Potencial de Membrana e Potencial de Ação

Prévia do material em texto

Fisiologia Humana I (AT) 
João Vitor Novaes | 74A 
Medicina FCM-MG 
1º período 2020.2 
 
BIOFÍSICA CELULAR: POTENCIAL DE MEMBRANA E POTENCIAL DE AÇÃO 
(capítulos 04 e 05 do Guyton) 
 
MEMBRANA CELULAR 
 
- Define os limites do que é célula e a separa do meio no qual ela se encontra (meio extracelular). 
- “Fronteira” que forma a “barreira” para a passagem de substâncias entre o interior e o exterior da célula. 
- Funciona como um intercâmbio “seletivo” de substâncias entre os meios intracelular e extracelular. 
 
 Constituição estrutural da membrana 
 
- Bicamada lipídica (duas camadas de fosfolipídios justapostas). 
- Esses fosfolipídios são organizados por ação da repulsão da 
água pelas regiões apolares. 
- Meio hidrofóbico (interior): água, íons e outras moléculas não 
passam por essa barreira. 
- A água pode ter sua permeabilidade aumentada pela presença 
de proteínas aquaporinas. 
 
 
 Permeabilidade seletiva da membrana 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Proteínas das membranas 
 
- Mediar o transporte de água (aquaporinas) e compostos hidrofílicos através da membrana. 
- São chamadas de canais ou transportadores. 
- São seletivas  medeiam o transporte de substâncias específicas. 
 Como na figura ao lado, vemos canais dos íons potássio, 
sódio e cálcio e uma bomba de sódio e cálcio – ou seja, são 
estruturas específicas para a passagem desses íons. 
 
 
 
 
 Proteínas receptoras 
- São aquelas que recebem uma informação para passar adiante dentro da própria célula. Por isso, elas se 
ligam a mediadores químicos (neurotransmissores, hormônios, polipeptídios). 
- Agem através de efeitos sobre a permeabilidade iônica da célula e efeitos sobre a atividade das enzimas 
intracelulares (isso significa que, de acordo com o aumento ou diminuição da permeabilidade, as proteínas 
conseguem abrir canais e facilitar a entrada de íons, como também pode, quando ligada ao mediador, 
evitar que alguma substância saia do interior da célula fechando as comportas). 
 
- Acetilcolina: é um mediador químico/neurotransmissor que se liga em várias células através de seus 
receptores específicos (receptor nicotínico e receptor muscarínico). 
o Receptor nicotínico: quando a acetilcolina se liga a esse receptor, é gerada uma alteração na 
conformação desse receptor (que está ligado a um canal), juntamente da abertura do canal para 
permitir a passagem de cátions. 
o Receptor muscarínico: quando a acetilcolina se liga a esse receptor, é gerada uma alteração no 
receptor, que acaba por ativar uma sequência de reações enzimáticas no citoplasma. 
 
 Transportes através das membranas 
 
 
 
- Gradiente de concentração: passagem de substâncias do meio + concentrado para o - concentrado. 
 
 Transporte passivo: 
- A favor do gradiente de concentração 
- Sem gasto de energia 
 
 Transporte ativo: 
- Contra o gradiente de concentração 
- Com gasto de energia (ATP) 
 
 
 
1. Transportes PASSIVOS 
 
 DIFUSÃO SIMPLES 
 
Pode ocorrer de duas maneiras: 
- Através dos interstícios da bicamada lipídica (lipossolúvel). 
- Através de canais aquosos de grandes proteínas transportadoras. 
 Exemplo: água e substâncias lipossolúveis. 
 
O oxigênio e o dióxido de carbono atravessam a membrana celular com grande facilidade, simplesmente 
se dissolvendo na matriz lipídica dessa membrana – são gases lipossolúveis. 
 
 
 
 
 
 DIFUSÃO ATRAVÉS DE CANAIS PROTEICOS E AS COMPORTAS DESSES CANAIS 
 
- Canais formados por proteínas que possuem permeabilidade seletiva. 
 
Existem dois tipos de canais: 
 
Canais por voltagem: 
- Também chamados de canais voltagem dependentes ou sensíveis à voltagem. 
- A conformação molecular do canal responde ao potencial elétrico através da membrana celular. 
 Quando se tem o potencial de ação, o canal abre. 
 Quando não se tem o potencial de ação, o canal fecha. 
 
Canais químicos: 
- São abertos pela ligação da substância química (ligante) com a proteína. 
- Gera uma alteração conformacional (abre/fecha o canal). 
- Mecanismo de chave-fechadura. 
 Porta = canal 
 Fechadura = ligante/receptor 
 Chave = mediador químico 
 
 
 DIFUSÃO FACILITADA 
 
- Substância insolúvel à matriz lipídica e de grande peso molecular. 
- Atravessa a membrana com a ajuda de uma proteína carregadora específica. 
 
Exemplo: a glicose atravessa a membrana celular do LEC para o LIC ligada a uma proteína carregadora 
específica para a glicose, chamada GLUTs. 
 
 
 
Difusão simples x Difusão facilitada 
 
- Facilitada: substância com peso molecular maior englobada 
por uma proteína carregadora. 
 
- Simples: substância de peso molecular menor passando do 
meio + concentrado para o - concentrado. 
 
 
 
 
 
2. Transporte ATIVO 
 
- Transporte que ocorre com gasto de energia (moeda energética  ATP). 
- Ocorre contra o gradiente de concentração: meio – concentrado para o + concentrado. 
 
 
 
- Transporte ativo muito importante no organismo: bomba de sódio e potássio. 
 Através do gasto de energia, a bomba de sódio e potássio tira, do interior da célula, 3 íons sódio e leva 
para o LEC (fluido extracelular). Do LEC, tira 2 íons potássio e leva para o citosol, fazendo movimento 
contrário de acordo com a concentração dessas substâncias, pois sabemos que a concentração de sódio 
é maior no LEC do que no LIC. 
 
 Bomba de sódio e potássio: 
 
- Íon Na+ (sódio): mais concentrado no LEC. 
- Íon K+ (potássio): mais concentrado no LIC. 
 
- Difusão desses íons: Na+ entra na célula por difusão facilitada e o K+ sai da célula pelo mesmo processo. 
- Tendência de equilíbrio entre as concentrações interna e externa desses dois íons (homeostasia). 
- A célula gasta energia (ATP) para fazer o transporte oposto desses íons: colocar o Na+ para fora e 
colocar o K+ para dentro. 
- Importante: manter eletronegatividade dentro da célula. 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
K+ e Na+ 
 
 
POTENCIAL DE MEMBRANA 
 
- Diferença de carga elétrica através da membrana, medida em mV. 
- Para existir a homeostasia celular, existe a difusão dos íons que passam pelos canais específicos. 
- Saída de K+ (potássio) do interior celular gera cargas negativas dentro da célula. 
- Entrada de Na+ (sódio) no interior celular gera cargas positivas dentro da célula. 
 
- Equação de Nernst 
 
Como existe a difusão dos íons potássio e sódio, que se movimentam e geram potencial dielétrico, existe 
uma equação que descreve o potencial de difusão desses íons de acordo com a diferença da 
concentração deles através da membrana. Achamos um valor específico de quanto que a passagem 
desses íons deixa o interior mais eletronegativo (no caso do potássio) e mais eletropositivo (no caso do 
sódio). Daí, chegamos a um denominador comum para entender o quanto é eletronegativo o interior da 
membrana – potencial de repouso da célula é eletronegativo. 
 
Proporção dos íons (de dentro para fora): 
[Na+] interna / [Na+] externa = 0,1 
[K+] interna / [K+] externa = 35 
 
 
 
 
 
 
 
A, B e C  fibras nervosas 
 
 Difusão de potássio 
Potencial de Nernst = -94 mV 
 
 
 
 Difusão do sódio 
Potencial de Nernst = +61 mV 
 
 
 
Enquanto entra sódio em 61 mV, saem -94 mV de potássio. 
 
O resultado final dessa diferença de fluxo de íons de sódio 
(entrando) e de potássio (saindo) é o fato de a membrana ficar 
eletronegativa em -86 mV. 
 
- A membrana é cerca de 100x mais permeável ao potássio do que 
ao íon sódio. 
 
 Potencial de repouso da membrana: 
 
- O potencial de repouso da membrana é eletronegativo – tem uma variação de -70 mV e -90 mV. 
 O que provoca essa diferença? Difusão de sódio, difusão de potássio e bomba de sódio e potássio. 
 
 
 
 
 
 
 
O potencial da membrana é eletronegativo e existem células que, através de um estímulo, conseguem 
provocar a inversão dessa polaridade. De acordo com o estímulo, o interior vai ficar, durante determinado 
tempo, eletropositivo e o exterior ficará eletronegativo (inversão da polaridade da célula). Os tecidos que 
possuem essa capacidade são chamados de tecidos excitáveis.TECIDOS EXCITÁVEIS 
 
- Caracterizados pela gênese (criação) e propagação de 
impulsos bioelétricos através da membrana em repouso 
em resposta a algum estímulo. 
- Os dois tipos de tecidos que são capazes de gerar 
potencial de ação no nosso organismo (nos nossos 
sistemas de controle) são os neurônios e os músculos. 
 Neurônios: transmitem impulsos dentro do sistema 
nervoso. 
 Músculos: contraem em resposta a um estimulo 
nervoso. 
 
 
POTENCIAL DE AÇÃO NEURAL 
 
- Sinais neurais são transmitidos por potenciais de ação, gerando os impulsos nervosos. 
- O potencial de ação neural corresponde a rápidas variações do potencial da membrana. 
- Ocorre através de estímulos elétricos, mecânicos, químicos e térmicos. 
o Elétricos: milivoltagem da eletricidade. 
o Mecânicos: estímulos de pressão, contato físico. 
o Químicos: neurotransmissores/mediadores químicos. 
o Térmicos: sensação de frio e calor. 
 
- Potencial de ação ocorre rapidamente (0,1 milissegundos). 
 
 Estágios do potencial de ação: 
 
- Repouso: antes do início do potencial de ação (-90 mV). 
 
- Despolarização: 
 Abertura dos canais voltagem-dependentes de sódio. 
 Íons Na+ passam por esse canal. 
 Deixa o interior da célula eletropositivo (+35 mV). 
 
- Repolarização: 
 Fechamento dos canais de Na+ e abertura dos canais de K+ voltagem-dependentes. 
 Rápida difusão dos íons K+ para o exterior da célula. 
 Reestabelecimento do potencial de repouso negativo (-90 mV). 
 
Existe uma fase que pode acontecer: a hiperpolarização. 
Nela, a membrana está mais polarizada que o normal. Se o 
normal da célula é ser eletronegativa, na hiperpolarização, ela 
estará ainda mais eletronegativa. 
 
Princípio do tudo ou nada: 
- A despolarização da membrana somente ocorrerá se o 
estímulo for suficiente para deflagrar um potencial de ação. 
- Limiar de excitabilidade da membrana: o estimulo deve romper 
esse valor limiar para que a ação seja realizada. 
 
Reestabelecimento das concentrações de Na+ e K+: 
Bomba de sódio e potássio funciona a partir do metabolismo 
energético celular. Quando maior for a intensidade da bomba, 
maior deve ser o metabolismo (consumo de ATP). 
 
 
 
Canais voltagem-dependentes de Na+ e K+: 
- Figura 1: em repouso (-90 mV). 
Canal fechado para a entrada de sódio. 
 
- Figura 2: -90 a +35 mV. 
Ativado para entrada de sódio. 
Ativação lenta em relação ao potássio. 
 
- Figura 5: ativação lenta para saída de K+. 
 
 
 
 
Gráfico ao lado: 
- Temos o potencial de membrana variando de -70 até 
+50 mV e o tempo em milissegundos. 
- Curva em azul: 
-7º em repouso  recebe um estímulo (princípio do 
tudo ou nada: o estímulo tem que ser forte o 
suficiente para atingir o limiar de excitabilidade de -65 
mV)  despolariza toda a célula (interior positivo a 
+50 mV)  fechamento dos canais de sódio  
abertura dos canais voltagem-dependentes de 
potássio  sai potássio para repolarização da célula 
(interior eletronegativo)  no gráfico, ocorre a 
hiperpolarização (a célula fica mais eletronegativa que 
no início do processo)  com o tempo e com as concentrações desses canais e a bomba de sódio e 
potássio, essa hiperpolarização acaba naturalmente. 
 
- Curvas verdes no gráfico = respostas sublimiares (os dois estímulos em verde não atingiram o limiar de 
excitabilidade da célula  não despolarizou  não gerou potencial de ação). 
 
- Propagação do estímulo (Princípio do Tudo ou Nada): 
 
O estímulo é forte o suficiente para chegar 
ao limiar de excitabilidade. A célula 
“nervosa” se despolariza no centro e leva 
para um lado e para o outro (deixando todo 
o interior da célula despolarizado). 
 
 
 
Na situação ao lado, de um prego 
perfurando a pele de uma pessoa (estímulo 
doloroso), será formado um potencial de 
ação, que levará uma informação 
ascendente de dor ao cérebro (atingiu o 
limiar de excitabilidade). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Base iônica do potencial de ação: 
 
 
 
Temos um gráfico de potencial de ação de -70 mV em repouso. 
- Curva ascendente vermelha  canais de sódio se abrem. 
- Chega no -65 mV (limiar de excitabilidade)  mais canais de sódio se abrem (área verde). 
- Fase da despolarização (overshoot): canais de sódio se fecham. 
- Canais de sódio se fecham e os de potássio abrem (azul claro)  repolarização. 
- Canais de potássio se fecham (célula hiperpolarizada). 
- Volta e reestabelece seu potencial de repouso de -70 mV. 
 
 
Conceitos importantes: 
 
- Período refratário absoluto: (círculo verde) 
É o tempo em que está ocorrendo o potencial de reação no qual, se dermos outro estímulo, (logo depois 
do estímulo dado que deflagrou o potencial de ação) não ocorrerá outro potencial de reação – sofrerá 
refração. 
 
- Período refratário relativo: (círculo branco) 
Se tiver um estimulo nesse momento e chegar ao limiar de excitabilidade, pode ocorrer um outro potencial 
de ação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRANSMISSÃO SINÁPTICA E INTEGRAÇÃO NEURAL 
 
 Dividimos os axônios (fibras nervosas) em dois tipos de fibras: 
 
Fibras mielínicas: 
- Possuem bainha de mielina. 
- Mais calibrosas. 
- Potencial de ação ocorre de forma saltatória ( gasto de energia). 
Não passa no espaço da bainha de mielina (tecido lipídico – isolante 
elétrico). Então, passa de nódulo de ranvier a nódulo de ranvier. 
Isso faz com que a velocidade média seja muito alta (+/- 100 m/s). 
 
Fibras amielínicas: 
- Não possuem bainha de mielina. 
- Mais delgadas. 
- Condução lenta (+/- 0,25 m/s). 
 
 
 
 
 
No gráfico ao lado, mostra-se, no eixo Y a condução 
de velocidade de 0 a 80 m/s, e o diâmetro das fibras 
mielínicas (vermelho) e das fibras amielínicas (azul). 
O traçado da linha vermelha é mais acentuado 
(demonstrando, consequentemente, uma maior 
velocidade de propagação realizada pelas fibras 
mielínicas em relação ao potencial de ação quando 
comparamos às fibras amielínicas). 
 
 
 
 Comparando as fibras mielínicas e amielínicas: 
 
- Diâmetro: 
 
Mielínicas: 1 – 10 micrômetros. 
Amielínicas: 0,5 – 2 micrômetros. 
 
O diâmetro interfere na velocidade de condução: 
 Diâmetro das fibras. 
 Velocidade da condução do potencial de ação (tanto 
na mielínica quanto na amielínica). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Integração Neural: sinapses no Sistema Nervoso Central (SNC) 
 
- Transmite as informações do SNC através de potenciais de ação nervosos (impulsos nervosos). 
- Ocorre por uma sucessão de neurônios, um após o outro, formando circuitos (circuitos neuronais). 
- As sinapses são divididas em elétricas e químicas. 
 
 As diferentes sinapses no SNC: 
 
 
Nessa figura, são mostradas as diferentes formas de 
ocorrerem sinapses. Geralmente, aprendemos que a 
sinapse ocorre entre o contato do axônio de um 
neurônio com o dendrito de outro neurônio. Porém, 
existe sinapse em qualquer parte de um neurônio que 
recebe uma informação / impulso nervoso / potencial de 
ação. 
 
Sinapse: 
- Axôniodendrítica: axônio  dendrito 
- Axôniosomática: terminal axônio  corpo celular 
- Dendrodendrítica: dendrito  dendrito 
- Axônioaxonal: terminal axônio  terminal axônio 
 
A homeostasia do encéfalo é realizar sinapses. 
 
 
 Funções sinápticas dos neurônios: 
 
- Pode ser bloqueada na sua transmissão de um neurônio para o próximo. 
Pode existir uma inibição através de mediador químico, fármaco, droga ou doença neurodegenerativa que 
pode bloquear a sinapse e ela acabar não ocorrendo. 
 
- Pode ser alterado de um impulso único para impulsos repetitivos. 
Um único neurônio (pré-sináptico) manda um estímulo para outro neurônio (pós-sináptico), sendo que 
essa informação pode ser mais lenta ou mais rápida (um impulso atrás do outro – somação temporal). 
 
- Pode ser integrado a impulsos de outros neurônios. 
Um único neurônio (pós-sináptico) pode receber, no mesmo período, impulsos nervosos de vários outros 
neurônios (somação espacial). 
 
 
 Relação Estímulo-Resposta: (também chamado de somação) 
 
- Somação ESPACIAL: 
Vários estímulos de diferentes terminações pré-
sinápticaschegam simultaneamente ao neurônio 
pós-sináptico. 
 
- Somação TEMPORAL: 
Descargas de uma mesma terminação pré-
sináptica são geradas em rápida sucessão ao 
neurônio pós-sináptico.
Essas somações são interessantes para quando estamos realizando atividades que estamos aprendendo 
ou então em atividades que exigem alta concentração. Pode ocorrer somação espacial junto com somação 
temporal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Tipos de sinapses: 
 
ELÉTRICAS 
 
- Ocorre em uma menor quantidade (em relação às sinapses químicas). 
- Como elas funcionam? 
São canais abertos diretos de um neurônio para outro que conduzem a eletricidade da célula pré-sináptica 
para a célula pós-sináptica. 
 Esses canais abertos são canais proteicos que formam as junções comunicantes entre as células 
neurais. 
- Junções comunicantes: permitem o livre movimento de íons entre o interior de uma célula para o interior 
da próxima célula. 
- Transmite sinais para qualquer direção. 
Um neurônio pré-sináptico, que transmite a informação unilateral para o neurônio pós-sináptico. Porém, na 
sinapse elétrica, isso ocorre de maneira diferente: tanto o “neurônio pré-sináptico” envia informações para 
o “neurônio pós-sináptico” quanto o “neurônio pós-sináptico” envia informações para o “neurônio pré-
sináptico” – a informação é passada em via de mão 
dupla. 
- A figura ao lado mostra as junções comunicantes 
(canais de proteína), que estabelecem comunicação 
bilateral de troca de informações. 
 
 
 
 
 
QUÍMICAS 
 
- Quase todas as sinapses do SNC são químicas. 
- Utiliza neurotransmissores contidos nas vesículas sinápticas para transmissão do impulso nervoso. 
- Condução em uma só direção: do pré-sináptico para o pós-sináptico.