Resumo de Potencial de Membrana

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Objetivos da Aula
Tratado de Fisiologia Médica [recurso eletrônico] / John E. Hall; [tradução Alcides Marinho Junior ... et al.]. -Rio de Janeiro : Elsevier, 2011. 
Biofísica. GARCIA, Eduardo. A.C. ;HENEINE, Ibrahim Felippe São Paulo: Editora Sarvier, 2015. 
Biofísica – Profª Dra Isabela Arruda
Potenciais Celulares
· Compreender os aspectos da fisiologia celular relacionados ao potencial celular. 
· Compreender o conceito de potencial de difusão.
· Compreender os mecanismos moleculares relacionados ao potencial de ação e potencial de repouso nas células.
I. Considerações GeraisFisiologia da MP – A MP das Células Eucarióticas Apresenta uma bica-mada lipídica composta por uma diversidade de lipídios, que vão garantir uma polaridade a essa membrana. E todo esse arranjo es-trutural, não só em relação a pró-pria polaridade e organização da natureza química da molécula mas também em relação ao tipo de lipídios dessa camada lipídica, vão influenciar o transporte principal-mente dos íons. Que também estará relacionado ao processo de defla-gração do potencial de ação e potencial de repouso, potencial de membrana.
Além desses Fosfolipídios, Esfingolipídios, Colesteróis, Glicoproteínas, Glicolipídios, que compõem a bicamada lipídica, nós temos algumas proteínas que estão associadas a essa bicamada lipídica. Essas proteínas podem ser chamadas de proteínas transmembranas como outras membranas como acontecem com os canais iônicos. E dentro desse conjunto de canais iônicos, nós temos superfamílias de canais com funções especificas na geração do potencial de ação. Então esses canais iônicos que atravessam a membrana, ele favorecem o fluxo de cargas em função do transporte de cátions e aníons que em último grau vai influencias a diferença de potencial que se observa entre a face externa (liquido intersticial) e a parte interna que seria o próprio citosol da célula. Além disso temos algumas proteínas que funcionam como acopladores moleculares. Ex são proteínas transmembranas mas não funcionam como poro proteico/canal proteico, funcionam como acopladores, elas podem transportar a partir das faces das membranas íons (bombas iônicas como sódio Potássio). E além disso essas proteínas também podem servir de sítios de ligações para moléculas de carboidratos que formam uma malha de retenção sobre a MP. Essa ligação só acontece na face externa da membrana, ou ainda ligações de carboidratos aos próprios lipídios da MP, formando a camada de glicocalix, compreendida Glicoproteínas, quando carboidrato e os glicídios se associam as proteínas. Glicolipídios quando os carboidratos se associam aos lipídios. Então essa estrutura da bicamada lipídica acaba conferindo características especiais que vão influenciar e vão ser importantes para o transporte de moléculas dentro e fora da célula.
Temos uma diferença de potencial liquido interno e externo da MP. E toda região do meio que é formada pelas caldas hidrofóbicas dos fosfolipídios, funcionam como ambiente isolante (extremamente) relacionado ao isolamento de transporte. Por isso muitas vezes é preciso acontecer transporte (Principalmente quando se trata de íons, cátions e aníons) através dos canais iônicos, ou através das proteínas que acoplam o transporte de um ion em detrimento do outro, alterando a posição do meio externo e interno, como acontece na bomba de sódio e potássio. 
A carga liquida do meio extracelular comparada com o meio intracelular da célula, está diretamente relacionada, não só ao tipo de íon que vai sair e entrar. Mas principalmente a quantidade, a vazão de transporte especialmente dos cátions. 
Quando se pensa na concentração dos íons nos meios internos e externos, é algo que diz muito acerca do próprio processo de transporte desses íons para dentro ou fora da célula. O gradiente eletroquímico e gradiente de concentração, se referem não somente ao valor da carga efetiva que eles acabam gerando no compartimento celular, onde eles estão.
Todo transporte que acontece a partir da MP, seja transporte Passivo ou ativo, seja transporte livremente pela bicamada lipídica, ou transporte associado acoplado a proteínas, todo transporte vai ser gerenciado por esse gradiente eletroquímico e por esse gradiente de concentração dessa molécula que está passando de um lado para o outro, é importante perceber as diferenças entre as concentrações de dentro e de fora das células, (citosol e ambiente extra celular) Ex.: dentro da célula temos grande concentração de potássio e fora da célula temos grande concentração se sódio. Essa concentração, são moléculas catiônicas pois são dotadas de cargas favorecendo o desenvolvimento dessa questão de formação da diferença do potencial. É preciso que eles estejam em fluxo, gerando o déficit de carga em um compartimento e superávit de carga em outro compartimento gerando esse processo de diferencial de potencial (observando uma cel em repouso)
Meio Interno + eletronegativo
Meio Externo + eletropositivo
O transporte passivo pode ocorrer livremente pela bicamada lipídica. Para isso a molécula tem que estar +concentrada de onde está vindo e – concentrada para onde está indo. 
A difusão pode ser SIMPLES ou FACILITADA. Na difusão Simples temos o transporte de moléculas APOLARES (gás, Oxigênio, gás carbônico) Moléculas pequenas.
A água NÃO passa pela bicamada lipídica, por ser polar! Ela é um solvente universal e sempre o solvente vai passar em direção ao meio que está com maior concentração de soluto.
As proteína AQUAPORINAS são as responsáveis pelo transporte de água, elas estão espalhadas por toda extensão da membrana plasmática. Para o transporte da água não existe máxima do gradiente de concentração. A água sempre irá em direção ao meio onde há uma maior concentração de soluto, com objetivo de solubilizar esse soluto.
Obs.: O canal de vazamento de potássio também pode transportar sódio, mas em uma menor proporção. Ele tem mais afinidade por potássio, por conta da alosteria da molécula. O potássio consegue se ligar com maior afinidade molecular ao canal sendo a primeira escolha para a ligação do canal. Pq tem um grau de saturação. Por isso a difusão facilitada ela tem um balanço de cargas liquidas do que entra e sai da célula menor do que na difusão simples, pq não tem grau de saturação. Então na dif facilitada além do gradiente de concentração e eletroquímico estarem atuando do canal ainda tem o grau de saturação do próprio canal de transporte dessas moléculas.
Na difusão facilitada , essa proteínas que transporta a molécula para dentro e para fora da célula em função do gradiente eletroquímico, ela funciona como uma enzima. Vai haver uma compartimentalização alostérica da molécula que vai ser transportada (vai haver um encaixe) para que ela consiga ser transportada para dentro e para fora da célula.
O grau de satu-ração de transpor-te de um canal principalmente quando pensa em canal de vazame-nto é muito im-portante para a deflagração do po-tencial de ação e retomar o poten-cial de repouso.
A difusão FACILITADA, é feita através das proteínas, e o principal mecanismo relacionado a manutenção do potencial de repouso e geração do potencial de ação, através dos canas de vazamento.
Na bicamada lipídica na MP, os principais lipídios são os fosfolipídios, (cabeça polar e caldas hidrofóbicas apolares) mas além desses existem outros lipídios, com moléculas com caldas extremamente grandes, que são com anéis aromáticos na sua constituição que tem uma arquitetura molecular muito mais rígida do que os fosfolipídios. E quando esses lipídios chamados de Esfingolipídios, colesteróis, se associam em regiões especificas da MP, eles formam essa estrutura chamada BALSA LIPIDICA.
A balsa lipídica não é uma estrutura de transporte, por que é uma região que está envolvida com o processo de sinalização celular e molecular. É composta por moléculas sinalizadoras. Não contem transportes por canais, só acontecem por proteínas acopladas. É bastante comum que aconteça grande taxa de endocitose,exocitose, fagocitose, pinocitose e plasmocitose. São regiões especificas na MP que além de fosfolipídios, vão apresentar outras categorias de lipídios, como esfingolipídios e colesteróis. 
Qual a diferença do Esfingolipídio, colesterol e fosfolipídio? O fosfolipídio é uma molécula que tem caldas mais curtas, portanto a fluidez da MP nas regiões onde tem maior predomínio de fosfolipídios é mais fluida, favorecendo o transporte de moléculas pela bicamada de lipídios a partir das características de pequenas, apolar, e passar do meio mais para menos concentrado.
Quando pensamos em balsa lipídica, que tem uma grande quantidade de esfingolipídios e colesteróis, o que acontece? Essa grande quantidade de esfingolipídios e colesteróis, alteram a própria fluidez da bicamada de lipídios naquela determinada região da balsa lipídica. Onde tem uma serie de moléculas envolvidas no processo de sinalização e transporte em massa, endocitose, fagocitose... então a fluidez da bicamada lipídica é alterada por essa organização estrutural. Portanto o transporte por difusão simples fica dificultado. Pode ocorrer mas não na mesma velocidade da outras regiões da MP, por causa da fluidez nessa região ser menor. Nas outras regiões por não terem esse incremento de moléculas, a fluidez é normal favorecendo esse fluxo de moléculas.
Cada balsa lipídica individual, está equipada com todos elementos necessários (receptores, fatores de acoplamento, enzimas e substratos) para receber e transmitir sinais específicos.
Existe uma caracte-rística, que os canais iônicos fun-cionam semelhan-tes a enzimas. Se ligam aos substra-tos especifico. Ten-do otimização nes-se processo de transporte.
Canal iônico é uma proteína, proteínas são formadas de aminoácidos e aminoácidos tem cargas. Existem AA com cargas + e cargas - , e sem carga.
Se o canal for transportador de cátions, ele tem que ter uma balanço de cargas na região do canal associados ao poro relacionados a car-ga oposta ao que está entrando. Pa-ra ter o processo de atração chama-do Alosteria do canal. 
Esses canais são transmem-branas e por isso eles com-seguem transportar de dentro para fora, determi-nados tipos de canais e de fora para dentro, outros tipos de canais.
Temos como exemplo de TA, a Bomba de Na/K+, pois influencia no saldo de cargas para poder fechar um potencial de membrana.
O TA pela Bomba de Na/k+ vai jogar para dentro da célula potássio, contra o gradiente de concentração, e para fora da célula sódio.
Pq a Bomba de Na/k+ é importante para a manutenção do equilíbrio eletrolitrico Na/k+ dentro e fora da célula? Manter uma concentração desses íons ideal dentro e fora das células. Para que os canais de vazamento não parem. 
O potencial de repouso/ membrana, é diferente em todas as células em relação a membrana interna e externa. Sendo diretamente relacionado ao funcionamento fisiológico da célula. Então temos um fluxo de cargas onde o potencial de membrana na face interna da MP, é negativo e na face externa é positivo.
O potencial de difusão corresponde ao fluxo de cargas pela MP em grandeza de 1 milissegundo o que passou para fora e para dentro, gerando o diferencial de potencial DDP do meio externo entre meio interno, ou ao contrário. 
Pensando no próprio processo de impulso nervoso ou de contração muscular, qual é a importância da face interna da MP tem um potencial um pouco mais + do que (-94 mV.. -75.. -80) ?? O potencial de ação é deflagrado pela abertura dos canais de vazamento e canais voltagem dependentes. A polarização da membrana é quando está em potencial de repouso, potencial em torno de -90 a -75mV. Para que essa célula assuma um potencial de ação, é preciso que haja um limiar excitatório, é preciso que esse potencial de membrana Chegue a uma grandeza de em média -45mV. Para que ela atinja esse limiar excitatórios, é preciso que haja um vazamento de Na+ para dentro da fibra. Então esse incremento de cargas positivas a partir do fluxo de Na+ para dentro da MP e o aumento do potencial de repouso é muito importante para a manutenção da velocidade de compulsão do impulso nervoso e do processo de contração a partir da estimulação da junção mio-neural. Se O potencial de repouso de uma célula varia em torno de -75mV até -90 mV.
O incremento de potássio que é o grande responsável por esse balanço de cargas negativas e geração do potencial de membrana é de cerca de -94mV, como pode diminuir essa eletronegatividade para -75mV? Pode pq não acontece unicamente o transporte de potássio unicamente pelo canal de vazamento de potássio, através da MP. Não! Existem outros cátions que também estão sendo transportados, influenciarão em menor proporção mas que terá grande importância fisiológica nesse potencial de membrana, por ex, o sódio! A carga liquida positiva que o sódio joga no interior da célula é muito importante pq ele vai diminuir essa eletronegatividade do potencial de repouso. Quando se pensa que isso está diretamente relacionado ao potencial de ação quanto menor for a eletronegatividade da face interna da membrana, mais fácil é de atingir o limiar excitatório. 
Como é que vamos relacionar, numericamente essa questão da geração de potencial de difusão de um cátion em relação ao outro? Como vou saber a importância da contribuição de potássio em relação a contribuição de sódio? Através da equação de Nernst.
Tecnica de Voltage Clamp
O que influencia na manutenção do potencial de repouso de células excitáveis, é a Não Excitação da célula. 
O fluxo de potássio muito maior para fora da célula, e fluxo de sódio para dentro, tendo como apoio a bomba de Na+/k+ sendo importante para manter as concentrações desiguais. Potássio de dentro em relação ao de sódio fora e sódio dentro fazendo com que os canais de vazamento nunca parem de atuar.
Como acontece a excitação de uma célula Excitável? (Seja uma fibra nervosa ou muscular) Antes da entrada de sódio, os canais de sódio são abertos, através de um estimulo. Esse estimulo fará a excitação. 
A bomba Na+/K+, Vai garantir essa diferença concentração de Na+ / K+ dentro e fora da célula.
Pela equação de Goldman, que vai relacionar, o balanço de cargas de cada potencial de difusão da carga em si.
O potencial de ação vai acontecer a partir da abertura dos canais de Na+. É o principal na deflagração!
Tecnica de Voltage Clamp
A partir de um estímulo (mecânico, físico, químico ou biológico, vai perturbar ou excitar, alterar, a homeostasia, daquela célula nervosa, vai abrir canais de Na+ de uma categoria especial chamada Canais de Na+ voltagem dependentes.
Os Canais de Sódio e Potássio Regulados pela Voltagem.
Só passa Na+ (ALOSTERISMO) 
Abertura 
1. Ativação do Canal de Sódio 
2. Inativação do Canal de Sódio.
3. Repouso dos canais de potássio.
4. Ativação dos canais de potássio. 
Fecha na Repolarizacao 
Fecha retomando p/ Pot. De Membrana
Abertura K+ 
Figura 5-7 Características dos canais regulados pela voltagem de sódio (acima)e potássio (abaixo),mostrando sucessivas ativações e inativações dos canais de sódio e a ativação demorada dos canais de potássio, quando o potencial de membrana foi alterado do valor normal negativo de repouso para um valor positivo.