Potencial de Ação e sinapse

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Potencial de Ação e Sinapses 
 
 
Os potenciais de ação gerados por uma 
porção da membrana são similares em 
tamanho e duração, e não diminuem à medida 
que são propagados pelo axônio. É importante 
lembrar: a frequência e o padrão de potenciais 
de ação constituem o código utilizado pelos 
neurônios para transferir informação de um 
local para outro. 
Fases identificáveis do potencial de ação: 
osciloscópio 
 A primeira parte, chamada de fase 
ascendente, é caracterizada por uma 
rápida despolarização da membrana - 
continua até o Vm atingir o valor máximo 
de pico, de aproximadamente 40 mV. A 
parte do potencial de ação em que o lado 
de dentro do neurônio está carregado 
positivamente em relação ao lado externo 
é chamada de pico de ultrapassagem. 
 A fase descendente do potencial de ação 
é uma rápida repolarização do meio 
interno da membrana até ele ficar, de 
fato, mais negativo que o potencial de 
repouso. A última parte da fase 
descendente é chamada de undershoot, ou 
hiperpolarização pós-potencial. Por fim, 
há uma restauração gradual do potencial 
de repouso. O potencial de ação dura 
cerca de 2 milissegundos (ms), do início 
ao fim. 
Métodos utilizados para estudar o potencial: 
intracelular (colocação de um microeletrodo 
dentro de um neurônio ou axônio- difícil) ou 
extracelular (Essas correntes elétricas podem 
ser detectadas, sem que o eletrodo penetre no 
neurônio, se o eletrodo for colocado próximo 
da membrana). 
A membrana dessas fibras possui um tipo de 
canal de sódio fechado que se abre quando 
 
 
 
terminação nervosa é estirada ou sofrem 
estímulos. 
A cadeia de eventos, por conseguinte, começa 
desta forma: (1) vai acontecer um estímulo, 
(2) a membrana de fibras nervosas é estirada, 
(3) e canais permeáveis ao Na+ se abrem. 
MAS COMO ISSO ACONTECE? Devido ao 
gradiente de concentração e à carga negativa 
do interior da membrana, o Na+ atravessa a 
membrana através desses canais. 
A entrada de Na+ despolariza a membrana; 
isto é, a superfície citoplásmica (interna) da 
membrana torna-se menos negativa. Essa 
despolarização poderá gerar um potencial de 
ação, deve ser alçando limiar = Os potenciais 
de ação são causados pela despolarização da 
membrana além do limiar. 
Porem essa entrada de Na e despolarização 
pode acontecer de diferentes formas: canais 
sensíveis ao estiramento (pele), canais 
sensíveis a neurotransmissores, conta de uma 
corrente elétrica, etc. 
A taxa de geração de potenciais de ação 
depende da magnitude da corrente contínua 
despolarizante. Assim, a frequência de 
disparos de potenciais de ação reflete a 
magnitude da corrente despolarizante. Essa é 
uma das formas pelas quais a intensidade do 
estímulo é codificada no sistema nervoso. No 
entanto, existe uma frequência máxima de 
disparos = cerca 1000Hz. 
Período refratário absoluto: um potencial de 
ação é iniciado, é impossível iniciar outro por 
um intervalo de tempo, sendo cerca de 1 ms. 
Porem, mesmo após esse tempo ainda é difícil 
iniciar outro potencial = período refratário 
relativo = quantidade de corrente para 
despolarizar o neurônio até o limiar do 
potencial de ação é maior do que a normal. 
 RESUMINHO: 
A despolarização da célula durante o 
potencial de ação é causada pelo influxo de 
íons sódio através da membrana, e a 
repolarização é causada pelo efluxo de íons 
potássio. 
 Teoria: 
A membrana dessa célula tem três tipos de 
moléculas proteicas: bombas de sódio e 
potássio, canais de potássio e canais de sódio. 
Elas buscam manter gradiente de 
concentração. Normalmente, vamos encontrar 
mais Na fora das células e K dentro. 
K+ fluirá para fora da célula, a favor de seu 
gradiente de concentração, até que o interior 
se torne carregado negativamente. 
A corrente de potássio flui somente quando os 
canais de potássio na membrana se abrem. 
Dessa forma, os íons K+ fluem para fora da 
célula – desde que o potencial de membrana 
seja diferente do potencial de equilíbrio do 
potássio = suposição para neurônio ideal. 
A membrana de nosso neurônio ideal é 
permeável somente ao K+ 
O QUE ACONTECE COM SODIO? 
Como o potencial de membrana é mais 
negativo em relação ao potencial de equilíbrio 
do sódio, existe uma grande força motriz para 
o Na+. No entanto, como a membrana é 
impermeável ao Na+, não pode existir 
corrente resultante de Na+. 
AGORA ESSES CANAIS ELES SERÃO 
ABERTOS 
Existe uma grande força motriz de entrada 
para o Na+ na célula. Assim, temos o 
necessário para gerar uma alta corrente de 
sódio através da membrana. Assumindo que a 
permeabilidade da membrana é agora maior 
ao sódio do que ao potássio, este influxo de 
Na+ despolariza o neurônio. - 
ASCENDENTE 
Como podemos explicar a fase descendente? 
Simples, os canais de sódio se fecham 
rapidamente, ao passo que os canais de 
potássio permanecem abertos, de forma que a 
membrana retorna a ser predominantemente 
permeável ao o K+. Então, o K+ fluirá para 
fora da célula até o potencial de membrana se 
igualar ao EK. 
 
 PRÁTICA: 
Quando a membrana é despolarizada ao 
limiar, existe um aumento transitório na gNa. 
Isso permite a entrada de Na+ na célula, que 
despolariza o neurônio. Esse aumento na gNa 
tem de ser muito breve, pela curta duração do 
potencial de ação. Durante a restauração do 
potencial negativo da membrana ocorre um 
aumento transitório na gK durante a fase 
descendente do potencial de ação, permitindo 
ao K+ sair rapidamente do neurônio 
despolarizado. 
- Fixação de voltagem = medir os níveis de 
Na e K na membrana durante o potencial = 
fixar o potencial da membrana para analisar 
as mudanças na condutância. 
 - CANAL DE SÓDIO DEPENDENTE DE 
VOLTAGEM: 
A proteína forma um poro na membrana e é 
altamente seletiva ao Na+, e o poro abre e 
fecha de acordo com alterações na voltagem 
da membrana. 
O canal de sódio dependente de voltagem é 
criado a partir de um único e longo 
polipeptídeo. A molécula possui quatro 
domínios distintos, numerados de I a IV; cada 
domínio consiste em seis segmentos de a-
hélice transmembrana, numerados de S1 a S6. 
Os quatro domínos se unem para formar um 
poro entre eles. O poro fica fechado quando a 
membrana está em seu potencial de repouso 
negativo. Quando a membrana é 
despolarizada até o limiar, entretanto, a 
molécula sofre uma alteração conformacional 
para permitir a passagem de Na+ através do 
poro. Assim como o canal de potássio, o canal 
de sódio apresenta, junto ao poro, alças que se 
organizam para formar um filtro seletivo 
(Esse filtro faz o canal de sódio mais 
permeável ao Na+ do que ao K+). 
Aparentemente, os íons de Na+ são 
desprovidos de quase todas as suas moléculas 
de água associadas durante a sua passagem 
pelo canal. A água retida, que serve como 
uma espécie de “acompanhante” molecular 
para o íon. O complexo íon-água pode, então, 
ser utilizado para selecionar Na+ e excluir 
K+. 
 
Fixação de membrana (patch-clamp) = 
estudar correntes iônicas que passam através 
de canais iônicos individuais. 
A mudança de potencial de membrana em 
uma porção da membrana axonal de − 80 a − 
65 mV provoca pouco efeito nos canais de 
sódio dependentes de voltagem. Eles 
permanecem fechados porque a 
despolarização da membrana ainda não 
atingiu o limiar. A mudança de potencial de 
membrana de − 65 a − 40 mV, entretanto, 
causa a rápida abertura desses canais. 
Um padrão de comportamento característico: 
1. Eles abrem com pouco atraso (ativação 
rápida). 
2. Eles permanecem abertos por cerca de 1 ms 
e, então, fecham-se (são inativados). 
3. Eles não podem ser abertos novamente 
mediante despolarização até que o potencial 
de membrana retorne para um valor negativo 
próximo ao limiar. 
Efeitos de Toxinas sobre os Canais de Sódio: 
Algumas toxinas poderiam seletivamente 
bloquear os canais de sódio. A tetrodotoxina 
(TTX) obstrui o poro decanal permeável ao 
Na+ ligando-se fortemente a um sítio 
específico no lado externo do canal. A TTX 
bloqueia todos os potenciais de ação que são 
dependentes de sódio e, em geral, é fatal 
quando ingerida. 
 CONDUÇÃO DO POTENCIAL DE 
AÇÃO: 
Para transferir informação de um ponto a 
outro no sistema nervoso, é necessário que o 
potencial de ação seja conduzido ao longo do 
axônio. Quando uma porção da membrana 
axonal é despolarizada suficientemente para 
atingir o limiar, os canais de sódio 
dependentes de voltagem 
se abrem e o potencial de ação é iniciado. 
Dessa forma, o potencial de ação faz seu 
caminho ao longo do axônio até alcançar o 
terminal axonal, assim iniciando a 
transmissão sináptica. 
Os potenciais de ação podem propagar-se sem 
decremento ao longo dos nervos sensoriais, 
uma vez que a membrana axonal é excitável e 
tem canais de sódio dependentes de voltagem. 
Entretanto, para essa informação ser 
processada pelo resto do sistema nervoso 
central, esses sinais neurais devem ser 
transmitidos para outros neurônios. O 
processo de transferência de informação na 
sinapse é denominado transmissão sináptica. 
 TIPOS DE SINAPSE: 
SINAPSES ELÉTRICAS: 
As sinapses elétricas são relativamente 
simples em estrutura e função e permitem a 
transferência direta da corrente iônica de uma 
célula para outra = junções comunicantes. 
 Quando as junções comunicantes 
interconectam neurônios, elas funcionam 
propriamente como sinapses elétricas. Na 
junção comunicante, as membranas celulares 
são separadas por uma distância de apenas 3 
nm, e essa estreita fenda é atravessada por 
conjuntos de proteínas específicas, 
denominadas conexinas. Seis subunidades de 
conexina juntam-se para formar um canal, 
denominado conéxon, e dois conéxons (um de 
cada membrana) combinam-se para formar o 
canal da junção comunicante. O poro da 
maioria desses canais é relativamente grande. 
A maioria das junções comunicantes entre 
neurônios permite que a corrente iônica passe 
adequadamente em ambos os sentidos = as 
sinapses elétricas são bidirecionais. 
Assim, um potencial de ação em um neurônio 
pré-sináptico pode gerar, quase 
instantaneamente, um potencial de ação no 
neurônio pós- -sináptico. 
Quando dois neurônios estão acoplados 
eletricamente, o potencial de ação no 
neurônio pré-sináptico induz um pequeno 
fluxo de corrente iônica para o outro neurônio 
através da junção comunicante. Essa corrente 
causa um potencial pós-sináptico (PPS) 
eletricamente mediado no segundo neurônio. 
Entretanto, um neurônio geralmente faz 
sinapses elétricas com muitos outros 
neurônios, de forma que vários PPS 
ocorrendo simultaneamente podem excitar 
fortemente um neurônio. 
Elas são frequentemente encontradas onde a 
função normal requer que a atividade dos 
neurônios vizinhos seja altamente 
sincronizada. EX: Correntes que fluem 
através das junções comunicantes durante as 
oscilações de membrana e potenciais de ação 
servem para coordenar e sincronizar a 
atividade dos neurônios olivares inferiores, e 
isso, por sua vez, pode contribuir para o 
refinamento do controle motor. 
 
SINAPSE QUÍMICA: 
A maioria da transmissão sináptica no sistema 
nervoso humano maduro é química. 
As membranas pré e pós-sinápticas nas 
sinapses químicas são separadas por uma 
fenda – a fenda sináptica – com largura de 20 
a 50 nm, cerca de 10 vezes mais larga do que 
a fenda de separação nas junções 
comunicantes. A fenda é preenchida com uma 
matriz extracelular de proteínas fibrosas. Uma 
das funções dessa matriz é manter a adesão 
entre as membranas pré e pós-sinápticas. 
O lado pré-sináptico de uma sinapse, também 
chamado de elemento pré-sináptico, 
normalmente é um terminal axonal. Em geral, 
um terminal contém dúzias de pequenas 
esferas envoltas por membrana, cada uma 
com cerca de 50 nm de diâmetro, chamadas 
de vesículas sinápticas, contendo 
neurotransmissores, substâncias químicas 
utilizadas na comunicação com neurônios 
pós-sinápticos. Muitos terminais também 
contêm grânulos secretores, sendo 
denominadas vesículas grandes e 
eletronicamente densas. 
 
Acumulações densas de proteínas na e 
adjacentes à membrana plasmática, de ambos 
os lados da fenda sináptica, são denominadas 
diferenciações da membrana. No lado pré-
sináptico, proteínas projetam-se para o 
citoplasma ao longo da face intracelular da 
membrana, parecendo um campo de pequenas 
pirâmides. As pirâmides e a membrana de 
onde se projetam são, de fato, os sítios de 
liberação de neurotransmissores, 
denominados zonas ativas, onde estão as 
vesículas. O acúmulo denso de proteínas 
dentro e logo abaixo da membrana pós-
sináptica é denominado densidade pós-
sináptica (DPS). A densidade pós-sináptica 
contém os receptores pós-sinápticos, que 
convertem os sinais químicos intercelulares 
em sinais intracelulares na célula pós-
sináptica. 
Se a membrana pós-sináptica está em um 
dendrito, a sinapse é chamada de 
axodendrítica. Se a membrana pós-sináptica 
está no corpo celular, a sinapse é chamada de 
axossomática. Em alguns casos, a membrana 
pós-sináptica está em outro axônio, e essa 
sinapse é chamada de axoaxônica. Quando o 
axônio pré-sináptico contata um espinho 
dendrítico pós-sináptico, a sinapse é chamada 
de axoespinhosa. Em determinados neurônios 
especializados, os dendritos fazem contato 
com outros dendritos, e a sinapse é chamada 
de dendrodendrítica. 
 
As sinapses nas quais a diferenciação de 
membrana no lado pós-sináptico é mais 
espessa que no lado pré-sináptico são 
chamadas de sinapses assimétricas, ou 
sinapses tipo I de Gray - excitatórias; e 
aquelas nas quais as diferenciações de 
membrana são similares na espessura são 
chamadas de sinapses simétricas, ou sinapses 
tipo II de Gray - inibitórias. 
Deve haver um mecanismo para a síntese dos 
neurotransmissores e seu consequente 
“empacotamento” dentro das vesículas 
sinápticas, um mecanismo que cause o 
derramamento de neurotransmissores das 
vesículas na fenda sináptica em resposta a um 
potencial de ação pré-sináptico, um 
mecanismo para produzir uma resposta 
elétrica ou bioquímica ao neurotransmissor no 
neurônio pós-sináptico, e um mecanismo para 
remoção dos neurotransmissores da fenda 
sináptica. 
 
 
A transmissão sináptica química requer que 
neurotransmissores sejam sintetizados e 
estejam prontos para liberação. 
Uma vez sintetizados no citosol do terminal 
axonal, os neurotransmissores aminoácidos e 
aminas devem ser captados pelas vesículas 
sinápticas. Concentrar esses 
neurotransmissores dentro da vesícula é o 
trabalho dos transportadores, proteínas 
especiais embutidas na membrana vesicular. 
 
A liberação de neurotransmissores é 
desencadeada pela chegada de um potencial 
de ação ao terminal axonal. A despolarização 
da membrana do terminal causa a abertura de 
canais de cálcio dependentes de voltagem nas 
zonas ativas. Eles são permeáveis ao Ca2+, 
em vez de ao Na+. Há uma grande força 
condutora impulsionando o Ca2+ para o 
interior. A elevação resultante na [Ca2+]i é o 
sinal que causa a liberação dos 
neurotransmissores da vesícula sináptica. 
 
As vesículas liberam seus conteúdos por 
um processo denominado exocitose. A 
membrana da vesícula sináptica funde-se 
com a membrana pré-sináptica nas zonas 
ativas, permitindo que o conteúdo da 
vesícula seja derramado na fenda 
sináptica. 
 
 
 
 
A membrana vesicular é posteriormente 
recuperada por um processo de endocitose, e 
a vesícula reciclada é recarregada com 
neurotransmissor. Durante os períodos de 
estimulação prolongada, as vesículas são 
mobilizadas a partir de um estoque de 
vesículas que está ligado ao citoesqueleto do 
terminal axonal. 
Os neurotransmissores liberados dentro da 
fenda sináptica afetam os neurônios pós-
sinápticos por se ligarem a proteínas 
receptoras específicas que estãoembutidas 
nas densidades pós-sinápticas. Embora haja 
bem mais de 100 diferentes receptores para 
neurotransmissores, eles podem ser divididos 
em dois tipos: canais iônicos ativados por 
neurotransmissores e receptores acoplados a 
proteínas G. 
Os canais iônicos ativados por transmissores 
geralmente não apresentam o mesmo grau de 
seletividade iônica que os canais iônicos 
dependentes de voltagem. 
A despolarização transitória do potencial da 
membrana pós-sináptica causada pela 
liberação de neurotransmissor é denominada 
potencial excitatório pós- -sináptico (PEPS). 
A ativação sináptica de canais iônicos abertos 
por acetilcolina e por glutamato causa PEPSs. 
A hiperpolarização transitória do potencial de 
membrana pós-sináptico causada pela 
liberação de neurotransmissor pela pré-
sinapse é denominada potencial inibitório 
pós-sináptico (PIPS). A ativação sináptica de 
canais iônicos abertos por glicina ou GABA 
causa um PIPS. 
 
 O neurotransmissor liga-se ao receptor na 
membrana pós-sináptica. 
 O receptor proteico ativa pequenas 
proteínas, proteínas G, as quais se movem 
livremente ao longo da face intracelular 
da membrana pós-sináptica. 
 As proteínas G ativadas, por sua vez, 
ativam proteínas efetora - segundos 
mensageiros 
 
 
 RESUMINHO SINAPSE QUÍMICA: 
Potencial de ação: ativa canais de cálcio 
voltagem-dependentes na membrana da 
célula. 
Ca2+ concentração muito maior fora do 
neurônio do que dentro dele, invade a célula. 
Isso permite que as vesículas sinápticas se 
fundam com a membrana do axônio terminal, 
liberando o neurotransmissor dentro da fenda 
sináptica. 
Ativação de receptores pós-sinápticos: 
abertura ou fechamento de canais iônicos na 
membrana celular. Isto pode ser 
despolarização — tornar o interior da célula 
mais positivo — ou hiperpolarização — 
tornar o interior da célula mais negativo — 
dependendo dos íons envolvidos.