Bioeletrogênese - Potencial de ação

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1. Descreva resumidamente a formação do potencial de repouso da célula
O potencial de repouso é determinado por gradientes de concentração de íons através da membrana e pela permeabilidade da membrana para cada tipo de íon. As células têm muito mais canais de vazamento de potássio do que canais de vazamento de sódio. Portanto, o potássio se difunde para fora da célula a uma taxa muito mais rápida do que o sódio entra. Como há mais cátions deixando a célula do que entrando, isso faz com que o interior da célula seja carregado negativamente em relação ao exterior da célula. As ações da bomba sódio-potássio ajudam a manter o potencial de repouso, uma vez estabelecido. À medida que mais cátions são expelidos da célula do que absorvidos, o interior da célula permanece carregado negativamente em relação ao fluido extracelular.
2. Como a célula se encontra, em repouso em relação às concentrações de sódio e potássio intra e extracelulares?
Com relação ao sódio, há uma maior concentração extracelular do que intracelular (Na+ externo: 142 mEq/L; Na+ interno: 14 mEq/L). Já com relação ao potássio, o cenário é oposto, há muito mais íons potássio dentro (140 mEq/L), do que do lado de fora da membrana (4 mEq/L).
3. Qual é o fluxo potencial dos íons sódio e potássio em relação ao seu equilíbrio eletroquímico e ao equilíbrio da membrana em repouso?
O fluxo potencial é de entrada de íons sódio, já que ele é muito mais concentrado do lado externo da membrana, e de saída de íons potássio, já que ele é muito mais concentrado internamente na célula.
4. Descreva as características dos canais de sódio voltagem dependente. Como ele se encontra na membrana em repouso? Qual é o estímulo necessário para sua ativação?
Esse canal tem duas comportas — uma perto da abertura externa do canal, referida como comporta de ativação, e a outra perto da abertura interna do canal, referida como comporta de inativação. Na membrana normal em repouso, onde o potencial de membrana é –90 milivolts, a comporta de ativação está fechada, impedindo a entrada, por menor que seja, de íons sódio para o interior da fibra, por esses canais de sódio. Quando o potencial de membrana se torna menos negativo que durante o estado de repouso, aumentando de –90 milivolts até zero, ele atinge a voltagem — em geral, de cerca de −70 a −50 milivolts —, o que provoca alteração conformacional abrupta da comporta de ativação, fazendo com que o canal fique totalmente aberto. Durante esse estado ativado, os íons sódio podem entrar pelo canal, aumentando a permeabilidade da membrana ao sódio por 500 a 5.000 vezes.
5. O que é estímulo limiar? O que é estímulo sublimiar?
Qualquer aumento abrupto do potencial de membrana de fibra nervosa calibrosa de –90 milivolts para cerca de –65 milivolts usualmente provoca o explosivo desenvolvimento do potencial de ação. Esse nível de –65 milivolts é referido como o limiar para a estimulação. Ou seja, qualquer estímulo que aumente o potencial para mais de -65 milivolts é estímulo limiar. Já estímulo sublimiar é aquele que não alcança o limiar de despolarização.
6. Em caso de aumento na permeabilidade ao sódio em uma membrana em repouso, ele vai entrar na célula ou sair dela? Por que?
Ele vai entrar na célula, pois de acordo com o gradiente de concentração há mais íons sódio fora da célula (142mEq) do que dentro 14mEq), fazendo com que ocorra um influxo desses íons para dentro da célula, seguindo esse gradiente.
7. Em caso de aumento na permeabilidade ao potássio em uma membrana em repouso, ele vai entrar ou sair da célula? Por que?
Ele vai sair da célula, pois de acordo com o gradiente de concentração há mais íons potássio dentro da célula (140mEq) do que do lado externo (4mEq), fazendo com que ocorra um efluxo desses íons para fora da célula, seguindo esse gradiente.
8. O que é potencial de ação?
O potencial de ação nada mais é do que a capacidade das células conduzirem sinais elétricos e assim conduzirem informações umas as outras, sendo crucial para a sobrevivência. No potencial de ação há uma inversão, uma mudança abrupta e transitória do potencial elétrico de repouso da célula excitável, onde a célula passa de – 70 mv a + 30 mv, ocorrendo uma ampla despolarização do potencial elétrico dessa célula. Essa despolarização é causada por transientes iônicos através da membrana frente à estímulos que atinjam o limiar de excitabilidade da célula. No potencial de ação, há uma alta permeabilidade à passagem de sódio, pois, os canais PDC (canais dependentes de voltagem) de sódio se abrem, e então há um grande influxo de , fazendo com que a célula se torna menos negativa (positiva), e assim despolarize desencadeando o PA. Então um potencial de ação é disparado dentro de um princípio denominado lei do tudo ou nada. O potencial de ação ocorre quando o estímulo é suficiente para atingir o limiar de excitabilidade e dessa forma gerar a despolarização da membrana e propagação do impulso nervoso. Portanto, fica claro que se o estímulo não atinge esse limiar, nada ocorre.
9. Quais são as fases do potencial de ação e que íon é principalmente responsável por cada uma delas?
O potencial de ação corre em três etapas. Primeiramente ela se encontra no estágio de repouso, esse estágio é o potencial de repouso da membrana, antes do início do potencial de ação. Diz-se que a membrana está “polarizada” durante esse estágio, em razão do potencial de membrana de −90 milivolts negativo existente. Despolarização: nessa fase a membrana fica mais permeável aos íons sódio, permitindo que grande quantidade desses íons entre na célula. Com isso o estado normal de -90mV é neutralizado devido ao influxo dos íons sódio com carga positiva. Isso deixa a célula despolarizada em estado neutro. Por último existe o estágio de repolarização. Em alguns décimos de milésimos de segundo após a membrana ter ficado muito permeável aos íons sódio, os canais de sódio começam a se fechar, e os canais de potássio se abrem mais que o normal. Então, a rápida difusão dos íons potássio para o exterior restabelece o potencial de repouso negativo da membrana que é referido como repolarização da membrana. O principal íon responsável por cada fase corresponde ao potássio, ao sódio e ao potássio, respectivamente.
10. Desenhe o gráfico do potencial de ação, e no mesmo gráfico adicione as correntes iônicas responsáveis por cada fase
11. Por que o potencial de ação é TUDO OU NADA?
Porque uma vez em que o potencial de ação foi gerado em algum lugar da membrana da fibra normal, o processo de despolarização trafega por toda a membrana, se as condições forem adequadas, ou não se propaga de qualquer modo, se as condições não forem adequadas.
12. O que é período refratário? Responda com base na configuração do canal responsável por esse período.
É o período em que um novo potencial de ação não pode ocorrer na fibra excitável, ele dura enquanto a membrana ainda estiver despolarizada pelo potencial de ação precedente. A razão para essa restrição é que logo após o potencial de ação ser desencadeado, os canais de sódio (ou canais de cálcio, ou ambos) ficam inativos, e qualquer quantidade de sinal excitatório aplicado a esses canais, nesse momento, não vai abrir as comportas de inativação. A única condição que permitirá sua reabertura é o retorno do potencial de membrana ao valor original, ou próximo disso, do potencial de repouso da membrana. Então, em pequena fração de segundo, as comportas de inativação dos canais se abrem, e novo potencial de ação pode ser iniciado.
13. Como se dá a propagação do potencial de ação ao longo de um axônio?
A membrana do axônio é envolvida pela célula de Schwann, cuja membrana é rica em uma lipoproteína mielina (isolante elétrico). Entre uma bainha de mielina e outra encontram-se o nodo de ranvier, é através desse nodo de ranvier que ocorre a despolarização, ocorrendo o impulso saltatório. Essa condução saltatória conduz o impulso mais rapidamente, e conserva energia para o axônio.
14. Qual é a diferença entre a condução linear e a saltatória? Que características o tecidoprecisa apresentar para que a condução seja saltatória?
Condução contínua é realizada em neurônios amielanizados consistindo numa maior lentidão da propagação do estímulo elétrico. Condução saltatória é realizada por neurônios mielanizados e possuem uma maior velocidade de condução e gastam menos energia. É necessário ao tecido ser constituído por um isolante elétrico tal qual a mielina é no tecido nervoso.