Aula 3 - Potencial de Repouso, Potencial Graduado e Potencial de Ação

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Bases Morfofuncionais IV - 4° Semestre
POTENCIAL DE REPOUSO, POTENCIAL
GRADUADO E POTENCIAL DE AÇÃO
→ POTENCIAL DE REPOUSO DA MEMBRANA
(DDP ou Vm)
1. Em relação ao potencial de repouso, observado
em todas as células pergunta-se:
a) O que é o potencial de repouso de uma célula?
- O potencial de repouso pode ser definido como
sendo a diferença de potencial elétrico do meio
intracelular e do meio extracelular na membrana da
célula (célula não excitada). Nas células em
repouso há um acúmulo de cargas positivas do lado
externo da membrana e um acúmulo de cargas
negativas do lado interno da membrana.
b) Quais são os íons envolvidos?
- Sódio (Na + ) e de Potássio (K + ).
c) Qual é a importância da permeabilidade celular
no potencial de repouso?
- Manter a diferença de concentração dos íons
extracelulares e intracelulares.
- Canais de vazamento: canais constitutivamente
abertos, SEMPRE ABERTOS – canais de sódio e
canais de potássio – o sódio vai entrar na célula e o
potássio vai sair da célula.
d) Qual o íon responsável pela geração do
potencial elétrico na membrana plasmática?
- Potássio (K + ).
e) Qual a importância da Na+/k+ atpase?
- A bomba de sódio e potássio é um transporte
ativo primário (com gasto de energia – ATP, contra o
gradiente de concentração por meio de uma
proteína carreadora) que bombeia os íons sódio
para fora e, ao mesmo tempo, bombeia os
íons potássio para dentro da célula. Essa bomba
existe em todas as células do corpo e é a
responsável pela manutenção das concentrações de
sódio e potássio através da membrana celular, bem
como o estabelecimento do potencial negativo
intracelular.
- A bomba de sódio e potássio faz a manutenção do
potencial de repouso → DDP é constante.
Sódio tem maior concentração no meio extracelular.
Meio extracelular: 145mM
Meio intracelular: 5mM
Potássio tem maior concentração no meio
intracelular.
Meio intracelular: 150mM
Meio extracelular: 5mM
Bruna Embacher Sanz ❥
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2. Em relação ao transporte de íons através de
uma membrana celular pergunta-se:
a) O que determina o potencial de repouso?
- O potencial de membrana em repouso é
determinado pela contribuição combinada de:
gradiente de concentração x permeabilidade da
membrana à cada íon.
Equação de Goldman
OBS: se a membrana não é permeável a um íon, ele
sai da equação.
b) Quais as forças que atuam sobre o transporte
de um íon através da membrana celular?
- Forças elétricas e químicas.
- Força elétrica + força química = GRADIENTE
ELETROQUÍMICO – o movimento dos íons através
da membrana depende do seu gradiente
eletroquímico.
c) O que significa dizer que um íon está em
equilíbrio eletroquímico?
- É a manutenção da igualdade de concentração ou
forças do meio externo e interno, impedindo que a
diferença de potencial seja mantida, sendo isso
incompatível com a vida da célula.
Observações:
• O que gera eletricidade?
→ GRADIENTE ELÉTRICO: diferença de carga entre
o meio interno e o meio externo da célula.
→ GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO: diferenças
de concentração (quantidade) de moléculas entre
o meio interno e externo da célula.
→ GRADIENTE ELETROQUÍMICO: soma das duas
forças : do gradiente elétrico e do gradiente de
concentração. O gradiente eletroquímico determina
o sentido do fluxo de um íon através da membrana
e o movimento passivo de um íon ocorre sempre a
favor de seu gradiente eletroquímico.
• Toda vez que dá um estímulo a célula, ela está em
repouso.
• Toda célula tem que ter essa diferença de carga,
ou a célula despolariza ou hiperpolariza, para uma
célula entrar em atividade eu mexo com a carga
interna dela.
Exemplos:
AORTA: - 70 Mv (potencial de repouso da
membrana)
NEURÔNIO: - 90 Mv
• Cada célula possui uma medida de DDP e a partir
do potencial elétrico tem as variações, contração,
relaxamento, ação.
OBS: Se os íons igualarem as concentrações, o
potencial é 0mV e a pessoa entra em óbito.
• A membrana celular é 100 vezes mais permeável
ao íon potássio do que o íon sódio.
- O íon potássio gera o potencial elétrico, pois a
membrana é 100 vezes mais permeável ao íon
potássio do que o íon sódio.
- A diferença de concentração do meio intracelular e
extracelular, muito potássio dentro e muito sódio
fora.
• A manutenção do potencial elétrico é feita pela
bomba de sódio e potássio, a cada 3 sódios que
saem, 2 potássios entram (ATP).
• Condições essenciais para que se desenvolva uma
diferença de potencial elétrico através de uma
membrana: 1° condição: Membrana permeável a
íons (presença dos canais iônicos) e 2° condição:
existir um gradiente de concentração dos íons
através da membrana.
• Forças: forma química – relacionada à
concentração; força elétrica – relaciona às cargas
dos íons.
• MANUTENÇÃO DO POTENCIAL DE REPOUSO:
DDP É CONSTANTE – MANTIDA
PELA BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO.
• Condição estacionário – Steady State – as células
se encontram nessa condição.
- DDP através da membrana se mantém estável.
- A concentração dos íons nos compartimentos não
se altera apesar da existência do fluxo constante de
massa.
- O sistema mantém o gradiente de concentração
por um transporte ativo.
• Condição de equilíbrio: a célula morre.
• Célula tem que ser tirada do repouso (potencial
de membrana estável) – quando eu coloco a célula
em atividade eu altero o Vm (variação do potencial
de repouso) dela.
– 2 respostas – potencial de ação ou potencial
eletrotônico (graduado) - (ex: pega uma agulha
de tricô e encosta na mão, vai enfiando até
ultrapassar a mão, até onde dói? A dor
depende da pressão, da forca..)
– Alteração gradual do Vm.
• Para uma célula responder há algum estímulo ela
deve estar em repouso.
• A célula responde até quando tiver o estímulo, ou
seja, até o estímulo cessar.
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→ POTENCIAL DE AÇÃO
1. Observe o esquema abaixo e descreva quais
são as possíveis alterações no potencial de
membrana de uma célula após ser estimulada.
# Despolarização: ganha carga positiva (Vm
diminui).
- 70 mV (potencial de repouso da membrana)
→
- 20 mV CONTRAÇÃO
# Hiperpolarização: perde carga positiva (Vm
aumenta)
- 90 mV ← - 70 mV RELAXAMENTO
2. Como as alterações do potencial de membrana
são conduzidas ao longo de uma célula?
• Potencial Eletrotônico ou Graduado (PE):
alteração gradual do Vm (todas as células do
organismo) - o estímulo é DECREMENTAL – ocorre
dissipação do PE em função da distância do ponto
de estimulação – quando afasta do ponto de
estímulo, a amplitude da resposta vai diminuindo,
ou seja, perde a força ao se distanciar do ponto de
origem, a magnitude é de acordo com o grau de
estímulo.
Bruna Embacher Sanz ❥
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Potencial Graduado Sublimiar:
Potencial Graduado Supralimiar:
• Potencial de Ação (PA): evento tudo ou nada
(células excitáveis, músculo e neurônio): o estímulo
é NÃO DECREMENTAL – não ocorre a dissipação
do PA em função da distância do ponto de
estimulação – a amplitude da resposta é a mesma.
3. Defina potencial de ação e descreva suas
principais características.
- O potencial de ação (PA) é caracterizado como um
evento elétrico que ocorre em células excitáveis,
levando ela a uma atividade (condição do impulso
nervoso). Este processo desencadeia uma inversão
na variação do potencial de membrana da célula.
• Potencial de ação (PA) – RESPOSTA TUDO OU
NADA: é uma variação rápida e transitória do
potencial de membrana (com inversão da
polaridade da membrana), de amplitude constante,
em resposta a um estímulo despolarizante igual ou
acima do limiar de excitabilidade.
• Características:
- O potencial de ação é deflagrado por um estímulo
despolarizante.
- O Vm deve atingir um limiar.
- O potencial de ação é um evento tudo ou nada.
- Não depende da duração e da intensidade do
estímulo.
- Responsável pela sinalização a longas distâncias
(diferente do PE que é a curta distância).
- Ocorre em células excitáveis.
- Inversão do sinal de Vm (potencial de repouso).
- Propagação não dissipa com a distância
(amplitude da resposta é igual aquela do estímulo).OBS: se eu não der um estímulo maior ou igual ao
limiar de excitabilidade eu não deflagro o potencial
de ação.
a) Potenciais de ação resultam da abertura e
fechamento de dois tipos específicos de canais
iônicos. Quais são estes canais?
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• Canais iônicos operado por voltagem – VOCs
(canais operados por voltagem) de sódio e de
potássio, esses canais operados por voltagem,
estão localizados no nodo ranvier do neurônio.
• A cada nodo de ranvier, acontece todas as fases
do potencial de ação – é como se desse um
estímulo em cada ponto do nodo de ranvier.
*Canal de potássio: pode estar aberto ou fechado.
*Canal de sódio: Pode estar fechado, aberto ou
inativado. O sódio é íon responsável pelo potencial
de ação nas células excitáveis. A despolarização
promove a abertura de canais de sódio (VOCs)!!!
ZONA DE GATILHO ou cone de implantação
(começo do axônio): zona onde ocorre a ativação
do potencial de ação (PA). Nessa zona tem canais
de sódio, em posição de repouso os canais estão
fechados, se der um estímulo que deflagre o PA
inverte a polaridade elétrica, portanto, o canal de
sódio abre e o íon sódio entra, despolarizando ainda
mais. Na zona de gatilho existe uma série de canais
de sódio dependentes de voltagem.
4. Escrevam na forma de tópicos o que ocorre em
cada fase do potencial de ação (mecanismo iônico
do PA).
1. Potencial de repouso da membrana
• No repouso os canais VOCs de sódio e potássio
estão fechados.
2. Estímulo despolarizante
3. Limiar de excitação
• A membrana só despolariza se tiver o limiar. Os
canais de sódio controlados por voltagem se abrem
rapidamente e o sódio entra na célula.
4. Despolarização
• A entrada rápida do sódio despolariza a célula,
invertendo a polaridade elétrica (responsável por
desencadear o potencial de ação). Os canais de
potássio começam a se abrir, pois são canais lentos.
5. Pico do Potencial de ação (potencial de
reversão)
• Inversão da polaridade elétrica, ficou positivo.
• Se não ocorre inversão, a célula tem um colapso
elétrico e morre.
• Os canais VOCs de sódio se inativam e os canais
VOCs de potássio estão abrindo.
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6. Repolarização
• Os canais VOCs de potássio estão abertos. Saída
de carga positiva. O potássio se move da célula
para o líquido extracelular. Retorno para o potencial
de repouso.
- Inativação dos VOCs de Na+
- Ativação dos VOCs de K+
7. Hiperpolarização (limiar)
• Canais de sódio fechados e canais de potássio
continuam abertos e mais potássio deixa a célula.
8. Repolarização
• Os canais de potássio controlados por voltagem
se fecham e menos potássio sai da célula.
• Ocorre até os dois canais se fecharem para
realizar um novo estímulo e voltar ao potencial de
repouso.
OBS:
- CANAL FECHADO: não consegue abrir a
qualquer momento, para novamente receber um
estímulo tem que esperar a célula passar por todas
as fases.
- CANAL INATIVADO: abre a qualquer momento,
se caso receber um estímulo acima do limiar de
excitação ele vai abrir de novo e responder.
- Despolarização: quando o potencial de membrana
torna-se menos negativo.
- Hiperpolarização: quando o potencial de
membrana torna-se mais negativo.
- Repolarização: é o retorno da célula ao potencial
de repouso.
- Corpo celular do neurônio: responde ao potencial
graduado (não gera potencial de ação).
- Axônio do neurônio: responde ao potencial de
ação.
5. É possível um segundo potencial de ação
ocorrer numa fibra excitável enquanto a
membrana ainda estiver despolarizada pelo
potencial de ação? Justifique sua resposta
mencionando a importância dos períodos
refratários e o envolvimento dos canais iônicos.
• Sim, vai depender de qual fase o potencial de
ação está; em que condições. Somente quando os
canais de sódio estiverem se fechando e esse
estímulo for acima do limiar da célula que consegue
ser deflagrado um novo potencial de ação.
• Se der um estímulo no potencial de reversão ela
não responde, quando o canal está inativo chama
de canal absoluto.
• No período relativo a membrana é capaz de
responder somente estímulos supralimiares (canais
de sódio fechados).
GRÁFICO:
Potencial de Membrana (mV)
x
Permeabilidade Iônica
A: Período Refratário Absoluto: assegura que um
segundo potencial de ação não aconteça sem que o
primeiro tenha terminado.
B: Período Refratário Relativo: permite que um
potencial gradual acima do limiar possa iniciar outro
potencial de ação, pois podem abrir canais de Na+
que já retornaram à sua posição de repouso.
1 - Canais de sódio e potássio fechados.
2 - Canais de sódio se abrem.
3 - Canais de sódio se fecham e canais de
potássio se abrem.
4 - Canais de sódio voltam a posição original, ao
passo que os canais de potássio permanecem
abertos.
5 - Canais de sódio e potássio fechados.
6. Se todos os PA são iguais, como o sistema
nervoso consegue saber a intensidade do
estímulo?
• Uma característica importante dos potenciais de
ação é que todos os potenciais de ação de um dado
neurônio são idênticos a todos os outros potencias
de ação deste neurônios.
• Para saber a intensidade do estímulo é necessário
saber a frequência de disparo desse estímulo.
Estímulos mais intensos liberam mais
neurotransmissores.
• Se a frequência for menor, vai ter uma resposta
menor, e uma liberação menor de
neurotransmissores e vice-versa.
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• Estímulo despolarizante que atinge o limiar de
excitação da célula, deflagra o potencial de ação da
célula – POTENCIAL DE AÇÃO.
7. Como ocorre a condução do potencial de ação
ao longo do axônio?
• O corpo celular responde o potencial eletrotônico,
já o potencial de ação é respondido pelo axônio, e
isso só acontece se tiver a abertura dos VOCs de
sódio com estímulo despolarizante que chegue ao
limiar de excitação da célula.
• A condução do potencial de ação é mantida por
causa da bainha de mielina.
• A propagação do potencial de ação (PA) é
chamada IMPULSO NERVOSO.
• Se tiver ausência de bainha de mielina ocorre a
dissipação do impulso nervoso – esclerose múltipla.
• O impulso nervoso é um FEEDBACK POSITIVO.
• Impulso elétrico é saltatório.
Observações:
- O que vai acontecer se eu abrir canais de cloreto
no corpo celular?
R: O cloreto tem mais no meio extracelular, ou seja,
se abrir canais de cloreto (carga negativa) esses
íons se movem para o meio intracelular,
hiperpolariza a célula.
- O que vai acontecer se eu fechar os canais de
sódio no corpo celular?
R: A célula fica ainda mais negativa.
- O que vai acontecer numa condição de
hipercalemia (excesso de potássio no sangue)?
R: Ela mexe com o potencial de membrana da
célula; reduz o gradiente químico do potássio. A
célula passa a ser constantemente despolarizada
(voltagem acima do que o repouso).
Figura:
- Efeito da concentração extracelular de potássio na
excitabilidade dos neurônios. Na hipercalemia (c) , a
membrana despolariza e a célula se torna mais
excitável. Na hipocalemia (d), a membrana
hiperpolariza e a célula se torna menos excitável.
→ Condução do Potencial de Ação (PA):
1. Um potencial graduado acima do limiar
alcança a zona de disparo.
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2. Canais de sódio controlados por voltagem
se abrem e o sódio entra no axônio.
3. Cargas positivas fluem para segmentos
adjacentes do neurônio por fluxo de
corrente local.
4. O fluxo de corrente local da região ativa
faz com que outros segmentos da
membrana se despolarizem.
5. O período refratário impede a condução
retrógrada. A perda de potássio do
citoplasma repolariza a célula.
→ Velocidade da Condução do Potencial de Ação
(PA):
A) Os potenciais de ação saltam de um nó de
Ranvier para o outro. Apenas os nós
possuem canais de sódio controlados por
voltagem.
B) Em doenças desmielinizantes, a condução
perde a velocidade devido ao vazamento
de corrente nas regiões previamentes
isoladas entre os nós.
OBS:
- Quanto mais espessa for a bainha de mielina
mais rápida é a condução do potencialde ação.
- Fibra C (amielínicas - sem bainha de mielina)
- Fibra alfa (espessura grande) - mais rápida a
condução.
- Fibra gama (espessura fina).
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