Biopotenciais: Membrana Celular e Potenciais de Ação

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BIOPOTENCIAIS I
QUESTÕES NORTEADORAS:
· Qual a função da membrana celular do ponto de vista da bioeletrogenese?
A diferença das cargas nas superfícies (interna e externas) da membrana, e o transporte dos íons através dos canais dependentes de voltagem, causam a excitação das células e a produção de energia, ou seja, a bioeletrogenese.
· Quais os íons envolvidos no potencial de membrana e no potencial de ação?
Os principais íons envolvidos nos potenciais de membrana e ação são os íons sódio e potássio.
· O que ocorre quando a membrana de uma célula excitável é estimulada?
Há a abertura de canais dependentes de voltagem e o trânsito de íons através destes, ocasionando a bioeleletrogenese.
· O que ocorre com o potencial de membrana quando há uma variação da concentração dos íons de K+ e Na+? E no potencial de ação?
Quando há uma variação na concentração de íons sódio, no potencial de membrana, há uma despolarização; e quando há uma alteração na concentração de íons potássio, no potencial de membrana, causa a repolarização ou a hiperpolarização.
Já no potencial de ação, a alteração destes íons leva a atuação deste potencial e consequentemente a alteração do potencial de membrana; por exemplo o mecanismo de feedback positivo (aumento da concentração de sódio e queda da concentração de potássio) e o alcance do limiar de estímulo.
· Quais as diferenças entre os potenciais de ação no neurônio, no músculo estriado esquelético e no músculo estriado cardíaco?
Potencial de repouso cardíaco: -60 a -70 milivolts
Potencial de ação cardíaco < -70 e > -60
 Potencial de ação muscular: -80 a -90 milivolts
*São potenciais gerados por células
· Potenciais de membrana: ddp entre lado externo e interno
· Potenciais de ação: causa a ddp só na membrana celular não em todo meio intra e extracelular ---> comunicação entre neurônios
· Potenciais graduados
· Potencial de equilibrio (nerst)
*bioeletrogenese: capacidade da célula de gerar eletricidade
*Acúmulo de cargas negativas (intracelular) e acumulo de cargas positivas (extracelular)
*Células excitáveis: possuem canais de voltagem, e quando estes sentirem a molécula/ carga, se abrirão para que os íons possam se excitar e se movimentar na célula excitável (bioeletrogenese);
· Estímulo ---> limiar de potencial ---> ativação dos canais dependentes de voltagem ---> geração do sinal elétrico
· As células do coração são auto excitáveis; não dependem dos canais de voltagem
*OBS.: a alteração dos íons no liquido intersticial ---> alteração de todos os biopotenciais
*canal responsável pelo platô nos músculos cardíacos--> canais de cálcio
*Permeabilidade seletiva: 
· Bicamada lipídica
· A bicamada lipídica contribui para separação de cargas assim como as diferenças 
· Interface Exterior: acumulo de carga positiva
· Interface Interior: acumulo de carga negativa
· Proteínas de transporte de membrana (canais iônicos)
· Migração iônica (força química = íons são movidos pela carga elétrica uma vez que as comportas foram abertas)
· A permeabilidade seletiva nos potenciais de membrana, atua possibilitando ou não a passagem de íons, seja do meio interno para o meio externo ou vice-versa, para que não haja saturação de cargas em algum compartimento; por exemplo, há maior concentração de íons K na face interna da membrana, a qual estará positivamente carregada, portanto ao abrir os canais dependentes de voltagem os íons K passarão para o lado externo da membrana, onde tornarão a face externa da membrana positiva e impedindo assim a passagem de mais íons K para fora da membrana. Esse processo denomina-se POTENCIAL DE DIFUSÃO (é a diferença de voltagem originada da separação de cargas resultante da difusão de partículas carregadas em uma solução.)
*Potencial de equilíbrio/potencial de Nerst: Se o potencial de equilíbrio de uma célula estiver no mesmo potencial de equilíbrio do sódio, o sódio não se moverá
· Equação de Nernst: 
 
· *No momento em que a força elétrica (ddp favorável para o transporte entre membrana) agindo no íon se anula com a força química (diferença de concentração) agindo no íon ---> potencial de equilíbrio ou potencial de Nerst
· Subtrai o valor do potencial do potássio/ sódio do potencial de membrana, determinando a força para saber quem sairá ou entrará através da membrana
· O íon que permeia mais a membrana, contribui mais p potencial de membrana
· Se a força motriz for positiva, o íon passa mais se a membrana for permeável; se a força motriz for negativa, o íon vai passar menos se a membrana for permeável.
· " A grandeza do potencial de Nernst é determinada pela proporção entre as concentrações desse íon específico nos dois lados da membrana."
· Quanto maior essa proporção, maior será a tendência para que o íon se difunda em uma direção
· FEM (força eletromotriz): diferença entre o potencial de membrana e o potencial de equilíbrio; dependendo da carga e concentração no meio, o íon sai ou entra
*Potencial de membrana: valor diferente entre o lado de fora e dentro da membrana; diferenças entre as concentrações iônicas nos dois lados da membrana.
eletrodos em dois pontos ou equação GHK
· Quando a membrana é permeável a vários íons, o potencial de difusão depende de três fatores: 
1. Polaridade das cargas elétricas de cada íon
2. Permeabilidade da membrana para cada íon
3. As [ ] de cada íon nos dois lados da membrana (meio interno e externo)
· Potencial de Repouso = Fluxo Iônico Resultante Nulo; ou seja, quais quer que sejam os canais abertos que passam íons, o fluxo resultante é nulo.
· Alterações do potencial de membrana: pode ser atenuada ou seguir um pulso de potencial elétrico 
· Pequena despolarização ou atingir o limiar do disparo do pulso; feedback positivo ===> geram um potencial de ação, ou seja, alteram o potencial de membrana. 
· Feedback positivo é interrompido com o pico do potencial de ação e fechamento dos canais para sódio
· Se a despolarização n levar ao limiar, a bomba de Na/K levará a homeostasia novamente
· Obs.: Na/K/ATPase: Mantém e reestabelece os gradientes iônicos; previne que a célula inche de água, tirando o sódio, juntamente tira a água
· No pico da excitabilidade, há uma inativação dos canais dependentes de voltagem
· Potencial de membrana sendo modificado = despolarização (entrada Na)
 Voltando para condições iniciais = repolarização (saída K)
 + reativo que o potencial de ação = hiperpolarização (saída K)
· Hiperpolarização: repolarização rápida (gráfico declina); realizada pelo potássio; o potencial de membrana torna-se mais negativo
· Tudo que for não permeante, não contribui para o potencial de membrana
*Potencial de ação: é a alteração transiente do potencial de repouso da membrana; ocorre quando o estímulo, nas células excitáveis, atinge o limiar, assim há o disparo do potencial de ação.
· TEM COMO CAUSADORES:
A. FEEDBACK POSITIVO: abertura dos canais de sódio; aumento inicial do potencial de membrana de –90miliVolts para 0, causa a abertura dos canais de Na, transportando o sódio para dentro da célula e logo em seguida, o canal de Na abre novamente, transportando este para fora e assim repete novamente, levando ao ciclo vicioso/ feedback positivo.
B. QUANDO ATINGE O LIMIAR DE ESTIMULO: o aumento do potencial de –90 milivolts gerado pelo feedback positivo, faz com que atinja o limiar = -65 milivolts, estimulando assim o potencial de ação.
· Os sinais nervosos são transmitidos por potenciais de ação, que são rápidas alterações do potencial de membrana que se propagam com grande velocidade por toda a membrana da fibra nervosa.
· Lei da excitação Tudo ou Nada: voltagem limiar, potencial de ação, estado excitatório local ---> ou despolariza ou não
· Tudo que acontecer que deixar o potencial de repouso menos negativo, facilitaa chegada no limiar ---> crises epiléticas (no caso dos neurônios)
· Propagação dos potencias de ação: através de abertura e fechamento dos canais dependentes de voltagem
· Bainha de mielina: tem como função nos corpos nervosos otimizar a propagação dos potenciais de ação
· controle do pico da despolarização: canais para sódio inativados, porém continua aberto---> início da repolarização ----> período refratário
· A forma e duração do potencial de ação dependem dos canais dependentes de voltagens, porque são eles que respondem às alterações de voltagem na membrana.
· Fluxo de informação através de neurônios
*MECANISMO CANAL PARA Na: fechado-ativo --> aberto-ativo --> aberto inativo --> fechado-ativo
*****TETRODOTOXINA X LIDOCAÍNA
· *Tetrodotoxina -TTX (toxina do baiacu): inibe canais para Na dependentes de voltagem, porém inibe também o potencial de ação e o canal nunca mais volta a funcionar, pois a ligação é irreversível e pode matar.
· *Lidocaína também inibe canais para sódio, porém esta possui ligação reversível, com o tempo o canal para sódio volta a funcionar
*MECANISMO CANAL PARA K: Ao longo do estado de repouso, a comporta do canal de potássio está fechada, e os íons potássio são impedidos de passar por esse canal para o exterior. Quando o potencial de membrana aumenta de −90 milivolts para zero essa variação da voltagem provoca a abertura conformacional da comporta, permitindo aumento da difusão de potássio para fora, por meio desses canais.
*período refratário: reflete a inativação dos canais para sódio após o potencial de ação; todos os canais para Na estão inativados; impede que o nervo entre em curto circuito após o potencial de ação; antecede a fase da repolarização.
· Absoluto: todos os canais para Na estão inativos (não terá respostas)
· Relativo: alguns canais para Na estão prontos para responder (estimulo só terá resposta se for mais forte)
 
*Potencial (de membrana) de repouso: ocorre quando o potencial de membrana não é alterado por potenciais de ação, ou seja, quando a membrana está polarizada e não há potenciais sinápticos ou qualquer outra alteração ativa do potencial de membrana.
· Potencial de repouso nas fibras nervosas é de –90mV (ou seja, o potencial dentro da fibra é 90 vezes mais negativo que do líquido extracelular = fora da fibra)
· Fluxo iônico resultante é nulo
· O que entra anula o que sai
· Potássio é o íon responsável pelo repouso
*Transporte ativo dos íons sódio e potássio- Na/kATPase:
· Todas as membranas celulares do corpo contêm uma bomba de Na+-K+ potente, que transporta continuamente íons sódio para fora da célula, e íons potássio para dentro da célula
· Geralmente há mais transporte de íons positivos para dentro do que para fora, gerando assim, um potencial negativo no lado interno das membranas
· Manter a diferença de gradiente; diferença estável de concentração de íons = mantém o potencial de repouso
· A diferença de gradiente ocorre pelo fato de a bomba transportar 3 sódios para fora e 2 potássios para dentro
Na+ (externo): 142 mEq/L 
Na+ (interno): 14 mEq/L
K+ (externo): 4 mEq/L
K+ (interno): 140 mEq/L
Na+interno/Na+externo = 0,1 K+interno/K+externo = 35,0
****OBS.:
1. Potencial de ação pós sináptico inibitório: hiperpolarização com influxo de Cl-
2. Platô: o Ca2+ é adquirido mais do líquido intersticial do que do retículo sarcoplasmático
3. Nos axônios mielinizados não há presença de cone de emergência
4. EPILEPSIA:
A epilepsia é causada por um grupo de neurônios hiperexcitáveis e se assemelha à alteração causada por um quadro de hipercalemia.
A doença é caracterizada por um estado de hiperatividade dos neurônios e circuitos cerebrais
5. Maior efluxo de um íon: Vm – Veq
Em uma preparação experimental de um axônio nervoso, potencial de membrana (Em), potencial de equilíbrio do K+ (Ek) e condutância de K+ podem ser medidos. Qual das combinações de valores criará o maior efluxo de K+? *
a. -90 - (-90) = 0mv --> equilíbrio
b. -100 - (-90) = 10 mv
c. 40mv
d. 90 mv
e. 110 mv --> maior efluxo
f. 0 mv