Estudo dirigido Biofísica UFC

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Atividade – Biofísica – ED1
PERGUNTAS:
1. Explique a necessidade de padronizar medidas e grandezas para estudos científicos e como isso permite a análise de dados experimentais obtidos.
 2. A bioeletricidade é uma característica dos organismos vivos. Nos diversos tipos celulares, cerca de 20% da taxa metabólica basal é utilizada para manter o funcionamento elétrico da célula. Qual é o significado prático desse gasto, como essa energia é utilizada pela célula para manter o potencial de membrana? 
3. Que aspectos físicos permitem a comparação da membrana plasmática com um capacitor? 
4. O que é difusão? Explique a primeira lei de Fick. 
5. Defina osmose e pressão osmótica. 6. Explique o conceito de potencial de equilíbrio baseado nas descobertas de Nernst e Donnan. 
7. Descreva o funcionamento da bomba de Na+ -K+ para explicar por que ela é considerada uma bomba eletrogênica. 
8. O que é o potencial de repouso e como ele é mantido nas membranas celulares? 
9. Em membranas excitáveis, o potencial de membrana sofre alterações que correspondem à funcionalidade dessas células. Como ocorre essa modificação e que eventos celulares estão relacionados a este evento? 
10.Como o potencial de ação se propaga entre axônios? Explique o que determina a propagação unidirecional. 
11. Diferencie o evento do potencial de ação em células nervosa, musculares esqueléticas e cardíacas. 
12. Desenhe o circuito equivalente a uma célula excitável. 
13. A produção de hidrogênio por microorganismos tem sido o foco mais recente da utilização de estruturas biológicas para a produção de energia elétrica. Baseado nisso, descreva e esquematize uma forma de utilização de microorganismos para este fim. 
14. No auge de um potencial de ação do nervo, a razão gNa/gK = 15. Se ENa = +60 mV e EK = -100 mV, qual será a voltagem de pico do potencial de ação? 
15) A miastenia gravis causou em uma pessoa a perda de uma grande parte de seus receptores ACh (Acetilcolina). Sob a ótica biofísica quais são os efeitos da miastenia gravis?
RESPOSTAS:
01. É importante que dados científicos sejam padronizados para possibilitar a replicabilidade e validação desses resultados. Assim, será possível fazer generalizações quantitativas, reduzindo as incertezas, e isso acontece, também, quando se tem medidas e grandezas padronizadas e bem conhecidas pelos pesquisadores. Para que essas generalizações sejam feitas, é necessário que haja repetições de experimentos, e para isso, é imprescindível que se tenha conhecimento das grandezas (qualidades) de cada experimento a fim de que elas possam ser mensuradas. Cada grandeza deve ser medida e guardada (dados), garantindo que esse experimento possa ser repetido e compreendido posteriormente pelo mesmo pesquisador no mesmo laboratório ou não. Para que todas essas medidas façam sentido, elas precisam ser acompanhas de unidades, as chamadas unidades de medida, ou de grandeza. De forma geral, quando se tem padrões de medidas e grandezas, torna-se possível a obtenção de dados de fácil análise, visto que os equipamentos também se baseiam nesses padrões, além da capacidade de compreensão do pesquisador.
02. Esse gasto energético é feito por ATP utilizado pela Bomba de sódio e potássio a fim de manter o potencial de repouso de membrana celular. O ATP é hidrolisado para levar íons NA+ para fora da célula e trazer íons K+ para dentro da célula mediante a fosforilação/ desfosforilação da Bomba de sódio e potássio.
03. A membrana plasmática (MP) é formada por duas superfícies condutoras separadas por uma região isolante (que é formada pelas caudas apolares dos fosfolipídios), ela (MP) também é capaz de armazenar as suas superfícies, uma diferença de potencial assim como um capacitor. 
04. Difusão de partículas é o movimento aleatório resultante do deslocamento das partículas de uma região de alta concentração para outra de concentração menos. A primeira lei de Fick é uma descrição matemática de um processo de difusão de partículas em uma distância conhecida; F= -D. dC/dx, onde D é a constante de difusividade; dC a diferença entre a concentrações e dx a distancia envolvida. 
05. A osmose é um tipo de difusão do solvente que ocorre através de uma membrana. Nesse caso a passagem do solvente através da membrana ocorre do lado menos concentrado de solutos para o mais concentrado. Pressão osmótica é aquela que deve ser exercida no sistema para evitar que a osmose ocorra.
06. O equilíbrio de Donnan é o equilíbrio que se produz entre íons que podem e que não podem atravessar membranas, isso se dá tanto pelas concentrações dos íons quanto pelas cargas. Quando o equilíbrio é atingido, a diferença de potencial entre os dois lados da membrana é dada pela equação de Nernst (para cada íon).
07. A Bomba de Na+/K+ ATPase é uma proteína transmembranar cuja ação utiliza a energia proveniente da degradação do ATP em ADP + Pi para transportar íons de potássio e sódio contra os gradientes de concentração. 1) Três íons Na+ do meio intracelular se unem ao complexo protéico da bomba. 2) Um molécula de ATP é desfosforilada e transfere esse fosfato (Pi) à bomba Na+/K+. 3) A bomba muda a conformação de forma a expulsar os três íons sódio para o meio extracelular. 4) Ainda fosforilada, a bomba capta dois íons potássio do meio extracelular e perde o fosfato 5) A perda do fosfato devolve a conformação inicial, fazendo com que os dois íons potássio sejam lançados dentro da célula. A bomba de sódio e potássio e considerada eletrogênica, pois está ativamente transportando 3 moléculas de sódio para fora da célula e duas moléculas de potássio para dentro da célula, essa formação de um potencial positivo gera um potencial eletrogênico.
08. Potencial de repouso é a ddp de uma membrana celular que não sofreu nenhum estimulo. Esse potencial equivale à aproximadamente -70mv. O potencial de repouso é mantido pela atividade da bomba Na+/K+, que expulsa íons sódio e captam íons potássio para dentro da célula com gosto de ATP. 
09. A alteração do potencial de membrana é decorrente da abertura de canais iônicos de sódio e de potássio em momentos diferentes em resposta a um estímulo. A abertura desses canais iônicos resulta na migração de íons sódio e potássio entre os espaços intra e extracelulares, causando a alteração no potencial de membrana. Seguindo os eventos: despolarização, repolarização, hiperpolarização e repouso.
10. Inicialmente, há a despolarização de uma seção da membrana do axônio eletricamente excitada. Essa despolarização gera a abertura nos canais de sódio na mesma região. Então, o afluxo de Na+ origina despolarização em seções adjacentes na membrana do axônio, o que induz à abertura de outros canais de sódio, criando a propagação do potencial de ação ao longo do eixo longitudinal da célula. Este potencial propaga-se apenas para diante do local inicial de despolarização, pois o fechamento dos canais de sódio o impede de propagar-se para trás. O impulso nervoso se propaga em um único sentido na fibra nervosa. Dendritos sempre conduzem o impulso em direção ao corpo celular. O axônio, por sua vez, conduz o impulso em direção as extremidades, isto é, para longe do corpo celular. 
11. As células do miocárdio e as células nervosas são parecidas em relação aos íons que as despolarizam, mas são diferentes em algumas características. Primeiro, as células cardíacas têm a característica de ter regiões de contato entre células, que permitem que os sinais elétricos sejam transmitidos de uma célula a outra, pelas diferentes regiões do coração. Nas células musculares esqueléticas, o potencial fica confinado no interior da célula estimulada. Já no coração, a onda de despolarização começa espontaneamente no nó sinoatrial (AS), que está na aurícula direita; quando o nó AS é excitado, a despolarização se propaga pela aurícula, chegando ao ventrículo direito por meio do nó atrioventricular (AV). Assim, o potencial vai se propagando entre as células ventriculares especializadas e o processo continua. Outra diferença é o tempo de duração do potencial deação. A membrana das células do coração fica despolarizada por cerca de 0,2s no músculo atrial e 0,3s no músculo ventricular, apresentando repolarização lenta, que gera um platô. Esse platô faz com que a contração muscular no músculo cardíaco demore, pelo menos, umas 15x mais que a contração do músculo esquelético. Isso acontece por causa. No caso do potencial de ação do músculo esquelético, esse platô não acontece; os canais de sódio se abrem de forma rápida, fechando também rapidamente, logo em seguida começando a repolarização. Além disso, o músculo cardíaco não é estimulado diretamente pelo sistema nervoso, enquanto que o músculo esquelético, sim. O coração tem uma quantidade pequena de células que pode gerar seu próprio potencial de ação, estando estas em nodos, feixes e fibras localizadas em zonas específicas do coração. No caso das células musculares esqueléticas, a origem do potencial de ação é sua ligação com terminais nervosos de neurônios motores, nas chamadas junções neuromusculares. Aqui ocorre a despolarização do terminal do axônio, abrindo canais de cálcio, estimulando a fusão de vesículas sinápticas com a membrana da fibra muscular. No caso das células nervosas, o potencial de ação possui uma fase ascendente, uma fase descendente e uma curva de tensão elétrica, inferior a do potencial de repouso, não apresentando também esse platô.
12. 
13. O professor orientou a desconsiderar no fórum; 
14. *consta no ED 2 por se tratar da mesma questão (questão 03).
15. A Miastenia Gravis (MG) é a doença autoimune da junção neuromuscular mais comum. Deve-se, majoritariamente, à produção de anticorpos contra os receptores da acetilcolina pós-sinápticos, ou contra a tirosina quinase músculo-específica, que provocam alterações morfológicas e/ou fisiológicas da junção neuromuscular. A MG afeta a junção a nível pós-sináptico. As principais alterações anatômicas da junção neuromuscular na MG são: 1) redução do número de AChR, levando à diminuição do comprimento da membrana pós-sináptica; 2) diminuição do comprimento das pregas sinápticas, devido à destruição das expansões terminais, e 3) alargamento das fendas sinápticas causado pela diminuição do comprimento das pregas. Estas alterações resultam numa membrana pós-sináptica com uma estrutura menos complexa. Devido às alterações anatômicas, a função da junção neuromuscular fica comprometida. Na MG, como o número de AChR está reduzido, a quantidade de AChR abertos por cada quantum de ACh vai ser menor, resultando num potencial da placa motora (PPM) de menor amplitude. Este efeito, em conjunto com a diminuição das dobras sinápticas e dos canais de sódio dependentes de voltagem da junção neuromuscular leva à redução do fator de segurança. A redução do fator de segurança associada ao fenômeno de esgotamento sináptico nas estimulações repetitivas leva à redução progressiva da amplitude do PPM, até que a transmissão neuromuscular é comprometida, surgindo a fraqueza miastênica, caracterizada por cansaço aos esforços.