Potenciais de Membrana e Canais Iônicos

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Potenciais de Membrana e Canais Iônicos
· Bioeletrogênese
- Origem da eletricidade biológica
- Propriedade de certas células de gerar e alterar a diferença de potencial elétrico através da membrana (como a presença de íons);
- Todas as células possuem a propriedade de gerar potencial elétrico;
- Células características: neurônios e células musculares;
(Neurônio: gera eletricidade, a codifica e a conduz através dos axônios até a proximidade de outra célula);
- Importante para uma série de processos que ocorrem na célula;
- Potencial de ação (comunicação neural);
- Contração muscular.
Potencial de repouso: 
· Criado devido a diferença de concentração de íons através da membrana
· Diferença no potencial de membrana das células excitáveis na ausência de estímulo, ou seja, quando estão em repouso. É negativo (-65mV)
· No repouso há maior concentração de K+ no interior e Na+ no exterior, ou seja, a membrana é muito mais permeável ao K+, por isso, o potencial de repouso é próximo ao potencial de equilíbrio do K+ (o potencial que seria gerado pelo K+ se ele fosse o único íon do sistema)
K+ faz influxo
Na+ faz efluxo
Potencial de difusão: 
· Criado devido a diferença de concentração de íons através da membrana;
· Potencial elétrico gerado pela difusão de íons (medido em mV)
Os íons atravessam a membrana pelos canais de vazamento.
Potenciais de equilíbrio: 
· A diferença do potencial elétrico na membrana celular que equilibra exatamente o gradiente de concentração de um íon é conhecido como potencial de equilíbrio. Devido ao sistema estar em equilíbrio, o potencial da membrana tenderá a ficar em potencial de equilíbrio. Para uma célula em que existe apenas uma espécie iônica permeante (apenas um tipo de íon que consegue atravessar a membrana), o potencial de repouso da membrana será igual ao potencial de equilíbrio para esse íon.
· É o potencial que contrabalança a tendência de difusão, pois o transporte de cargas impede após determinado tempo a difusão do íon. Quando atingido o equilíbrio eletroquímico não ocorre mais a difusão efetiva.
· Quanto mais acentuado é o gradiente de concentração, maior o potencial elétrico que o equilibra deve ser.
Exemplo:	
· Potencial de equilíbrio de sódio (cátion): diferença de potencial que equilibra a tendência do sódio de se difundir seguindo o seu gradiente de concentração;
· Potencial de equilíbrio de cloreto (ânion): diferença de potencial que equilibra a tendência do cloreto de se difundir seguindo o seu gradiente de concentração;
· Para os dois casos, quando as forças químicas e elétricas são iguais – íon entra em equilíbrio eletroquímico.
Observações importantes relacionadas ao potencial de equilíbrio neuronal
1. Grandes alterações no potencial de membrana são cauadas por alterações minúsculas nas concentrações iônicas;
2. A diferença de carga elétrica ocorre entre as superfícies interna e externa da membrana
3. Íons são impelidos através da membrana em uma velocidade proporcial à diferença entre o potencial de membrana e o potencial de equilíbrio (Em – Eíon = força motriz efetiva)
4. Se a diferença de concentração para um íon através da membrana é conhecido o potencial de membrana pode ser calculado para esse íon.
Potencial de nernst: Relação entre a diferença de concentração de um íon permeável a membrana e o potencial de difusão que é necessário para evitar a difusão adicional do íon 
· Calcula até quanto o íon pode alterar o potencial de membrana da célula
· Cálculo do potencial de equilíbrio de um íon
· Converte a diferença de concentração do íon para voltagem
· O potencial de membrana é expresso como o potencial intracelular em relação ao potencial extracelular
Equação de Goldman:
· Mesmo tendo conhecimento dos íons preferenciais para ultrapassar a membrana, também existem outros íons, que são utilizados pela equação de Goldman;
· Relação entre a diferença de concentração de íons permeáveis a membrana e o potencial de difusão que é necessário para evitar difusão adicional destes íons;
· Potássio, sódio e cloreto;
· Permeabilidade da membrana, concentração interna e externa e polaridade das cargas elétricas.
Potencial de repouso da membrana
· Diferença de potencial no repouso de membranas excitáveis
· Resultante da diferença de concentração dos diferentes íons
· Potencial de membrana em repouso é negativo (-60 até -90 mV)
· Próximo aos potenciais de equilíbrio dos íons permeáveis à membrana (potássio principalmente)
A bomba de Na+ K+ ATPase (bomba eletrogênica = gera diferença de carga) tem participação na criação do gradiente de concentração de potássio e sódio. Se ela não existisse o sódio não sairia da célula.
Bomba de Na K ATPase (bomba eletrogênica):
Exterior
Gradiente de sódio e potássio e gasto de ATP:
· Quando ocorre um potencial de ação o gasto de energia da célula aumenta devido a atividade da bomba de sódio-potássio ATPase
· O estímulo é a concentração de sódio intracelular (volume celular)
· A osmolaridade é mantida pela concentração de sódio
Canais de vazamento de íons potássio: saída do íons potássio. 
· Sai por diferença de concentração (efluxo) e é o que gera o potencial de repouso;
· Estão sempre abertos;
· Possuem quatro domínios transmembrana;
· Formam canais de dois poros.
Base iônica do potencial de ação:
· Carga negativa dentro do neurônio (ânions):
· Proteínas
· Fosfatos orgânicos
· Sulfatos orgânicos
· Cargas negativas aprisionadas no neurônio favorecem a carga negativa no repouso
O que ajuda a manter o potencial de repouso na membrana: a bomba de Na+ K-; o canal de vazamento de K- causando efluxo de potássio e a carga negativa dentro do neurônio acumuladas.
Proteínas canais
As células musculares vasculares expressam quatro diferentes tipos de canais de potássio:
· Canal de potássio dependente da voltagem (Kv) – aumentam a sua atividade em estados de despolarização da membrana e são importantes reguladores do potencial de membrana em resposta a estímulos despolarizantes;
· Canal de potássio dependente do Ca2+ (Kca) – respondem a alterações da concentração de Ca2+ intracelular regulando o potencial de membrana e são importantes no controle do tónus miogénico;
· Canais de potássio dependentes do ATP – respondem a alterações do metabolismo celular e constituem canais alvo de uma grande variedade de estímulos vasodilatadores;
· Canais de potássio (Kir- inward rectifier) – regulam o potencial de membrana das células musculares vasculares de vários tipos de artérias e operam quando aumentam as concentrações de K+, H+ e adenosina.
Potencial de ação neuronal
· Mecanismo básico de transmissão de informação no sistema nervoso;:
· Células excitáveis neurônios e miócitos.
Termos importantes:
1. Estágio de repouso: potássio está passando usando os canais de vazamento
2. Potencial limiar: pequena variação de influxo de íons positivos que causam abertura dos canais de sódio dependentes de voltagem ocorre despolarização 
3. Estágio de despolarização: abertura dos canais de sódio dependentes de voltagem 
4. Pico do potencial de ação: fechamento dos canais de sódio dependentes de voltagem
5. Estágio de repolarização: abrem os canais de potássio dependentes de voltagem
Corrente de influxo – o íon quer entrar
Corrente de efluxo – o íon quer sair
Termos importantes:
Despolarização: potencial de membrana torna-se menos negativo;
Repolarização: retorna para a diferença de potencial de membrana;
Hiperpolarização: potencial de membrana torna-se mais negativo.
Potencial de membrana no repouso (-90 mV)
· Permeabilidade ao potássio é alta;
· Potencial de equilíbrio do potássio potencial de membrana;
· Condutância (permeabilidade ao sódio é baixa;
· Membrana está polarizada (repouso).
Estágio de despolarização canais de sódio dependentes de voltagem
· Deflexão inicial – despolarização 
		Proteína passa várias vezes pela membrana formando domínios 
· Limiar do potencial de ação 50 a 70 mV – abertura dos canais de sódio – sódio faz influxo
· Comportas de ativação e inativação (3 estados);
· Condutância do sódio é alta;
·Membrana está polarizada.
 
Repolarização do potencial de ação: canais de potássio dependentes de voltagem
- Ativação lenta (tanto fechamento quando abertura)
- Fechamento dos canais de sódio
- Abertura de canais de potássio
- Fazem influxo e repolarizam a célula
Alteração de condutância de sódio e potássio
4
1
1 – Vazamento de potássio
2 – Ativação: neurônio ativado (entra sódio)
3 – Inativação: fechamento do canal de sódio
4 – Efluxo saída de potássio
Íons cálcio e o potencial de ação
· Baixa concentração de íons cálcio (intracelular 10-7 M)
· Extracelular é de 10-3 M
· Canais de cálcio regulados por voltagem (potencial de ação)
· Despolarização
· São considerados lentos e causam despolarização sustentada
Formação de platô no potencial de ação - canais de cálcio regulados por voltagem:
- Acontece no coração
- Despolarização: canais de sódio dependentes de voltagem
- Platô: canais de cálcio dependentes de voltagem 
- Repolarização: canais de potássio dependentes de voltagem
- Repouso: canais de vazamento dependentes de voltagem