Resumo Capítulo 3 Bear: A membrana neuronal em repouso

Prévia do material em texto

@diego_sanson – UFJF 
 
A membrana neuronal em repouso 
Introdução: 
A carga elétrica no citosol do axônio é transportada por átomos eletricamente 
carregador (íons) em vez de elétrons livres. Isso torna o citosol muito menos condutivo 
do que um fio de cobre. Ademais, além de o axônio não ser particularmente bem isolado, 
ele é banhado em fluido extracelular salino, que conduz eletricidade. 
A membrana do axônio possui propriedades que driblam essa situação e permite 
a condução do sinal, o impulso nervoso ou potencial de ação. Os potenciais de ação são 
diminuem com a distância, pois são sinais de tamanho e duração fixas. A informação está 
codificada na frequência dos potenciais de ação dos neurônios, bem como na distribuição 
e no número de neurônios disparando os potencias de ação em um dado nervo. 
Células capazes de gerar e conduzir potenciais de ação, que incluem tanto células 
nervosas como musculares, são conhecidas por possuírem uma membrana excitável. A 
“ação” nos potenciais de ação ocorre na membrana celular. 
Quando uma célula com membrana excitável não está gerando impulsos, diz-se 
que ela está em repouso. No neurônio em repouso, o citosol em contato com a superfície 
interna da membrana possui carga elétrica negativa com relação ao exterior. Essa 
diferença de carga elétrica através da membrana é chamada de potencial de repouso da 
membrana (ou potencial de repouso). O potencial de ação é simplesmente uma breve 
inversão dessa condição e, por um instante o interior da membrana torna-se positivamente 
carregado em relação ao exterior. 
A escolha dos componentes químicos: 
- Íons são os principais portadores de carga envolvidos na condução da eletricidade em 
sistemas biológicos, incluindo o neurônio. Os íons especialmente importantes para a 
neurofisiologia celular são os cátions: Na+, K+ e Ca2+, e o ânion Cl-. 
- Os lipídios da membrana neuronal contribuem para os potenciais de repouso e ação por 
formarem uma barreira aos íons solúveis em agua e a própria água. A bicamada 
fosfolipídica isola o citosol do neurônio do fluido extracelular. 
- O tipo, e a distribuição das moléculas proteicas distinguem os neurônios de outros tipos 
celulares. 
@diego_sanson – UFJF 
 
- Os potencias de repouso e de ação são dependentes de proteínas especiais que 
atravessam a bicamada lipídica. Essas proteínas – os chamados canais iônicos – definem 
passagens para os íons através da membrana neuronal. 
- Canais iônicos possuem uma propriedade, determinada pelo diâmetro do poro e pela 
natureza dos grupamentos R que o revestem, que é a seletividade iônica. Outra importante 
propriedade de muitos canais é a existência de portões: esses podem ser abertos ou 
fechados por alterações no microambiente local da membrana. 
- Outras proteínas transmembrana organizam-se para formar bombas iônicas, que são 
enzimas que usam a energia liberada pela quebra do ATP para transportar certos íons 
através da membrana. 
O movimento de íons: 
A existência de um canal aberto na membrana não necessariamente significa que 
haverá movimento direcionado de íons através da mesma. Tal movimento também requer 
que forças externas sejam usadas para forçá-los a atravessar. Movimentos iônicos através 
de canais são influenciados por dois fatores: difusão e eletricidade. 
Difusão: 
Movimento direcionado de íons de regiões de alta concentração para regiões de 
baixa concentração. 
Apesar de os íons normalmente não passarem diretamente através da bicamada 
fosfolipídica, a difusão faz com que os íons sejam forcados através dos canais da 
membrana. 
A diferença de concentração do meio intra extracelular é chamada de gradiente 
eletroquímico. Os íons fluem a favor do gradiente de concentração. 
Íons que sejam forçados a atravessar a membrana por difusão assim o fazem 
quando 1: a membrana possui canais a eles permeáveis e 2: existe um gradiente de 
concentração através da membrana. 
Eletricidade: 
Uma outra maneira de induzir um movimento direcionado de íons em uma solução 
é usando um campo elétrico. 
@diego_sanson – UFJF 
 
O potencial elétrico, também chamado de voltagem, reflete a forca exercida sobre 
uma partícula carregada, assim como a diferença entre o anodo e o catodo. Mais corrente 
flui quanto maior for essa diferença. 
O movimento de qualquer íon através de seu canal depende do gradiente de 
concentração e da diferença no potencial elétrico através da membrana. 
As bases iônicas do potencial de repouso da membrana: 
O potencial de membrana é a voltagem através da membrana neuronal em 
qualquer momento, sendo representado pelo símbolo Vm. Às vezes, o Vm está “em 
repouso”; outras vezes não (no potencial de ação). 
O interior do neurônio é eletricamente negativo em relação ao exterior. Essa 
diferença constante será mantida sempre que o neurônio não esteja gerando impulsos. 
O potencial de repouso de um neurônio típico é de cerca de -65 mV. 
Potenciais de equilíbrio 
Se a membrana fosfolipídica for impermeável, mesmo que exista uma diferença 
de concentração entre o meio interno e externo, não haveria movimento direcionado de 
íons, tendo 0 mV como diferença de potencial. 
À medida que o fluido no interior adquirisse mais e mais carga negativa, a força 
elétrica começaria a atrair os íons de K+ positivamente carregados de volta para o interior 
celular. Quando uma determinada diferença de potencial fosse atingida, a força elétrica 
atraindo os íons K+ ao interior contrabalançaria a forca de difusão que os estaria 
colocando para fora. Assim, um estado de equilíbrio seria atingido, onde a força elétrica 
e a força de difusão seriam iguais e opostas, cessando o movimento direcionado de K+ 
através da membrana. A diferença de potencial elétrico que contrabalança exatamente um 
gradiente de concentração iônico é chamado de potencial de equilíbrio iônico ou potencial 
de equilíbrio. 
Observações importantes: 
- Grandes alterações no potencial de membrana são causadas por alterações minúsculas 
nas concentrações iônicas. 
@diego_sanson – UFJF 
 
- A diferença de carga elétrica ocorre entre as superfícies interna e externa da membrana. 
Em função de a bicamada ser tão fina, torna-se possível que os íons de um lado interajam 
eletrostaticamente com os íons do outro lado da bicamada. A carga negativa de dentro da 
célula não é distribuída igualmente pelo citosol, mas, ao contrário, é localizada na face 
interna da membrana. Capacitância da membrana. 
- Íons são impelidos através da membrana em uma velocidade proporcional a diferença 
de potencial de membrana e o potencial de equilíbrio. Vm – Eion é chamado de força de 
impulsão iônica. 
- Se a diferença de concentração para um íon através da membrana é conhecida, o 
potencial de equilíbrio para esse íon pode ser calculado. 
A equação de Nernst: cada íon tem seu próprio potencial de equilíbrio- o potencial elétrico 
estacionário que seria atingido se a membrana fosse permeável somente aquele íon. 
Sabendo-se a carga elétrica de um íon e sua diferença de concentração através da 
membrana, pode-se facilmente deduzir se o interior celular seria positivo ou negativo no 
equilíbrio. A equação de Nernst leva em consideração a carga do íon, a temperatura e a 
razão das concentrações externas e interna do íon. 
Distribuição de íons através da membrana 
O potencial de membrana do neurônio depende das concentrações iônicas nos dois 
lados da membrana. O mais importante é que o K+ está mais concentrado no meio 
intracelular e que o Na+ e Ca2+ estão mais concentrados no meio extracelular. 
Gradientes de concentração iônica são estabelecidos pela ação de bombas iônicas 
na membrana neuronal. Bomba de sódio e potássio e a bomba de cálcio. 
A bomba de sódio e potássio é uma enzima que hidrolisa ATP na presença de 
sódio intracelular, que troca Na+ intracelular por K+ extracelular. A ação dessa bomba 
garante que o K+ esteja mais concentrado dentro do neurônio e que o Na+esteja mais 
concentrado fora. Esse trabalho, contra o gradiente de concentração, exige o gasto de 
energia metabólica (estima-se que a bomba de sódio e potássio gaste até 70% da 
quantidade de ATP utilizada pelo encéfalo. 
A bomba de cálcio é uma enzima que transporta ativamente Ca2+ para fora do 
citosol através da membrana celular. 
@diego_sanson – UFJF 
 
As bombas iônicas trabalham na retaguarda para assegurar que os gradientes de 
concentração iônica sejam estabelecidos e mantidos, sem elas, o potencial de repouso da 
membrana não existia, e o encéfalo não funcionaria. 
Permeabilidades iônicas relativas da membrana em repouso 
Lembre-se que o potencial de equilíbrio de um íon é o potencial de membrana que 
resultaria se a membrana fosse seletivamente permeável aquele íon isoladamente, 
contudo, os neurônios não são permeáveis a um único tipo de íon. 
Se a membrana de um neurônio fosse permeável somente ao K=, o potencial de 
membrana seria igual ao Ek, que é de -80 mV. Se a membrana de um neurônio fosse 
permeável somente ao Na_, o potencial de membrana seria igual ao Ena, 62 mV. 
O potencial de repouso da membrana, que é de -65 mV, aproxima-se, sem 
alcançar, do potencial de equilíbrio do potássio, que é de -80 mV. Essa diferença surge 
porque, apesar de a membrana em repouso ser altamente permeável ao K+, existe um 
vazamento constante de Na+ para dentro da célula. 
A equação de Goldman leva em consideração a permeabilidade relativa da 
membrana aos diferentes íons, se nos preocuparmos somente com K+ e Na+ e 
presumimos que a permeabilidade da membrana em repouso é 40 vezes maior ao K+ do 
que ao Na+, então a equação de Goldman prediz que o potencial de membrana é de -65 
mV, que é o valor observado. 
O vasto mundo dos canais de potássio: A seletividade para os íons K+ provem do arranjo 
espacial dos resíduos de AA que revestem as regiões do poro do canal e mutações 
envolvendo um único AA dessa região podem interromper a função neuronal 
severamente. 
Importância da regulação da concentração externa de potássio: Outra consequência da 
alta permeabilidade ao K+ é que o potencial de membrana é particularmente sensível a 
alterações na concentração extracelular de potássio. 
Uma alteração no potencial de membrana do valor de repouso normal (-65mV) para um 
valor menos negativo é chamada de despolarização da membrana, logo, um aumento na 
concentração extracelular de potássio despolariza os neurônios. 
@diego_sanson – UFJF 
 
Mecanismos como a barreira hematencefálica (uma especialização das paredes 
dos capilares no encéfalo que limita o movimento de potássio para dentro do fluido 
extracelular do encéfalo), regulam firmemente as concentrações extracelulares de 
potássio no encéfalo. 
A glia e, em particular, os astrócitos, também possuem mecanismos eficientes para 
capturar K+ extracelular sempre que a concentração suba. 
Nem todas as células excitáveis, entretanto, são protegidas dos aumentos na 
concentração de potássio. Células musculares, por exemplo, não possuem uma barreira 
hematencefálica ou mecanismos gliais de tamponamento.