Excitabilidade Neuronal

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Excitabilidade Neuronal
Introdução
Reflexo → informação → sistema nervoso → coleta → distribua → integre
A carga elétrica é transportada pelos axônios através de íons = átomos 
eletricamente recarregados.
Potencial: separação da carga elétrica através da membrana
Potencial de repouso da membrana: é quando o neurônio não está 
transmitindo impulsos nervosos, isto é, o lado interno da membrana 
predominam cargas negativas em relação ao exterior.
Potencial de ação; inversão rápida das cargas através da membrana (lado 
interno fica positivo) e são sinais de tamanho e duração fixos.
Principais componentes do potencial de 
repouso da membrana
Fluido salino
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O fluido salino é o líquido presente nos compartimentos intracelular e 
extracelular. Em ambos os lados, a água é o principal componente deste fluido 
e os íons estão dissolvidos nela.
Água: solvente polar em que seus átomos estão ligados covalentemente. Os 
elétrons compartilhados entre o oxigênio e o hidrogênio estão mais próximos 
do oxigênio (fila da eletronegatividade). Dessa forma, o oxigênio possui carga 
elétrica líquida negativa e o hidrogênio positiva.
Íons: possuem carga elétrica líquida. Podem estar ligados por uma atração 
eletrostática de átomos com cargas opostas, chamada ligação iônica e em 
meio aquoso se dissociam. Por exemplo, o cloreto de sódio que na presença de 
água se dissocia em Na+ e Cl-. O íon carregado positivamente é circundado 
pelo oxigênio e o carregado negativamente, pelo hidrogênio.
A carga elétrica de um depende da diferença entre seu número de prótons e 
elétrons, podendo ser monovalente, divalente e assim por diante. Cátions 
possuem carga elétrica líquida positiva e ânions negativa. Os íons de particular 
importância para a neurofisiologia celular são os cátions monovalentes Na+ 
(sódio) e K (potássio), o cátion divalente Ca2 (cálcio) e o ânion monovalente 
Cl– (cloreto).
Membrana Fosfolipídica
Os fosfolipídios possuem longas cadeias de átomos de carbono ligados a 
átomos de hidrogênio e um grupo fosfato polar ligado na extremidade da 
cadeia (voltada para o meio aquoso). Portanto, as cabeças hidrofílicas estão 
voltadas para o meio aquoso interno ou externo e as caudas hidrofóbicas estão 
em contato umas com as outras.
Proteínas
Os potenciais de repouso e de ação são dependentes de proteínas especiais 
que atravessam a bicamada lipídica permitindo a passagem de íons.
Estrutura proteica (revisão): são formadas pela combinação dos diferentes 
aminoácidos. A estrutura básica de uma geladeira é a seguinte: possuem um 
carbono central ligado covalentemente a um radical, um grupamento amino 
NH3, um átomo de hidrogênio e um grupo carboxila COO. O que difere os 
aminoácidos é o tamanho e o radical.
Para formar uma ligação peptídica, um aminoácido se liga através de seu 
grupamento amino com o grupo carboxila de outro próximo a cadeia.
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Os quatros níveis da estrutura proteica: estrutura primária → alfa hélice → 
estrutura terciária → estrutura quaternária.
Canais proteicos: 
Canais iônicos: são proteínas que se estendem pela membrana que formam 
canais altamente seletivas, isto é, os canais para K só vai permitir a passagem 
desse íon pelo canal. Os canais iônicos possuem portões, que se abrem ou 
fecham conforme as modificações no ambiente.
Bombas iônicas: são enzimas que usam como energia a quebra do ATP para 
transportar os íons.
Movimento iônico
O movimento dos íons através da membrana depende de dois fatores: difusão 
e eletricidade. Um canal iônico pode estar aberto, mas dependendo do 
ambiente, não ocorre a passagem dos íons.
Difusão: ocorre movimento direcionado dos íons do meio com maior 
concentração para o de menor concentração, até que estejam igualmente 
distribuídos entre os meios.
Normalmente, os íons não passam diretamente pela membrana, sendo 
necessário os canais iônicos para permitir a difusão.
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Para ocorrer a difusão é necessário um gradiente de concentração = diferença 
de concentração. Por conseguinte, o movimento de íons pela membrana por 
difusão acontece caso haja um gradiente de concentração e canais iônicos.
Eletricidade: Uma vez que os íons são partículas carregadas eletricamente, 
outra forma de induzir o movimento dos íons é através do campo elétrico.
Corrente elétrica: movimento de carga elétrica e a corrente é definida como 
positiva no sentido de movimento de cargas positivas. Fatores que determinam 
quanta corrente fluirá: potencial elétrico e condutância elétrica.
Potencial elétrico: força exercida sobre uma partícula carregada Voltagem), 
assim como a diferença de carga entre o cátodo e o ânodo. Quanto maior a 
diferença, mais corrente fluirá.
Condutância elétrica: habilidade relativa de uma carga elétrica migrar de um 
ponto para o outro.
Resistência elétrica: dificuldade relativa de uma carga elétrica migrar.
A relação entre o potencial V, condutância (g) e a quantidade de corrente que 
fluirá I é determinada pela Lei de Ohm I gv, ou seja, a corrente é o produto 
da condutância pela diferença de potencial. Analisando a fórmula é possível 
tirar a seguinte conclusão: 1 se a condutância for zero, nenhuma corrente 
passará, igualmente acontece se a diferença de potencial for zero.
Assim, forçar eletricamente íons a atravessar a membrana requer que 1 a 
membrana possua canais permeáveis àquele íon (para gerar a condutância) e 
2 exista uma diferença de potencial elétrico através da membrana.
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Portanto, Os íons podem atravessar a membrana somente pelos canais 
proteicos, que podem ser altamente seletivos para íons específicos. 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
Potencial de membrana (Vm): é a voltagem através da membrana neuronal 
em qualquer momento.
Potencial de repouso: é medido quando o neurônio não está produzindo 
impulsos, em que a parte da membrana voltada para o interior está dotada de 
cargas negativa e a voltada para o exterior de cargas positivas. Valor 
aproximado: 65mV. O potencial de membrana é medido por meio da fórmula: 
Vm = Vi - Ve, em que Vi é o potencial do lado interno e Ve do lado externo.
Potencial de equilíbrio
Potencial de equilíbrio é quando a diferença de potencial elétrico 
contrabalança exatamente o gradiente de concentração ("as duas forças sejam 
iguais) e assim cessando o movimento das cargas em análise.
Exemplo: Hipoteticamente, o interior da célula contém uma solução com sal de 
potássio (fornecendo cátions e ânions) com alta concentração e no exterior da 
célula, uma solução mais diluída com o mesmo sal. Inicialmente, ocorrerá 
difusão do K pelos canais permeáveis a este íon inseridos na membrana. 
Porém os ânions ficaram dentro da célula tornando o interior da membrana 
mais negativo e, assim, é criado uma diferença de potencial elétrico. A força 
elétrica criada começa a atrair o K de volta para célula até que se atinja uma 
determinada diferença de potencial que contrabalança a difusão atingindo o 
equilíbrio.
O potencial de equilíbrio de um íon é o potencial de membrana que resultaria 
se a membrana fosse seletivamente permeável àquele íon isoladamente.
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Distribuição de íons através da membrana
Importante: K em maior concentração no meio intracelular e Na+ e Ca2 em 
maior concentração no meio extracelular. Os gradientes de concentração são 
mantidos através das bombas iônicas na membrana neuronal. As duas bombas 
importantes na neurofisiologia celular são:
Bomba de sódio e potássio: enzima que hidrolisa ATP e a energia química 
liberada da reação impele a bomba, trocando Na+ intracelular por K 
extracelular. Dessa forma, permite que o Na+ continue mais concentrado no 
meio extracelular e o K intracelular e, portanto, a bomba atua contra o 
gradiente de concentação.Bomba de cálcio: é uma enzima que transporta ativamente o Ca2 para o 
ambiente extracelular. A concentração de Ca2 muito baixa no citosol pode ter 
outros mecanismos para ser mantida como: proteínas ligantes de cálcio e 
organelas, como a mitocôndria e alguns tipos de retículo endoplasmático que 
sequestram os íons de cálcio do citosol.
Permeabilidades Iônicas relativas da membrana em 
repouso
Os neurônios são permeáveis a vários íons e o potencial de repouso da 
membrana é calculado através da equação de Goldman, uma fórmula que leva 
em consideração a permeabilidade da membrana a vários íons.
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A membrana neuronal é altamente permeável aos canais de potássio o que 
explica o potencial de membrana ser próximo do potencial de equilíbrio dos 
íons K.
A sensibilidade do potencial de membrana a K+]e promoveu a evolução de 
mecanismos que regulassem firmemente as concentrações extracelulares de 
potássio no encéfalo. Um desses mecanismos é a barreira hematoencefálica, 
uma especialização das paredes dos capilares no encéfalo que limita o 
movimento de potássio (e outras substâncias do sangue) para dentro do 
líquido extracelular do encéfalo.
Os astrócitos possuem papel importante ne regulação da concentração do K 
extracelular. Quando a concentração de K sobe no meio extracelular, os 
astrócitos captam esse "excesso" através das bombas de sódio e potássio = 
tamponamento espacial do potássio.
Potencial de Ação
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Potencial de ação é a rápida inversão da carga intracelular da membrana, isto 
é, o meio interno da membrana fica carregado positivamente em relação ao 
meio externo. O potencial de ação, resumidamente, possui as seguintes partes: 
fase ascendente, caracterizada pela rápida despolarização da membrana 
(valor máximo de pico = 40mV; pico de ultrapassagem, que é o momento que 
o lado interno da membrana fica positivo em relação ao lado externo; a fase 
rápida de repolarização é chamada fase descendente e a última parte da 
curva descendente é a hiperpolarização pós-potencial. Por fim, ocorre o 
restabelecimento do potencial de repouso normal da membrana.
Características de um Potencial de Ação
A geração de um potencial de ação
Tomando como exemplo a penetração da pele por uma tachinha:
Tachinha entra na pele → estiramento dos terminais nervosos (as membranas) 
→ abertura para canais de Na+ → devido ao gradiente de concentração e à 
carga negativa no interior da membrana, o sódio entra → despolarização da 
membrana → se atingir o limiar → disparo do potencial de ação
Vale ressaltar que a despolarização da membrana pode ser causada por 
diferentes formas, dependendo do neurônio.
A geração de múltiplos potenciais de ação
A frequência de disparos aumente com a quantidade de corrente 
despolarizante, porém existe um limite de disparos uma vez que um potencial 
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de ação é iniciado, é impossível iniciar outro durante cerca de 1 ms. Esse 
período de tempo é chamado de período refratário absoluto.
Além disso, pode ser relativamente difícil iniciar outro potencial de ação 
durante diversos milissegundos após o fim do período refratário absoluto. 
Durante esse período refratário relativo, a quantidade de corrente necessária 
para despolarizar o neurônio até o limiar do potencial de ação é maior do que a 
normal.
Potencial de ação: teoria x prática
Neurônio ideal:
Alterando a permeabilidade dominante da membrana de K para o Na+, somos 
capazes de reverter o potencial de membrana rapidamente (conceitos 
explicados no potencial de equilíbrio). Na teoria, a fase ascendente do 
potencial de ação poderia ser explicada se, em resposta à despolarização da 
membrana além do limiar, os canais de sódio da membrana se abrissem. Isso 
permitiria ao Na+ entrar no neurônio, causando uma despolarização massiva 
até o potencial de membrana se aproximar do ENa.
A fase descendente pode ser explicada pelo efluxo de potássio até que o 
potencial de membrana atinja o potencial de equilíbrio do potássio. 
Portanto, o potencial de ação, portanto, pode ser explicado simplesmente pelo 
movimento de íons através de canais que são acionados por mudanças no 
potencial de membrana.
Na prática:
As alterações na condutância do sódio, mediante as alterações, podem ser 
explicadas pelos canais com portão na membrana axonal. Os portões se abrem 
quando ocorre despolarização acima do limiar e fechados quando a membrana 
atinja o potencial positivo
O canal de sódio dependente de voltagem
A proteína forma um poro na membrana e são altamente seletivas e se abrem 
ou fecham mediante as alterações na voltagem da membrana axonal. Em 
outras palavras, 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.
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A abertura rápida dos canais em resposta à despolarização explica por que a 
fase ascendente do potencial de ação ocorre tão rapidamente.
Toxinas que interferem no canal de sódio: a tetrodotoxina TTX, toxina 
encontrada no baiacu, obstrui o poro do canal permeável ao Na+, bloqueando 
todos os potenciais de ação dependentes de sódio, podendo ser fatal. Outra 
toxina que também fecha o canal é a saxitoxina, encontrada em mariscos, 
mexilhões e outros moluscos que se alimentam dos protozoários que 
produzem essa toxina.
Outras proteínas produzem o efeito contrário, ou seja, permitem que os canais 
de sódio se abrem em potenciais de membrana mais negativo e permaneçam 
abertos por mais tempo. Nesta categoria entra como exemplos: batracotoxina 
(pele de uma espécie de rã colombiana), veratridina (lírio) e aconitina 
(ranúnculos).
Os canais de potássio dependentes de voltagem
Experimentos demonstram que existem portões de potássio na membrana que, 
assim como os portões de sódio, abrem em resposta à despolarização da 
membrana. Porém, diferente dos canais de sódio, eles não se abrem 
imediatamente após a despolarização, sendo necessário cerca de 1 ms para 
que eles se abram.
De forma semelhante aos canais de sódio, essas proteínas são sensíveis às 
mudanças no campo elétrico presente na membrana. Quando a membrana é 
despolarizada, as subunidades parecem mudar de conformação, permitindo 
que o K passe através do poro.
Em resumo:
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