Exercícios - Módulo 2

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Exercícios - biofísica
AULA 1 e 2
1. Quais fenômenos (forças) são mais relevantes na dimensão de uma célula?
· Força eletrostática (corrente) e difusão (potencial químico)
2.Descreva a composição dos líquidos intra e extracelulares em uma célula excitável.
· A água é o principal componente dos líquidos intra e extra celulares, assim como íons. Internamente o íon mais importante é o K+ e externamente os íons mais importantes são Na+ e Ca2+
3.Por que o K+ precisa de um canal específico (ou transportador) para passar do meio extracelular para o intracelular, e a vitamina D não?
· Porque a vitamina D não é carregada e tem constituição lipídica, então atravessa livremente a membrana porque ela tem a mesma polaridade (solúveis na membrana), enquanto o K+ possui carga e não conseguirá atravessar por difusão simples
4.Descreva, resumidamente, a bomba Na+/K+ da membrana celular. Qual é a principal consequência de seu funcionamento?
· A bomba de sódio e potássio é uma enzima que hidrolisa ATP na presença de Na+ intracelular. A energia química liberada por essa reação impele a bomba, que troca Na+ intracelular por K+ extracelular. A ação dessa bomba garante que o K+ esteja mais concentrado dentro do neurônio e que o Na+ esteja mais concentrado fora. Gasta ATP
5.Diferencie canal iônico de transportadores
· Canais iônicos são formados por proteínas transmembrana que formam poros, eles fornecem uma rota para íons cruzarem a membrana plasmática e podem se abrir ou fechar em resposta a estímulos específicos. Os transportadores não possuem poros
6.Diferencie transporte ativo de transporte passivo.
· No transporte ativo tem gasto de energia (ATP) e no passivo não tem gasto de energia porque as substâncias deslocam-se naturalmente do meio mais concentrado para o menos concentrado, ou seja, a favor do gradiente de concentração
7.Diferencia transporte ativo primário de transporte ativo secundário.
· O transporte ativo primário usa uma fonte de energia química diretamente (por exemplo, o ATP) para mover as moléculas através da membrana contra seu gradiente. O transporte ativo secundário (co-transporte), por outro lado, usa um gradiente eletroquímico gerado pelo transporte ativo como fonte de energia para mover as moléculas contra seu gradiente, e assim não requer uma fonte química de energia como o ATP.
8.Quais propriedades iônicas que o canal iônico utiliza para ter permeabilidade seletiva?
· O tamanho do poro do canal e os seus filtros de seletividade interno (tamanho, carga e energia de hidratação do íon)
9.Calcule (usando a equação de Nernst) o potencial de equilíbrio para os íons Na+, K+, Cl-, e Ca2+ baseados no valor típico de concentração desses íons no plasma e no líquido intracelular.
AULA 3 E 4
1.No estado de repouso, qual íon apresenta a maior força geradora (maior diferença de potencial eletroquímico), e qual íon apresenta a maior permeabilidade? No pico do potencial de ação, qual íon apresenta a maior força geradora (maior diferença de potencial eletroquímico), e qual íon apresenta a maior permeabilidade? Justifique suas respostas.
· No estado de repouso o íon com maior permeabilidade é o K+, porque existem canais de vazamento na membrana que só permitem a passagem do potássio e o íon com maior força geradora é Na+ o que justifica este comportamento é o potencial de membrana, que faz com que o Na+ (que quer positivar a membrana) se movimenta muito mais que o K+. No pico do potencial de ação o íon com maior permeabilidade é o Na+ porque o potencial de membrana no pico do potencial de ação é muito próximo ao potencial de ação do sódio (Na+) e o íon com maior permeabilidade é o K+ que se movimenta muito mais
2.Conceitue limiar de excitabilidade de uma fibra nervosa. O que determina o limiar em termos das propriedades moleculares dos canais para íons? Defina potenciais sublimiares e supra-limiares. O que é lei do "tudo ou nada"?
· O limiar é o potencial de membrana no qual um número suficiente de canais de sódio dependentes de voltagem se abre, de forma que a permeabilidade iônica relativa da membrana favoreça o sódio sobre o potássio. 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 dependentes de voltagem, se a corrente injetada não despolarizar a membrana até o limiar, não haverá geração do potencial de ação, porém se a corrente injetada despolariza a membrana além do limiar, potenciais de ação serão gerados. A frequência de disparo do potencial de ação aumenta à medida que a corrente despolarizante aumenta. A lei do “tudo ou nada” diz que aumentar a despolarização de um neurônio não tem efeito até se ultrapassar o limiar, então não quer dizer que despolarizar a célula necessariamente vai causar um potencial de ação, isso só irá acontecer quando um nível crítico de despolarização for atingido (limiar)
3.Explique as variações das fases do potencial de ação (despolarização, repolarização e hiperpolarização) em termos de variação relativa das permeabilidades (condutâncias) dos íons Na+ e K+ em cada fase.
· A fase ascendente do potencial de ação é causada pelo aumento transitório na gNa com um influxo de Na+. Após um estímulo supralimiar, a condutância do Na+ aumenta rapidamente, e o potencial de membrana tende ao ENa. A fase descendente do potencial de ação está associada com o aumento transitório na gK e no efluxo de K+ devido ao aumento do potencial de membrana, a abertura dos canais de potássio dependente de voltagem aumenta o gK, como os canais de sódio dependente de voltagem estão inativados (após o período de geração do potencial de ação), o gK vai ser a principal condutância e vai trazer o Vm próximo do Ek. Despolarização: a mudança da polarização que ocorre com a entrada do sódio é denominada despolarização. Repolarização: A entrada de grande quantidade de Na+ na célula estimula o fechamento dos canais de Na+ e a imediata abertura de canais de K+, ocorrendo à saída de K+. Nesta fase, a bomba de sódio-potássio funciona, transportando ativamente Na+ para o exterior e recolocando K+ no interior da célula. Hiperpolarização: Ocorre quando uma boa parte dos canais de Na+ começam a sair do estado inativo para o estado fechado. Assim, a permeabilidade do K+ aumenta, havendo uma hiperpolarização para o Ek
4.Conceitue períodos refratários absolutos e relativos e associe-os às propriedades moleculares dos canais para Na+. O que acontece com a excitabilidade da fibra durante esse período?
· Os períodos refratários absolutos são períodos de tempo após atingir o limite para a geração de potenciais de ação. Após o início de um potencial de ação é impossível iniciar outro por cerca de 1ms porque os canais de sódio estarão inativos. Os períodos refratários relativos ocorrem quando após o limite de geração de potenciais de ação já foi atingido, porém tem possibilidade de gerar um novo, e para gerar outro a quantidade de corrente necessária para despolarizar o neurônio até o limiar do potencial de ação é maior do que normalmente, os canais de sódio irão passar de inativos para fechados. A excitabilidade da fibra é baixa ou quase nenhuma.
5.Quais os íons que medeiam as correntes iniciais de entrada e as correntes tardias de saída durante o potencial de ação?
· Corrente de entrada: Na+ e corrente de saída: K+
AULA 5 E 6
1.Faça um desenho de um potencial de ação em neurônio na forma de um gráfico do potencial de membrana versus tempo. Marque, com linhas horizontais, os valores dos potenciais de equilíbrio de Na+ e K+.
2.Qual é a função dos íons Na+, K+ e Ca2+ em uma atividade elétrica e química (potencial de ação seguido de liberação de neurotransmissores) em um neurônio típico?
· Os íons Na+ e K+ são de suma importância nas sinapses elétricas e químicas, devido a despolarização da célula através da entrada de Na+ e depois a volta do K+ no estado de repouso, porém o cálcio é essencial nas sinapses químicas pois é a entrada dele na célula que permite a liberação dos neurotransmissores 
3.Qual é a vantagemem mielinizar o axônio?
· Aumentar a velocidade de propagação do estímulo nervoso. 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, nesses casos, a velocidade de condução pode aumentar aproximadamente 10x (100m/s)
4.Quais são as vantagens em utilizar sinapses químicas no sistema nervoso?
· A vantagem é que as sinapses químicas são unidirecionais, sendo assim a informação, parte do elemento pré – sináptico em direção ao pós-sináptico. Isso é importantíssimo na fisiologia, pois direciona a informação, também podem ter suas propriedades funcionais e plásticas alteradas, variando sua eficiência ao longo do tempo
5.Explique o que é um potencial pós-sináptico excitatório (PPSE) e o que é um potencial pós-sináptico inibitório (PPSI). Explique as bases iônicas envolvendo PPSE e PPSI.
· Potencial pós-sináptico excitatório (PPSE): é quando ocorre despolarização transitória do potencial da membrana pós-sináptica causada pela liberação de neurotransmissor. As sinapses tipo I de Gray são geralmente excitatórias (membrana no lado pós sináptico é mais espessa aqui no lado pré sináptico - assimétricas). Sendo assim, se os canais abertos forem permeáveis ao Na+, o efeito resultante será a despolarização da membrana da célula pós-sináptica, e isso tende a trazer o potencial de membrana para o limiar de geração do potencial de ação. Potencial pós-sináptico inibitório (PPSI): é a hiperpolarização transitória do potencial de membrana pós sináptica causado pela liberação de neurotransmissor pela pré sinapse (efeito de hiperpolarização). As sinapses do tipo II de Gray são mais comumente inibitórias (diferenciações da membrana são similares - simétricas). Sendo assim, se canais ativados forem permeáveis ao Cl- o efeito será de hiperpolarização da célula pós-sináptica (porque o potencial de equilíbrio do Cl- é negativo), a hiperpolarização tende a levar o potencial de membrana para longe do limiar de geração do potencial de ação.
6.Descreva como neurotransmissores são armazenados no terminal nervoso e como são liberados em resposta a um potencial de ação pré-sináptico.
· Armazenamento: Os neurotransmissores são armazenados em vesículas por proteínas especiais embutidas na membrana vesicular que são conhecidas como transportadores. Em geral, os peptídeos longos, sintetizados no retículo endoplasmático rugoso, são clivados no aparelho de golgi, produzindo fragmentos menores, sendo um deles o neurotransmissor ativo. Os grânulos secretores contendo os peptídeos processados no aparelho de golgi desprendem se dessa organela e são transportados ao terminal axonal por transporte axoplasmático. No caso de neurotransmissores dos tipos aminoácidos e aminas, as enzimas convertem moléculas precursoras neurotransmissores no citosol, os transportadores proteicos carregam os neurotransmissores para dentro da vesícula sináptica no terminal axonal, onde ficam armazenados
· Liberação: a liberação de neurotransmissores é desencadeada pela chegada de um potencial de ação ao terminal axonal. A despolarização da membrana do terminal causa a abertura de canais de cálcio dependentes de voltagem nas zonas ativas. há uma grande força condutora impulsionando o cálcio para o interior (na célula em repouso a concentração de Ca2+ é muito baixa), a elevação resultante na concentração de cálcio é o sinal que causa a liberação dos neurotransmissores da vesícula sináptica. As vesículas liberam seus conteúdos por um processo denominado exocitose - a membrana da vesícula sináptica funde-se com a membrana pré-sináptica nas zonas ativas, permitindo que o conteúdo da vesícula seja derramado na finda sináptica. Por fim, é reciclada por um processo de endocitose