potencial de ação

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Potencial de ação - Biofísica 
 
 
@bomdialaura 
Potencial de Ação 
o Lei de Ohm 
 
 
o Equação de GHK 
 
֍ Representa um estado estável levando em 
consideração os íons de sódio, potássio e cloro; 
֍ Membrana tem potencial de reversão muito próximo 
do potencial do Potássio; 
֍ Como o potencial de repouso de uma célula está 
relacionada ao potencial de Nernst dos principais íons 
(K+, Na+ e Cl-)? 
֍ O potencial de repouso (Vm) não é necessariamente 
igual a ENa,+, EK+ ou ECl-, mas é influenciada por 
esses valores. Uma maneira de estimar essa influência 
é designar uma permeabilidade (medida em cm/s) 
para cada íon; 
 
 
 
o Permeabilidade mede a facilidade com que um 
determinado íon consegue cruzar a membrana; 
o Condutância mede a capacidade com que um íon 
consegue gerar corrente elétrica através da membrana; 
o Condutância depende da concentração e da 
permeabilidade. Por exemplo: permeabilidade de um íon 
pode estar alta (muitos canais abertos), mas se somente 
alguns íons estiverem presentes, então a condutância é 
baixa; 
o A permeabilidade do potássio que garante o potencial de 
membrana negativo → isso se dá próximo a membrana, 
o citosol é neutro; 
 
 
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@bomdialaura 
o A condutância (g) pode ser entendida como uma 
propriedade intrínseca da célula, pois é o resultado da 
combinação de canais iônicos que a célula possui; 
o Logo, ao medir a atividade elétrica de uma célula, pode se 
fixar o potencial e medir a corrente ou fixar a corrente e 
medir o potencial; 
֍ Fixar o potencial e medir a corrente = voltage-
clamp; 
֍ Fixar a corrente e medir o potencial = current-
clamp; 
o O potencial de ação é definido por uma rápida e grande 
variação no potencial de membrana; 
o Em neurônios, dura alguns milissegungos (2 – ms); 
o O potencial de ação ocorre quando as condutâncias gNa, 
gK e gCa mudam; 
o A mudança dessas condutâncias é causada por canais 
iônicos dependentes de voltagem; 
 
 
o Podemos prever a tendência de movimento dos íons; 
o Quando a membrana está em repouso ela tem um 
potencial aproximado de -70mV, o que representa o valor 
do interior a o exterior da célula. O interior é 70mV mais 
negativo que o exterior; 
o Caso os canais de um íon estejam constantemente 
abertos, esse íon tentaria atingir seu próprio equilíbrio, 
positivando ou negativando mais o potencial de 
membrana; 
o No potencial de repouso do neurônio há canais de 
vazamento de potássio: Leakage Channels → não 
necessitam de qualquer estímulo para estarem abertos; 
o Canais ligantes dependentes: precisam que moléculas se 
liguem ao seu receptor para alterar sua conformação e 
assim permitir a passagem de íons; 
o Canais voltagem dependentes (CVD): capazes de alterar 
sua conformação de acordo com a voltagem da 
membrana; 
 
o Canal de voltagem dependente de sódio: tem resposta 
muito rápida a positivação de voltagem da membrana, ou 
seja, ao atingir um determinado limiar de voltagem o canal 
rapidamente muda sua conformação, por exemplo, de 
um estado fechado para aberto. 
o Canal de voltagem dependente de potássio: também se 
encontra fechado no estado de repouso e no limiar 
próximo ao canal de voltagem dependente de sódio ele 
é estimulado para se abrir, entretanto, tem resposta lenta. 
o Quando esses canais se abrem, não é uma grande 
quantidade de íons que entram ou saem da membrana. 
Uma concentração pequena já é suficiente para que haja 
uma mudança no potencial de membrana; 
o No neurônio, a pequena área próxima ao canal tem seu 
potencial eletroquímico alterado. isso cria um campo 
elétrico que é propagado por pequenas distâncias ao 
longo da membrana celular: influencia o potencial próximo 
ao do canal vizinho. Assim, a mudança de potencial de um 
ponto da membrana pode servir de gatilho para a 
abertura de outros canais adjacentes → isso acontece 
por todo axônio do neurônio como um efeito dominó; 
o Quando o potencial de ação se inicia, os canais 
dependentes de sódio e potássio são ativados 
simultaneamente. Porém como os canais de potássio são 
mais lentos, os canais de sódio acabam se abrindo 
primeiro. Isso resulta em uma rápida elevação do potencial 
de membrana da célula com a entrada de sódio que é 
seguida por uma diminuição desse potencial com a saída 
de potássio → gera curva do potencial de ação; 
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@bomdialaura 
 
֍ A rápida e grande subida da curva é chamada de 
despolarização (fase ascendente do gráfico): a 
membrana sai do potencial de repouso para o limiar 
de disparo (valor de voltagem em que os canais de 
voltagem dependente se abrem) de forma abrupta. 
Isso ocorre por conta da abertura rápida dos canais 
de voltagem dependentes de sódio que permitem a 
entrada desses íons até que se aproxime do seu 
equilíbrio eletroquímico. Além disso, próximo ao topo 
dessa fase ascendente, alguns canais de sódio já estão 
passando para o estado inativo e nesse ponto os 
canais de voltagem dependentes de potássio 
alcançam seu estado aberto, permitindo que o 
potássio tente alcançar seu equilíbrio eletroquímico e 
consequentemente saia da célula; 
֍ A rápida queda é chamada de repolarização. Com o 
fim da permeabilidade do sódio e o aumento da 
permeabilidade do potássio passamos para a 
descendente do gráfico. 
֍ A parte da queda abaixo do potencial de membrana 
em equilíbrio é chamada de hiperpolarização. Como 
os canais de voltagem dependente de potássio são 
mais lentos para abrir e fechar, isso resulta em uma 
saída de potássio um pouco maior do que é 
necessário, de modo que o potencial de membrana 
fica ainda mais negativo que no repouso. 
֍ A pequena subida é a repolarização. A célula 
consegue reestabelecer seu potencial de repouso da 
membrana por meio do fechamento dos canais de 
voltagem dependente de potássio e da 
permeabilidade desses íons permitida pelos canais de 
extravasamento, reestabelecendo seu potencial 
eletroquímico → o potencial de repouso é 
recuperado pelos canais de extravasamento do K+; 
o No momento que os canais estão inativos, é impossível 
abrirmos e realizarmos a passagem de íons, uma vez que 
estão bloqueados e não apenas fechados; 
o Período refratário absoluto: impossível iniciar outro 
potencial de ação → o período mínimo entre dois 
potenciais de ação e de aproximadamente 3mS; 
o Período refratário relativo: difícil iniciar outro potencial de 
ação, uma vez que nem todos os canais se fecharam 
ainda → auxilia na propagação unidirecional; 
o Para aumentar a velocidade de condução do potencial de 
ação: 
1. Aumentando a circunferência do axônio → ao 
aumentar a área disponível para conduzir os íons, 
diminui-se a resistência da célula a condução dos 
potenciais; 
2. Mielinização: adição de camadas lipídicas no axônio → 
aumenta a espessura da bicamada lipídica. Por 
bloquear alguns pontos da membrana os canais de 
voltagem dependente só conseguem permitir a 
passagem de íons nos pontos em que não há mielina, 
conhecidos como nós de Ranvier (fluxo iônico apenas 
nos nós de Ranvier). Isso gera a condução saltatória 
em que apenas nesses pontos específicos o potencial 
de ação é renovado. A mielina bloqueia também os 
canais de extravasamento de modo em que menos 
íons fogem do interior da célula, fazendo com que a 
distância de propagação aumente; 
o Potencial de ação medido por patch clamp: 
 
 
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֍ Para gerar um potencial de ação, o potencial de 
membrana precisa ultrapassar um limiar 
(geralmente -55mV); 
֍ A geração do potencial de ação é mediada por 
canais de sódio dependente de voltagem; 
o Canais de sódio dependentes de voltagem (NaV): 
 
 
֍ Uma maneira comum que possibilita canais serem 
sensíveis a voltagem é a presença de um 
segmento (S4) carregado com aminoácidos 
positivos (com arginina ou lisina); 
֍ Quando o potencial de membrana está mais 
negativo, esse segmento é atraído paradentro; 
֍ Quando há algum estímulo, o potencial de 
membrana fica mais positivo, e o segmento passa 
a ser repelido para fora; 
֍ Essa repulsão causa ativação do canal; 
o Fase ascendente do potencial de ação: 
 
 
o Pico do potencial de ação: 
 
֍ Após serem ativados, os canais de sódio passam por 
um processo de inativação; 
֍ No período inativado, o poro fica bloqueado e não há 
fluxo de íons; 
֍ Durante esse período, o canal não pode ser mais 
aberto, e só será removido da inativação se a célula 
voltar para um potencial hiperpolarizado; 
֍ Esse período é conhecido como o período refratário, 
onde não é possível produzir um novo potencial de 
ação; 
֍ O período refratário limita o número máximo de 
potenciais de ação que podem ser gerados, e 
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facilitam a propagação do potencial de ação em uma 
orientação específica; 
o Fase descendente do potencial de ação: 
 
 
o Alterações no potencial de membrana acarretam pouco 
movimento de íons; 
 
o O coração é uma bomba formada em sua maioria por 
células musculares contráteis especializadas: miócitos → 
contração dessas células é responsável pelos batimentos 
cardíacos; 
o É necessário o impulso do potencial de ação que se 
inicia nas células localizadas na região do nódulo sinoatrial, 
o nosso marcapasso, e que propaga o impulso para todo 
o coração. Essas células disparam automaticamente; 
o Ao receber os impulsos, os miócitos começam o 
processo de contração; 
o Durante o repouso, as células contráteis possuem a 
maior quantidade de sódio e cálcio na parte externa e 
do íon potássio e proteínas com cargas negativas 
(sulfatos e fosfatos) na parte interna. A parte interna é 
negativa em relação a parte externa; 
 
1. Depolarização rápida: responsável por causar um pico 
no potencial transmembrana; 
2. Repolarização rápida e transitória: causada pela grande 
saída de potássio; 
3. Platô: Entrada de canais de cálcio resultando a liberação 
desse íon pelo retículo sarcoplasmático, elemento chave 
para a contração muscular. 
4. Repolarização tardia: responsável por levar o potencial 
de membrana a níveis próximos do repouso; 
o A bomba de sódio e potássio e a bomba de cálcio são 
responsáveis por restaurar a situação de repouso inicial, 
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estando os miócitos prontos para receber um novo 
estímulo; 
 
o A célula não pode começar o potencial de ação a 
qualquer momento. Quando ela é incapaz de fazer isso, 
chamamos de período refratário absoluto. Ele acontece, 
pois, com a abertura dos canais de sódio e a entrada 
desse íon, há mudança do potencial da célula e o canal é 
inativado. Ele permanecerá inativado até que a 
membrana volte ao seu potencial de repouso. Logo, 
desde a despolarização até o início da repolarização 
tardia, não é possível iniciar um novo potencial de ação; 
o À medida que a célula começa a repolarizar, alguns 
canais de sódio saem do estado inativo voltando ao 
estado de repouso e podem, então, serem novamente 
recrutados para gerar um novo potencial de ação. A 
essa fase, damos o nome de período refratário relativo; 
 
 
o Combinação de diferentes tipos de canais dependentes 
de voltagem = diferentes padrões de disparo; 
 
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o Enquanto NaVs e KVs são cruciais na geração e 
propagação do PA (em neurônios), os CaVs exercem 
seu papel regulando a liberação de vesículas contendo 
neurotransmissores; 
o SNARE: O pouco de Ca que entra é capaz de causar a 
fusão da vesícula contendo neurotransmissor na 
membrana plasmática → cria um poro de passagem de 
neurotransmissores; 
o Conversão em atividade química; 
o Potencial de ação em neurônios motores liberam 
acetilcolina (Ach) na fenda sináptica da junção 
neuromuscular (NMJ); 
o Ach ativa receptores nicotínicos (nAchRs) presentes no 
músculo; 
o A acetilcolina não pode ficar parada, o efeito tem quer 
rápido; 
o A abertura desses canais causa a despolarização do 
músculo; 
 
o Potencial de ação em músuclo liso, esquelético ou 
cardíaco: podem ser mais longos que o PA presentes 
em neurônios, mas possuem as mesmas etapas 
(despolarização e hiperpolarização); 
o Principal objetivo: despolarizar toda a membrana da 
célula e ativar canais de cálcio dependente de voltagem; 
 
o O cálcio citosólico interage com a troponina, liberando a 
interação da miosina com actina (contração); 
o É um processo de amplificação de sinal; 
o O cálcio vai competir pela ligação da troponina. Quando 
se liga, é liberada a interação para gerar contração; 
o Toxinas que se ligam a VGICs: 
 
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o Em condições normais, o potencial de ação de propaga 
em uma direção (o outro lado da membrana possui NaV 
inativados – indicando o período refratário); 
o A entrada de cargas positivas durante o potencial de ação 
causa a despolarização da membrana até o limiar logo a 
sua frente; 
o A velocidade de propagação de um PA típico é de 
aproximadamente 10m/s, mas há maneiras de torná-lo 
mais rápido; 
 
o Ao despolarizar uma região da membrana (posição 0), o 
Vm irá atingir um certo valor (nesse caso 
aproximadamente -60mV); 
o Ao medir Vm em outras posições, esse valor será menor; 
o O potencial de membrana cai de acordo com a distância; 
 
o Uma maneira comum de quantificar esse decaimento é 
utilizando a variável constante de espaço (lâmbida), que 
descreve a distância no qual o Vm atinge 37% do valor 
máximo; 
֍ Lâmbida alto = potencial de membrana decai 
lentamente ao longo do axônio; 
֍ Lâmbida baixo = potencial de membrana decai 
rapidamente ao longo do axônio; 
o Lâmbida vai depender: 
֍ Do diâmetro da fibra (axônio), quanto maior o 
diâmetro, maior o lâmbida; 
֍ Da resistência da membrana. Quanto maior a 
resistência, maior o lâmbida; 
o Estratégias para aumentar a constante de espaço: 
 
֍ Em invertebrados: aumento do diamentro do axônio 
(1mm no caso do axônio gigente da lula); 
 
֍ Em vertebrados: axônios são “encapados” por outras 
células. Isso causa um grande aumento na resistência 
da membrana. Canais iônicos agora só são expostos 
em certas regiões (nodo de Ranvier); 
 
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o Em uma fibra mielinizada, a condução do potencial de 
ação se dá de forma saltatória, recrutando canais de um 
nodo de Ranvier para o outro; 
o Nesses casos, a velocidade de condução pode aumentar 
aproximadamente 10x (100m/s); 
o Comparação da condução em uma fibra não mielinizada 
e uma fibra mielinizada: