Fisiologia Celular e Biofísica de Membrana

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Introdução: 
Biofísica e 
Fisiologia 
Anderson Iuras, Prof. Dr. 
aiuras@yahoo.com.br 
Cel. 8126-3122 
mailto:aiuras@yahoo.com.br
 
• Meio interno; 
 
• Homeostase; 
 
LÍQUIDO 
EXTRACELULAR 
MEIO INTERNO 
HOMEOSTASE 
EQUILÍBRIO DO 
MEIO INTERNO. 
 
• Como é mantida a Homeostase ? 
 
• Quais às consequências da falha de 
um órgão ou sistema sobre a Homeostase ? 
 
• Transporte através de membrana: 
 
• DIFUSÃO  SIMPLES; OSMOSE 
 
• DIFUSÃO FACILITADA 
 
• TRANSPORTE ATIVO: 
 PRIMÁRIO  DEPENDENTE DE ATP (BOMBA DE 
NA+K+); 
 SECUNDÁRIO  COTRANSPORTE 
 CONTRATRANSPORTE 
LEC 
LIC 
Membrana plasmática  bicamada formada por fosfolipídeos e proteínas 
Membrana seletivamente permeável/semi-permeável. 
5. Membrana Celular 
 
Figura esquemática da 
Membrana Celular 
5. Membrana Celular 
 
Difusão 
• Difusão Simples 
Difusão Simples 
 
Difusão simples 
Simples passagem de uma substância de um meio mais 
concentrado para um meio menos concentrado 
Difusão simples 
LIC 
Difusão Simples 
LIC 
LEC 
• Fatores que afetam a velocidade efetiva 
de difusão: Lei de Difusão de Fick 
• 
• J = D.A. Δc D= K.T 
• Δx 6.π.r.ή 
• J= intensidade efetiva de difusão (moles/unidade de tempo); 
• D= Coeficiente de Difusão; 
• A= área de superfície de membrana; 
• Δc= diferença de concentração através da membrana; 
• Δx= espessura da membrana 
 
K=constante de Boltzmann; 
T= Temperatura; 
r= raio; 
ή = viscosidade 
 
Pneumonia 
Condição infecciosa-inflamatória do 
pulmão  alvéolos preenchidos com 
líquido e hemácias  pode resultar 
em hipoxia e hipercapnia. 
 
• Osmose 
 
• Difusão de água através de membrana 
semipermeável do local de menor para 
maior concentração de soluto ou do local 
de maior para menor concentração de 
água. 
• Obs. O soluto diminui a concentração de 
água na própria água, gerando a osmose. 
• O que determina a osmose é o número de 
partículas osmoticamente ativas, não a 
massa da partícula. 
• Partículas de massa diferente exercem 
em média a mesma pressão osmótica 
sobre a membrana. 
• Portanto, o que determina a osmose não é 
a massa do soluto e sim o número de 
partículas expressa pela osmolaridade 
(mol/L) ou osmolalidade (mol/kg). 
• Concentração em termos de massa do soluto 
(Isotônica, Hipertônica e Hipotônica) vs 
Concentração Osmolar (Isosmótica, 
Hiperosmótica e Hiposmótica)(Concentração 
em termos de números de partículas presente 
em solução). 
• P.M Osmolaridade 
• 1 mol de glicose 180g 1 osmol 
• 1 mol de Sacarose 324g 1 osmol 
• 1 mol de NaCl 58,5g 2 osmóis 
• 1 mol de CaCl2 110g 3 osmóis 
Pressão osmótica dos líquidos 
corporais 
• [1 Osmol] = 19.300 mmHg 
• [1 mOsmol] = 19,3 mmHg 
• Concentração osmolar dos líquidos 
corporais ~ 300 mOsm. 
• Pressão osmótica dos líquidos corporais = 
5790 mmHg ~ 5500 mmHg. 
 
• Transporte através de Membrana 
LIC 
Difusão Simples 
Não há consumo 
de energia (ATP) 
 
LIC 
LEC 
LEC 
Difusão Facilitada (DF) e Transporte Ativo (TA): 
Ambos ocorrem por meio de proteínas de membrana 
DF  não consome energia 
TA  consome energia (ATP) 
Diferença entre os líquidos 
Intra e extracelulares 
• Difusão de substâncias lipossolúveis 
através da bicamada lipídica; 
• Difusão de moléculas e água e outras 
substâncias hidrossolúveis pelos canais 
protéicos. 
 
Transporte Passivo 
DIFUSÃO SIMPLES -. Neste processo não há consumo 
de energia. Ocorre a favor do gradiente. 
LEC 
LIC 
Transporte Passivo 
DIFUSÃO SIMPLES -. Neste processo não há consumo 
de energia. Ocorre a favor do gradiente. 
LEC 
LIC 
• Difusão pelos canais protéicos e 
permeabilidade seletiva dos canais 
Transporte Ativo 
• É a passagem de uma substância de um local 
menos concentrado para um meio mais 
concentrado (contra o gradiente), que ocorre 
com gasto de energia. 
•Bomba de Na+-K+ 
•Bomba de Ca++ 
•Bomba de H+ 
•Bomba de Cl- 
 
Na+ 
K+ Na+ 
K+ 
3 Na + 
2 K+ 
Bomba de Na+ e K+ ou Na+-K+ ATPase 
Bomba de Na+ e K+ 
em tamanho muito 
aumentado 
Célula 
Membrana 
plasmática 
TRANSPORTE ATIVO PRIMÁRIO BOMBA DE Na+/K+ 
• Importância da bomba de Na+-K+ na 
manutenção do volume celular; 
• Natureza eletrogênica da bomba de Na+-
K+; 
 
• Transporte ativo secundário: 
• Co-transporte (Na+-Glicose – Na+-aa); 
• Contratransporte (Na+-Ca++ - Na+-H+). 
TRANSPORTE ATIVO SECUNDÁRIO 
 
 TRANSPORTE ATIVO 
SECUNDÁRIO DA GLICOSE 
GLi 
 TRANSPORTE ATIVO 
SECUNDÁRIO DO ION HIDROGÊNIO 
CO-TRANSPORTE CONTRA TRANSPORTE 
omeprazol 
• Exemplos de cotransporte e 
Contratransporte 
Balanço de Sódio (Na+) ,Ingestão e Excreção 
67% 5% 
3% 
25% 
Segmento Inicial 
(reabsorção isosmótica) 
Segmento Final 
Na+ - Glicóse 
Na+ - aa 
Na+ - HCO3- 
Na+ - Cl- 
Alça de Henle 
Ramo ascendente grosso 
Impermeável H2O 
Ducto coletor 
Excreção < 1% 
Filtração 
glomerular= 
180 L / dia 
Na+ plasmático = 
140mEq / L 
H+ + HCO3-  
H2CO3  
H2O + CO2 
Tubulo Proximal inicial Lúmem 
- 4mV 
Na+ 
Glicóse 
Na+ 
AA 
Na+ 
Na+ 
H+ 
K+ 
CO2 + H2O 
H2CO3 
H+ + HCO3- 
Cl- 
Fosfato, 
citrato 
HCO3- 
Fosfato, 
citrato 
Glicóse 
Na+ 
Sangue 0mV 
AA 
Tubulo Proximal Final Lúmem 
+ 4mV 
Na+ 
H+ 
K+ 
Formato - 
Cl - 
Na+, Cl - 
Sangue 0mV 
Na+ 
Ramo Ascendente Grosso 
Lúmen 
+ 7mV 
Sangue 0mV 
Na + 
K+ 
2 Cl - 
Na+ 
K+ 
Cotransportador Na+-K+-2Cl- 
Túblulo distal inicial 
Lúmen 
- 10mV 
Sangue 0mV 
Na + 
Cl - 
Na+ 
K+ H2O 
H2O 
Cotransportador Na+-Cl- 
Para que serve o soro caseiro ? 
Em que situações ele é indicado ? 
Soro Caseiro: Duas porções de açúcar e uma ‘’pitada’’ de sal 
Para que o sal (NaCl) ? 
Potencial de Membrana e 
Potencial de Ação 
 
 Ambiente líquido 
da célula possui 
diferença de 
concentração de 
solutos através da 
membrana 
plasmática. 
 
 
Canais abertos permitem a difusão de íons através 
de seu gradiente gradiente de concentração 
Na+ 
K+ Na+ 
K+ 
3 Na + 
2 K+ 
Na+-K+ ATPase 
Canais abertos 
Cl- 
Cl- 
Ca++ 
Ca++ 
Conceito de Potencial 
Eletroquímico 
 
Potencial eletroquímico. 
A difusão de íons gera diferença de 
potencial elétrico (ddp) através da 
membrana  como veremos mais 
adiante nos potenciais de membrana e 
potenciais de ação. 
• Se os vários íons e 
substâncias tendem 
constantemente a 
se difundir a favor 
de seu gradiente de 
concentração (do 
local de maior para 
menor 
concentração), 
como a célula 
mantém esses 
gradientes ? 
• A célula mantém o gradiente de 
concentração de várias substâncias 
sobretudo por transporte ativo  ocorre 
com gasto de energia. 
• Ex. 
• Na-K+ ATPase; 
• Ca++ ATPase; 
• Cl- ATPase. 
Bomba de Na+ e K+ 
em tamanho muito 
aumentado 
Célula 
Membrana 
plasmática 
TRANSPORTE ATIVO BOMBA DE Na+/K+ 
Potencial de Repouso 
• Virtualmente todas ás células do nosso 
corpo são polarizadas  possuem 
potenciais de membrana. 
• Mas, somente alguns tipos celulares são 
capazes de gerar (deflagrar) e conduzir 
potenciais de ação. 
• Que células são estas ? 
Resposta: Células excitáveis 
Célula em potencial de repouso = polarizada 
Célula em potencial de repouso = polarizada 
0 +10 
+20 
+30 
+40 
+50 
+70 
+60 
-10 
-20 
-30 
-40 
-50 
-60 
-90 
Voltimetro 
O voltímetro esta registrando o potencial de repouso da membrana, podemos 
observar no aparelho que a magnitude da negatividade interna dessa célula 
é de -90mv. 
Semelhante a membrana uma pilha é polarizada pois possui 
 pólos positivos e negativos 
Potencial de Repouso 
-90mV 
A- 
A- 
A- = ânions impermeantes à membranaplasmática 
0 +10 
+20 
+30 
+40 
+50 
+70 
+60 
-10 
-20 
-30 
-40 
-50 
-60 
-90 
Voltimetro 
Na+ 
K+ Na+ 
K+ 
3 Na + 
2 K+ 
Desenvolvimento do Potencial de Repouso 
Da Membrana 
Participação do K+, Na+ e da Na+K+ ATPase 
K+ 
K+ 
Contribuição do K+ para o estabelecimento do potencial 
de equilíbrio da membrana 
OmV 
A- 
0 +10 
+20 
+30 
+40 
+50 
+70 
+60 
-10 
-20 
-30 
-40 
-50 
-60 
-90 
Voltímetro 
A-  ânions impermeantes 
 
A partir desse momento  célula permeável somente ao K+ 
-30mV 
A- 
0 +10 
+20 
+30 
+40 
+50 
+70 
+60 
-10 
-20 
-30 
-40 
-50 
-60 
-90 
Voltímetro 
A-  ânions impermeantes 
 
A partir desse momento  célula permeável somente ao K+ 
-60mV 
A- 
0 +10 
+20 
+30 
+40 
+50 
+70 
+60 
-10 
-20 
-30 
-40 
-50 
-60 
-90 
Voltímetro 
A-  ânions impermeantes 
 
A partir desse momento  célula permeável somente ao K+ 
-94mV 
A- 
0 +10 
+20 
+30 
+40 
+50 
+70 
+60 
-10 
-20 
-30 
-40 
-50 
-60 
-90 
Voltímetro 
O potássio sairá até que o potencial de membrana atinja 
Um valor de -94mv  potencial de equilíbrio ou de Nernst 
Para o K+. 
A partir desse momento  célula permeável somente ao K+ 
Contribuição do Na+ para o estabelecimento do potencial 
de equilíbrio da membrana 
Na+ 
Na+ 
OmV 
A- = ânions impermeantes à membrana plasmática 
0 +10 
+20 
+30 
+40 
+50 
+70 
+60 
-10 
-20 
-30 
-40 
-50 
-60 
-90 
Voltimetro 
A partir desse momento a célula se torna permeável ao Sódio 
+20mV 
0 +10 
+20 
+30 
+40 
+50 
+70 
+60 
-10 
-20 
-30 
-40 
-50 
-60 
-90 
Voltimetro 
+45mV 
A- = ânions impermeantes à membrana plasmática 
0 +10 
+20 
+30 
+40 
+50 
+70 
+60 
-10 
-20 
-30 
-40 
-50 
-60 
-90 
Voltimetro 
+61mV 
0 +10 
+20 
+30 
+40 
+50 
+70 
+60 
-10 
-20 
-30 
-40 
-50 
-60 
-90 
Voltimetro 
O entrará até que o potencial de membrana atinja 
um valor de +61mV  potencial de equilíbrio ou de Nernst 
para o Na+. 
• Através da equação de Nernst pode se 
calcular o potencial de repouso para o 
Na+ e K+. 
 
• FEM = 61 log [concentração]i 
 [concentração]e 
Na+ interno/Na+ externo = 0,1 
K+ interno/K+ externo = 35 
• Portanto: 
• O potencial de equilíbrio ou de Nernst para 
o K+ = -94mV e para o Na+ = +61mV. 
• Calculando-se através da equação de 
Goldman-Hodking-Katz 
• FEM = 61 log CNa+i . PNa
+ + CK+i . PK
+ 
 CNa+e . PNa
+ + CK+e . PK
+ 
 Chegamos a um valor de potencial de equilíbrio 
de membrana quando consideramos o Na+ e o 
K+ de -86mv. 
 
 
• Pergunta: E os outros – 4mV que restam para chegar ao 
valor médio de -90mV que se estabelece em fibras 
musculares e nervosas calibrosas ? 
-86mV 
0 +10 +20 
+30 
+40 
+50 
+70 
+60 
-10 
-20 
-30 
-40 
-50 
-60 
-90 
Voltimetro 
3 Na+ 
-90mV 
A- 
2 K+ 
A- 
R. Contribuição da Na+-K+ ATPase que é eletrogência  tira 
mais íons positivos do Interior da célula do que insere. 
Na-K+ ATPase 
Bomba de Na+ e K+ 
em tamanho muito 
aumentado 
Célula 
Membrana 
plasmática 
TRANSPORTE ATIVO BOMBA DE Na+/K+ 
• Qual a importância dos potenciais de 
membrana ? 
Possibilitam a geração e condução de potenciais de ação 
através de células excitáveis 
Potencial de Ação 
Tipos de canais presente na 
membrana 
• Canais abertos; 
• Canais dependentes de ligantes; 
• Canais de Na+ e K+ voltagem e tempo 
dependentes  responsáveis pela 
propagação dos potenciais de ação ao 
longos das células excitáveis. 
Na+ 
K+ Na+ 
K+ 
3 Na + 
2 K+ 
Na+-K+ ATPase 
Canais abertos 
Cl- 
Cl- 
Ca++ 
Ca++ 
Canais de Na+ e K+ voltagem dependentes 
Vesículas 
sinapticas 
Mitocondria 
Fenda sináptica 
 (20 nm) Receptores 
Pós-sinápticos 
Neurotrans- 
missor 
Sinapse 
Abertura de canais de Na+ dependente de ligante 
Receptores sensoriais e abertura de canais de Na+ 
Canal de Na+ 
voltagem 
dependente 
 
Canal de K+ 
voltagem 
dependente 
Comporta de 
ativação 
Membrana em repouso  polarizada 
Botão sináptico 
Canal de Na+ 
dependente 
de ligante  
fechado 
 
Comporta de 
inativação 
Comporta de 
ativação 
Canal de Na+ Canal de K+ 
Comporta de 
ativação 
Membrana em repouso  polarizada 
Estímulo 
Botão sináptico 
Canal de Na+ 
dependente 
de ligante  
aberto 
 
Canal de Na+ Canal de K+ 
Comporta de 
ativação 
Comporta de 
ativação 
Membrana em repouso  polarizada 
Canal de Na+ Canal de K+ 
Comporta de 
ativação 
Comporta de 
ativação 
Estímulo 
LEC 
LIC 
Inicio da despolaraização 
com abertura de 
Canais de Na+ 
Canal de Na+ Canal de K+ 
Comporta de 
inativação 
Comporta de 
ativação 
Membrana despolarizada 
Canal de Na+ Canal de K+ 
Comporta de 
inativação 
Comporta de 
ativação 
Abertura dos canais de K+, inicia da 
repolarização da membrana 
K+ 
K+ 
Comporta de 
ativação 
Canal de Na+ Canal de K+ 
Comporta de 
inativação 
Comporta de 
ativação 
Abertura dos canais de K+, inicia da 
repolarização da membrana 
K+ 
K+ 
Comporta de 
ativação 
Canal de Na+ 
voltagem 
dependente 
 
Canal de K+ 
voltagem 
dependente 
Comporta de 
ativação 
Membrana em repouso  polarizada 
Botão sináptico 
Canal de Na+ 
dependente 
de ligante  
fechado 
 
Comporta de 
inativação 
Comporta de 
ativação 
• Se durante o potencial de ação o Na+ que 
deve ficar fora da célula entrou e o K+ que 
deve ficar dentro da célula saiu, pergunta-
se: 
• Que mecanismo é utilizado para devolver 
os íons para os seus devido lugares ? 
Bomba de Na+ e K+ 
em tamanho muito 
aumentado 
Célula 
Membrana 
plasmática 
TRANSPORTE ATIVO BOMBA DE Na+/K+ 
• Iniciação dos potenciais de ação; 
• Propagação dos potenciais de ação; 
• Restabelecimento dos gradientes iônicos 
do Na+ e K+ após os potencias de ação – 
Importância da Na+K+ ATPase. 
Canais dependente de ligante 
na sinapse 
Canais de Na+ e K+ voltagem 
dependente ao longo da membrana 
 Permitem a propagação do 
Potencial de ação ao longo da 
célula 
Figura - PRA= período refratário absoluto; PRR= período refratário relativo; PSN= 
período hiperpolarização. PRA - período de recuperação absoluta. 
PRA 
• Iniciação dos potenciais de ação; 
• Propagação dos potenciais de ação; 
• Restabelecimento dos gradientes iônicos 
do Na+ e K+ após os potencias de ação – 
Importância da Na+K+ ATPase. 
Canais dependente de ligante 
na sinapse 
Canais de Na+ e K+ voltagem 
dependente ao longo da membrana 
 Permitem a propagação do 
Potencial de ação ao longo da 
célula 
Limiar de excitação e potencial em ponta rápido 
• Platô em alguns potenciais de ação. 
• Ritmicidade de determinados tecidos 
excitáveis