Potencial-eletrico

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alvaro.unespbauru@hotmail.com
POTENCIAL ELÉTRICO
Potenciais elétricos
• Potencial de membrana: é a diferença de potencial elétrico, em 
Volts (V), gerada a partir de um gradiente eletroquímico 
através de uma membrana semi-permeável. 
• Potencial de ação: são variações rápidas do potencial de 
membrana de células excitáveis que vão de potenciais de 
repouso negativos a potenciais positivos e em seguida volta a 
potenciais negativos.
 Todas as células do corpo: potenciais elétricos através das 
membranas;
 Células neurais e células musculares: “excitáveis” capazes 
de autogeração de impulsos eletroquímicos em suas 
membranas (transmissão de sinais);
 Células glandulares, nos macrófagos e nas células ciliadas: 
participação no controle das funções celulares;
Composição dos 
líquidos extra e 
intracelular
A física básica dos potenciais de membrana
Potenciais de membrana resultantes da difusão
Na figura 5.1 A (Potássio)
• Carregam cargas positivas para o exterior, criando:
– Eletropositividade no exterior da membrana
– Eletronegatividade no interior da membrana
• Essa nova diferença de potencial (ddp) repele os íons 
potássio que estão de difundindo para fora de volta, na 
direção oposta (do exterior para o interior)
• Em 1ms, qualquer difusão efetiva para o exterior é 
bloqueada.
• Na fibra nervosa mais calibrosa e normal de mamífero: a ddp 
necessária é de cerca de 94mV, com a negatividade no interior da 
membrana.
Na figura 5.1 B (Sódio)
 Carregam cargas positivas para o interior, criando:
 Eletropositividade no interior da membrana
 Eletronegatividade no exterior da membrana
 O potencial de membrana aumenta, e em milissegundos, 
atinge valor suficiente para bloquear qualquer difusão efetiva 
adicional para o interior;
 Para a fibra nervosa mais calibrosa de mamífero, o potencial é 
de cerca de 61mV, com a positividade no interior da fibra.
Potencial de Nernst
O valor do potencial, entre as duas faces da membrana, que 
impede a difusão efetiva de um íon em qualquer direção 
através dessa membrana.
Equação de Goldman
Membrana permeável a vários íons diferentes.
Depende:
1. Da polaridade da carga elétrica de cada íon;
2. Da permeabilidade (P) da membrana a cada íon;
3. Das concentrações dos íons dentro (i) e fora (e) da membrana.
Medida do Potencial de Membrana
A membrana celular como capacitador elétrico
• Princípio da neutralidade elétrica: para cada íon positivo, existe 
um íon negativo próximo que o neutraliza;
• Camada de dipolos: formada por cargas positivas e negativas 
entre o exterior e o interior da membrana.
• Importância de a membrana neural funcionar como um capacitor: 
para criar um potencial negativo dentro da membrana, só 
precisam ser transportados para fora íons positivos em 
número suficiente para desenvolver a camada do dipolo 
elétrico na própria membrana.
O potencial de repouso da membrana dos 
nervos
 O potencial de membrana das fibras nervosas grossas, 
quando elas não estão transmitindo sinais nervosos 
(REPOUSO), é de cerca de -90mV;
 Ou seja: o potencial no interior da fibra é 90mV mais negativo que 
o potencial no líquido extracelular por fora da fibra.
Propriedades de transporte da membrana neural em repouso 
para o sódio e o potássio
• Bomba de Sódio-Potássio
Na+ (externo): 142 mEq/l
Na+ (interno): 14 mEq/l
K+ (externo): 4 mEq/l
K+ (interno): 140 mEq/l
• Vazamento de Potássio e Sódio através da membrana neural
– 100 vezes mais permeável ao potássio.
Origem do potencial de repouso normal da membrana
 Contribuição do potencial de difusão do potássio
 Contribuição da difusão do sódio através da membrana 
neural
 Contribuição da bomba de Sódio-Potássio
O potencial de ação neural
• Os sinais nervosos são transmitidos por potenciais de ação,
que são variações rápidas do potencial de membrana;
• Início do potencial: rápida alteração do potencial de 
repouso, normalmente negativo, para um potencial de 
membrana positivo, terminando por retorno igualmente 
rápido ao potencial negativo;
• Para conduzir um sinal neural, um potencial de ação se 
desloca, ao longo da fibra nervosa, até atingir sua 
extremidade. 
Etapas do potencial de ação:
1. Estado de repouso:
• Corresponde ao potencial de repouso da membrana antes 
que comece o potencial de ação;
• A membrana está “polarizada”, devido à presença de 
grande potencial negativo da membrana.
2. Etapa de despolarização
• Membrana fica permeável aos íons sódio;
• O estado “polarizado” normal de -90mV desaparece, com o 
potencial variando para a positividade (despolarização);
• Nas fibras nervosas mais grossas, o potencial de membrana 
“ultrapassa” (overshoots) o potencial zero.
• Em fibras mais delgadas, bem como em neurônios do SNC, 
o potencial chega apenas próximo de zero.
3. Etapa de repolarização
 Dentro de pouco décimos milésimos de segundo, os canais 
de sódio começam a se fechar, enquanto os canais de 
potássio se abrem mais do que o fazem normalmente;
 Isso permite a rápida difusão de íons potássio para o exterior 
da fibra, o que restabelece o potencial normal negativo de 
repouso da membrana (repolarização).
-90
+35
Canais de Sódio e de Potássio voltagem-dependentes
 Despolarização: canal de sódio voltagem-dependente
 Repolarização: canal de potássio voltagem-dependente
 Os dois canais atuam junto com a bomba de Na+-K+ e com 
os canais de vazamento Na+-K+
O canal de sódio voltagem-dependente : ativação e inativação 
do canal
Os canais de potássio voltagem-dependentes e sua ativação
Resumo dos eventos que 
produzem o potencial de 
ação
Pós-potencial “Positivo”
 Fica mais negativo que o potencial normal de repouso (então 
por que pós-potencial “positivo”?)
 Causa do pós-potencial positivo: muitos canais de potássio 
permanecem abertos por vários milissegundos após a 
repolarização da membrana ter se completado.
Papel dos outros íons durante o potencial de ação
 Íons impermeantes com carga negativa (ânions) no interior do 
axônio - responsáveis pela carga negativa dentro das fibras, 
quando ocorre déficit de íons positivos.
Ex: ânions das moléculas de proteínas, compostos orgânicos fosforados, 
compostos sulfatados, etc.
 Íons cálcio:
 Bomba de cálcio (semelhante ao sódio)
Canais de cálcio voltagem-dependentes (canais de Ca2+-
Na+).
Permeabilidade aumentada dos canais de sódio quando 
existe déficit de íons cálcio
 Os íons cálcio ligam-se às superfícies externas da molécula 
protéica do canal de sódio;
 As cargas positivas desses íons alteram o estado elétrico da 
própria proteína do canal;
 Assim, aumenta o valor da voltagem exigida para a abertura 
da comporta.
Iniciação do potencial de ação
 Ciclo vicioso de feedback positivo abre os canais de sódio
variação do potencial de membrana de -90mV em direção a 
zero fará com que muitos canais de sódio voltagem-
dependentes se abram.
 Rápido influxo de íons sódio, provocando abertura de maior 
número de canais;
 Continuará até que todos os canais estejam ativados.
 Em fração de milissegundo, começa o fechamento dos canais de 
Na+ e abertura dos canais de K+
Limiar para a iniciação do potencial de ação
 Ocorre quando o número de íons Na+ que entram na fibra 
for maior que o dos íons K+;
 Variação do potencial de 15 a 30mV, geralmente é 
necessária;
 Fibra nervosa calibrosa, variação de -90mV para – 65mV, 
gera potencial de ação
 Portanto: -65mV  limiar para a estimulação!
Propagação do potencial de açãoDireção da propagação: o potencial trafegará nas duas 
direções a partir do ponto estimulado, até que toda 
membrana seja despolarizada.
Princípio do tudo-ou-nada
Restabelecimento dos gradientes iônicos de sódio e potássio após o 
potencial de ação
 De 100 mil a 50 milhões de impulsos podem ser transmitidos 
pelas fibras nervosas;
 Bomba de Na+-K+ restabelece o potencial de repouso 
original;
 Importância do metabolismo 
energético 
O platô de alguns potenciais de ação
Ritmicidade de alguns tecidos excitáveis – descargas 
repetitivas
 Ocorrem normalmente no coração, na maioria dos 
músculos lisos e em muitos neurônios do SNC;
 Quase todos os outros tecidos excitáveis podem descarregar 
repetitivamente, caso seu limiar seja reduzido o suficiente;
 Fibras nervosas calibrosas, fibras musculares esqueléticas 
(vertatrina ou concentração de cálcio abaixo de valor 
crítico). 
Efluxo excessivo de íons potássio cria negatividade consideravelmente 
maior do que ocorreria nas condições normais.
Aspectos especiais da transmissão do sinal nos troncos nervosos
 Fibras nervosas mielínicas e amielínicas
 Condução “saltatória” na fibra mielínica de nodo a nodo
A condução saltatória é importante:
1º: por fazer com que a despolarização salte por longos 
trechos, AUMENTANDO A VELOCIDADE em 5 a 50 
vezes;
2º: pois conserva energia para o axônio, visto que apenas os 
nodos despolarizam,reduzindo a perda de íons em até 100 
vezes.
3º: o isolamento e a redução de 50 vezes da capacitância da 
membrana permitem que a repolarização ocorra com 
pequena transferência de íons.
Velocidade de condução das fibras nervosas
 varia de um mínimo de 0,25m/s nas fibras amielínicas mais 
delgadas;
 Até o máximo de 100m/s, nas fibras mielínicas mais 
calibrosas.
Excitação – o processo de geração do potencial de ação
Qualquer fator que faça com que íons sódio comecem a se difundir 
para o interior, através da membrana, em quantidade suficiente, irá 
desencadear a abertura dos canais de sódio.
 Pressão mecânica: excita terminações nervosas 
sensoriais na pele;
 Neurotransmissores químicos: transmissão de sinais 
entre neurônios no cérebro;
 Corrente elétrica: transmissão de sinais entre as células 
musculares no coração e intestino.
Limiar para excitação e “potenciais locais agudos”
Períodos Refratários Absoluto e Relativo
 Período Refratário Absoluto: durante o qual nenhum 
potencial de ação pode ser produzido;
 Período Refratário Relativo: após o PRA, estímulos mais 
intensos que o normal podem excitar a fibra;
Causa da refratariedade relativa:
1) alguns canais de sódio ainda não reverteram de seu estado 
inativado;
2) 2) os canais de potássio, em geral, estão todos abertos 
(opondo-se ao sinal estimulador).
Inibição da excitabilidade
 Estabilizadores: diminuem a excitabilidade.
Ex: alta concentração de íons cálcio no líquido extracelular.
 Anestésicos locais: atua diretamente sobre as comportas de 
ativação dos canais de sódio.
Ex: procaína e tetracaína
Fim
Exercícios
1. Quais são as cargas elétricas das faces interna e externa da 
membrana plasmática de um neurônio em repouso? 
Explique.
2. O que é potencial de repouso?
3. O que é potencial de ação?
4. Qual é o mecanismo que permite à membrana plasmática 
originar um potencial de ação?
5. O neurônio obedece ou não a “Lei do Tudo ou Nada”? 
Justifique, explicando esta lei.