coulomb 
 
Intensidade do campo elétrico: 
 
 E = k x Q 
 r² 
 
k = 9 x 109 N.m²/C² 
 
Unidade do campo elétrico (E): N/C 
 
 
12 
BIOELETRICIDADE 
• Tensão Elétrica 
 
O trabalho que deve ser realizado sobe cada portador 
de carga para que este seja movimentado por um 
circuito elétrico. 
 
Também conhecida como Diferença de Potencial (ddp). 
 
Unidade: Volt (V). 
 
 
 
 
13 
BIOELETRICIDADE 
• Capacitor 
 
Dispositivo constituído por duas superfícies condutoras 
separadas por uma fina lâmina isolante ou o ar. 
 
Apresenta como função armazenar cargas elétricas ou 
energia elétrica. 
 
14 
BIOELETRICIDADE 
• Capacitor 
 
Capacitância (C) 
 
 
 C = Carga = Q = C 
 Tensão V V 
 
Unidade: Farad (F) 
Submúltiplo: µF 
15 
BIOELETRICIDADE 
• Membrana Celular 
 
Comportamento elétrico – Circuito RC 
 
 
 
16 
17 
BIOMEMBRANAS 
BIOMEMBRANAS 
• Membrana Celular 
 
Potencial membrana celular = Diferença de potencial. 
 
Concentração de íons no LEC e LIC. 
 
Bicamada de lipídios – proteínas. 
 
Fosfolipídios – 70% volume da membrana 
 
 
18 
BIOMEMBRANAS 
• Membrana Celular 
 
Anfipática – Significado = ? 
 
Proteínas – Mediadoras de reações de sinalização via 
hormônio 
 
Lipídios – Prover meio ideal para as reações 
bioquímicas no interior da células. 
 
Composição pode variar ou são a mesma de uma 
célula para outra - ?. 
19 
BIOMEMBRANAS 
• Membrana Celular 
 
20 
BIOMEMBRANAS 
• Constituição da membrana celular 
 
Lipídios 
21 
BIOMEMBRANAS 
• Constituição da membrana celular 
 
Classificação dos Lipídios: 
 
Glicolipídios 
 
Fosfolipídios 
 
Colesterol 
22 
BIOMEMBRANAS 
• Glicolipídios 
 
Cerebrosídeo 
23 
BIOMEMBRANAS 
• Glicolipídios - Função 
 
Regulação de desenvolvimento celular. 
 
Papel Antigênico 
 
Reserva nutritiva – porque ? 
24 
BIOMEMBRANAS 
 
 
25 
BIOMEMBRANAS 
• Fosfolipídos - + Predominantes 
 
Esfingolipídios 
26 
BIOMEMBRANAS 
• Fosfolipídos - Funções 
 
Reservatórios de mesageiros (PIP2). 
 
Ancoramento de proteínas às membranas. 
 
Constituinte da bile e surfactante. 
 
Fatores ativadores de plaquetas (PAF). 
27 
BIOMEMBRANAS 
• Colesterol 
 
 
28 
BIOMEMBRANAS 
• Colesterol 
 
Células mais ricas: 
 
Hemácias; 
 
Células hepáticas; 
 
Células nervosas mielinizadas. 
29 
BIOMEMBRANAS 
• Colesterol - Funções 
 
Estrutural – regula fluidez; 
 
Precursor de hormônio esteróide; 
 
Precursor de sais biliares; 
 
Precursor de vitamina D. 
 
 
30 
BIOMEMBRANAS 
• Identificação 
 
 A B 
 
31 
BIOMEMBRANAS 
• Ácidos Graxos 
 
32 
BIOMEMBRANAS 
• Ácidos Graxos 
 
Longa cadeia de hidrocarbonetos e uma parte com 
grupo hidroxila; 
 
Efeito da temperatura; 
 
 Permeabilidade de íons; 
 
Interação (tamanho) – Força de ligação – Pouca 
insaturação. 
33 
BIOMEMBRANAS 
• Membrana Celular 
 
Passagem de íons – Prejudicada. 
 
Canais iônicos – Auxiliam. 
 
 Resistência Elétrica – Potencial elétrico (100mV) - ? 
 
 
 
34 
BIOMEMBRANAS 
• Permeabilidade Seletiva 
 
Permeáveis – Pequenos íons inorgânicos e íons 
monovalentes. 
 
Pouco permeáveis – íons multivalentes 
 
Impermeáveis – Íons orgânicos complexos (Fosfatos 
orgânicos) e proteínas. 
 
35 
BIOMEMBRANAS 
• Transferência de 
cargas 
 
Acúmulo de cargas 
negativas e cargas 
positivas nas 
superfícies da 
membrana. 
 
 
36 
BIOMEMBRANAS 
• Organização da bicamada 
 
Micelas 
 
 
37 
BIOMEMBRANAS 
• Proteínas de membrana 
 
Móveis 
 
 
 
Estruturais – Solubilidade em água - ? 
 Ligação regiões hidrofílicas 
 ou hidrofóbicas? 
 
38 
Extrísecas 
 
Intrínsicas 
 
Contratilidade 
BIOMEMBRANAS 
• Glicoproteínas 
 
Proteínas Fixas 
 
Justificativa para não permitir rotação ? 
 
Reconhecimento intercelular 
 
Sistema imunológico 
 
 
39 
40 
TRANSPORTE 
TRANSMEMBRANA 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
• Tipos de transporte: 
 
Transporte Passivo 
 
 Simples 
Difusão 
 Facilitada 
 
Osmose 
 
Transporte Ativo 
41 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
• Tipos de transporte: 
 
42 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
• Transporte Passivo 
 
Sem gasto energético 
 
Energia Cinética 
 
• Difusão 
 
Movimentação de partículas em soluções diferentes 
separadas por uma membrana semipermeável. 
43 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
• Difusão – Direção do Fluxo 
 
 
Uniporter. Ex. Cl- 
 
Simporter. Ex: Glicose / H2O e Na
+ 
 
Antiporter. Ex: Na+ / Ca2+ 
44 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
• Difusão – Tipos de gradientes 
 
 
Gradiente de Concentração. Ex: Todas as células. 
 
Gradiente de Pressão. Ex: Alvéolo / Capilar. 
 
Gradiente Elétrico. Ex: Troca iônica da membrana. 
45 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
• Difusão Simples 
 
 
Transporte passivo; 
 
Através de poros, canais aquosos, solubilidade; 
 
Quanto mais apolar – Passagem (melhor ou pior) ? 
 
46 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
• Difusão Facilitada 
 
 
Diferença de concentração entre os meio intra e 
extracelular. 
 
Necessitar de uma proteína transportadora 
 
Saturação – O que ocorre com a velocidade ? 
 
 
47 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
• Osmose 
 
Difusão de água através da membrana celular. 
 
 
Insolúvel nos lipídeos de membrana 
 
Atravessar a camada bifosfolipídica. 
 
Ocorre por duas razões 
48 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
• Osmose 
 
Dimensão das moléculas 
 
Menor a massa – Maior Energia Cinética 
 
Presença de proteínas de canal 
 
Passagem sem interação com a membrana 
bifosfolipídica 
49 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
• Transporte ativo 
 
Íons inorgânicos – Transporte ativo. 
 
Proteínastransportadoras 
 
Íon – Ligação - Mudança Conformacional 
 
Canais 
 
Íons –Sem ligação - Difusão por poros hidrofílicos 
50 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
• Transporte ativo – Energia metabólica 
 
Fonte – Moléculas de ATP 
 
Bomba Na+ - K + ATPase 
 
Bomba Cálcio ATPase 
 
Transporte de aminoácidos e glicose 
 
 
51 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
 
• Bomba Na+ - K + ATPase 
 
Funciona Continuamente 
 
Eletrogênica - ? 
 
Consumo de energia – Forma - ? 
 
 
 
 
52 
TRANSPORTE TRANSMEMBRANA 
• Função 
 
Manter o gradiente eletroquímico. 
 
Caso não ocorra 
 
LEC (Na+ - K + - Cl -) = LIC (Na + - K + - Cl -) 
 
Diferença de potencial (V) = ? 
 
Desaparecer a capacidade funcional das células 
53 
54 
POTENCIAL DE 
REPOUSO 
POTENCIAL DE REPOUSO 
• Definição 
 
Diferença de cargas entre o meio interno e externo. 
 
Célula muscular lisa 
 
Célula muscular esquelética 
 
Célula nervosa 
 
55 
-60 mV 
-90 mV 
POTENCIAL DE REPOUSO 
 
• Fator determinante – Difusão de - ? 
 
 
• O que ocorre com meio intracelular quando esta situação 
acima se processa? 
 
• Concentrações dos 
 íons interna e externa 
 
56 
Potencial de Nerst 
POTENCIAL DE REPOUSO 
 
• Potencial de Nernst – Na prática 
 
57 
VOLTÂMETRO 
Eletrodo 
Referência 
POTENCIAL DE REPOUSO 
 
• Potencial de Nernst – Na prática 
 
58 
POTENCIAL DE REPOUSO 
 
• Potencial de Nernst 
 
 E = R x T x ln Ce = R x T x log Ce 
 zF Ci zF log10e Ci 
 
R = 8,315 J/K x mol 
T = 273,15 + t (ºC) 
F = 9,65 x 104 C/mol 
Ce = Concentração do íon meio externo 
Ci = Concentração do íon meio interno 
59 
POTENCIAL DE REPOUSO 
 
• Potencial de Nernst (37ºC) 
 
E = R x T = 8,315 x 310,15 = 0,061V = 61mV 
 z xF x log10e 1 x 9,65 x 10
4 x log102,72 
 
R = 8,315 J/K x mol 
T = 273,15 + t (ºC) 
F = 9,65 x 104 C/mol 
e = 2,72 
Z = carga ou valência do íon 
60 
POTENCIAL DE REPOUSO 
 
• Potencial de Nernst 
 
 E = 61 x log Ce 
 z Ci 
 
Unidade: mV (milivolts) 
 
Ce = Concentração do íon meio externo 
Ci = Concentração do íon meio interno 
Z = carga ou valência do íon 
 
61 
POTENCIAL DE REPOUSO 
 
• Potencial de Nernst 
 
 Emembrana = Enernst – Equilíbrio 
 
 Sinalmembrana = Sinalnernst 
 Emembrana > Enernst 
 
 Força elétrica determina direção dos íons 
 
 
62 
POTENCIAL DE REPOUSO 
 
• Potencial de Nernst 
 
 Sinalmembrana = Sinalnernst 
 Emembrana < Enernst 
 
 Força de Concentração determina direção dos íons 
 
 Sinalmembrana ≠ Sinalnernst 
 Força elétrica e a Força de concentração determinam 
direção dos íons para o mesmo lado 
 
 
63 
POTENCIAL DE REPOUSO 
 
• Potencial de Nernst 
 
Exemplos 
 
K+ Extracelular = 4 mEq/L Intracelular = 150 mEq/L 
 
Na+ Extracelular = 140 mEq/L Intracelular = 12 mEq/L 
 
Cl- Extracelular = 103 mEq/L Intracelular = 4 mEq/L 
 
64 
POTENCIAL DE REPOUSO 
 
• Aumento da concentração externa do íon (qual íon) ? 
 
 
Potencial de membrana - ? 
 
Velocidade de saída - ? 
 
Interior da célula - ? 
 
65 
POTENCIAL 
DE AÇÃO 
66 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Conceito 
Alteração rápida do potencial de membrana em seu estado 
de repouso, seguida por restauração. 
 
• Fases 
Repouso 
Despolarização 
Repolarização 
Bomba de Na+/ K+ 
67 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Célula nervosa e musculoesquelético 
 
68 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Célula nervosa e musculoesquelético 
 
Repouso 
 
 
Potencial inalterado 
 
 
Potencial de repouso ( -90 mV) 
 
 
69 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Célula nervosa e musculoesquelético 
 
Despolarização 
 
Entrada de Sódio para dentro da célula; 
 
Inversão dos potenciais de membrana; 
 
Elevação do potencial interno - + 45 mV; 
 
Fechamento canal de sódio voltagem dependente. 
70 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Célula nervosa e musculoesquelético 
 
Repolarização 
 
Canais de Sódio fechados para meio intracelular; 
 
Canais de Potássio abertos para meio extracelular; 
 
Fluxo de potássio para meio extracelular por concentração; 
 
Retorno do potencial de membrana para valor de repouso. 
71 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Célula nervosa e musculoesquelético 
 
Bomba de Na+/ K+ 
 
Restaura as concentrações iniciais de sódio e potássio no 
interior e exterior da célula. 
 
Potencial Hiperpolarizante – Potencial de membrana mais 
negativo que potencial de repouso. 
 
Não fechamento dos canais lento de K+ 
72 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Célula cardíaca 
 
Repouso; 
Despolarização; 
Início da Repolarização; 
Platô; 
Repolarização; 
Ação da Bomba Na+/ K+ ATPase. 
 
73 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Célula cardíaca 
 
74 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Célula cardíaca 
 
Repouso: 
 
Similar o que ocorre na célula nervosa 
 
Despolarização: 
 
Similar o que ocorre na célula nervosa 
 
75 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Célula cardíaca 
 
Início da Repolarização: 
 
Pequena e rápida repolarização precoce. 
 
Inativação completa dos canais de Na+ 
 
Nível desce a quase potencial zero 
 
 
76 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Célula cardíaca 
 
Platô: 
 
Entrada de íons cálcio por canais distintos; 
 
Canais lentos e prolongados mantêm célula despolarizada; 
 
Aumento do tempo de contração do músculo cardíaco; 
 
Abertura lenta dos canais de K+. 
 
77 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Célula cardíaca 
 
Repolarização: 
 
Abertura dos canais lentos de K+ 
 
Influxo de potássio para fora da célula 
 
Até atingir potencial de membrana 
 
 
 
78 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Célula cardíaca 
 
Bomba Na+/ K+ ATPase : 
 
Remoção de Na+ do interior da célula; 
 
Remoção de Ca2+ do interior da célula; 
 
Entrada de K+ para interior da célula. 
 
 
 
79 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Musculatura Lisa 
 
Despolarização e Repolarização mais lentas 
 
Canais lentos de K+ e Na+ 
 
Repolarização por fechamento de canais lentos de Na+/ 
Ca2+ 
 
Abertura simultânea de canais de K+ 
 
 
80 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Condução do potencial de ação 
 
Nervo/Fibra muscular 
 
 Fluxo local de corrente. 
 
Fibras nervosas mielinizadas 
 
 Condução saltatória 
 
 Nódulos de Ranvier – Bainha de mielina. 
81 
POTENCIAL DE AÇÃO 
• Condução do potencial de ação 
Fibras nervosas mielinizadas 
 
82