bioeletrogenese - potencial de repouso e potencial de ação

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Potencial de membrana em repouso PSS – UNIOESTE – 2016.

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Page 1: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Potencial de membrana em

repousoPSS – UNIOESTE – 2016.

Page 2: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Sumário• Potencial de membrana em repouso• Permeabilidade seletiva da membrana• Potencial de equilíbrio• Potencial eletroquímico• Potenciais estáveis• A bomba de sódio e potássio

• Potencial de ação• Eventos do potencial de ação• Propagação do PA.

Page 3: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

SNC

SENSORIAIS MOTORES

RECEPTORES•Táteis•Visuais•Químicas•Auditivas•Temperatura•Dores•Propriocepção

Entrada Saída

EFETORES•Comportamentos•Sistemas Motores•Somático Viscero-Motor

Aferentes Eferentes

AprendizadoLinguagemMemória Emoção

Sono

PROCESSAMENTO“Decisão”

Organização funcional do sistema nervoso

Page 4: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Informação – química e elétrica!• Química – Sinapses (tema da próxima aula)• Elétrica – Sinapses e potenciais de ação

Células nervosas e musculares, por exemplo, são capazes de produzir mudanças eletroquímicas rápidas em suas membranas gerando impulsos. Esses impulsos são usados para transmitir informação ao longo dessas células.

Page 5: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Galvani e Volta, um pouco da história da ciência:• Luigi Galvani (1737, 1798) observou que:

• “Era possível obter a contração dos músculos das pastas posterios da rã mesmo sem a aplicação de choque elétrico, bastava a estimulação do nervo lombar com um par bimetálico (cobre e zinco).

• Alessandro Volta (1745, 1827) observou que:• “metais podiam produzir eletricidade e construiu o primeiro

gerador químico. Concluiu dizendo que músculos e nervos são apenas condutores de eletricidade”.

• Luigi Galvani respondeu que:• “demonstrou a contração de músculos da rã ao colocar em contato

com o nervo ciático de outra rã sem usar o par bimetálico para estimular. Concluiu que os elementos geradores de tensão e corrente estão no animal.”

Page 6: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

O potencial de membrana em repouso

• Diferença no potencial elétrico (∆V) observado ao comparar-se o meio intracelular (MIC) com o meio extracelular (MEC) de uma determinada célula.

Por convenção, a voltagem nos líquidos extracelulares é o ponto de referência!

-65mV para esse exemplo! M

Page 7: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

E qual a origem desse potencial de membrana?

• Existe uma membrana cuja permeabilidade é seletiva;• Evita a difusão livre de água e partículas hidrofílicas

(íons)

• Existe diferentes íons orgânicos distribuídos de forma desigual através da membrana.

Guyton & Hall 13ed.

Íon [Extracelular] mmol/L

[Intracelular] mmol/L

Na+ 140 15

K+ 4 130

Ca++ 2,5 0,0001 **

Cl- 120 5

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Relembrando – Difusão• Simples ou facilitada• Simples: ocorre através de uma

abertura na membrana ou através de espaços intramoleculares na membrana.• Interstícios – solúveis em lipídeos• Canais vazantes de água.

• Facilitada: necessita de uma proteína carreadora que se liga quimicamente à substância a ser transportada transporta-a através da membrana.

Page 9: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Não há diferença de concentração e permeabilidade do íon.Não há diferença de potencial elétricoResultado: Fluxo igual de 0

Há diferença de concentração e permeabilidade do íonNão há diferença de potencial elétricoResultado: Fluxo diferente de 0

*Há movimentação do cátion a favor do seu gradiente de concentração.O movimento dessas cargas iônicas cria uma diferença de potencial elétrico (Em).

Há oposição do Em ao gradiente de concentração e estabilização das forças difusorasResultado: Fluxo igual de 0Em = Potencia de equilíbrio do íon.

Tomemos como exemplo a [K] nas duas soluções separadas por uma membrana seletiva:

Page 10: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

O potencial de membrana em repouso

• Os potenciais de membrana são causados pela concentração de íons;• O ambiente intracelular apresenta diferente composição do

ambiente extracelular;• Uma membrana seletivamente permeável tem papel ativo na

geração desse potencial de membrana em repouso.• Proteínas transmembrana desempenham papel fundamental na

geração e manutenção do potencial de membrana em repouso

Heneine – Biofísica Básica -

Page 11: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Potencial de equilíbrio • Voltagem teórica que seria produzida de

um lado a outro da membrana quando apenas um íon fosse capaz de difundir-se;

• Se o K+ fosse o único cátion a atravessar a membrana, ele se difundiria até sua concentração externa e interna tornarem-se estáveis (NAO IGUAIS) → equilíbrio;

• Equilíbrio → forcas de atracao eletrica e do gradiente de difusao sao iguais e opostas;

• Nerst calcula a força eletromotiva de UM íon!

Equação de Nerst!

R = constante do gás; T = temperatura K; F número de Faraday (carga)

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Page 14: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Potenciais estáveis• O potencial de equilíbrio e a equação de Nerst

especifica o valor do potencial de membrana quando a membrana é permeável a apenas um íon, mas sabemos que não é tão simples...

• Membranas reais são permeáveis ao • K+, Na+ e ao Cl-

Page 15: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Potencial de equilíbrio do K+

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Potencial de equilíbrio do Na+

Page 17: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Equação de Goldman• Permite calcular o potencial de difusão de uma

membrana permeável a diversos íons;• Leva em consideração:• A polaridade das cargas de cada íon;• A permeabilidade da membrana para cada íon;• A concentração de cada íon [in] [out];

Page 18: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Equação de Goldman-Hodkin-Katz

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O que acontece em uma célula?

Geração de potencial de repouso

WikiCommons - CC

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Potencial de repouso

http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html

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Potencial de Repouso

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Potencial de repouso

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http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html

Page 29: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Resultado: equilíbrio?• Numa situação hipotética, sim! Na

célula, não!

• O que ocorre nas células é que além dos canais de potássio existem canais para outros íons, tais como sódio.

• Por fim, e muito importante, há uma bomba carreadora de sódio/potássio que troca 3Na+ para fora da célula e 2 K+ para o interior da célula!

Veja a seguir!

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A bomba de sódio e potássio

Page 31: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Resumo:

• Permeabilidade da membrana menor ao Na+ que ao K+ quando a célula está em repouso• Acão da Bomba sódio/potássio – trocando 3Na+ para fora e 2

K+ para dentro da célula) cria um déficit real de íons positivos no interior produzindo uma carga negativa no interior da membrana celular.• Presença de proteínas com cargas negativas e outros ânions

(Cl-) também contribuem para esse processo.

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Contribuem para o potencial de membrana

em repouso:• A contribuição do

Potencial de Difusão do potássio

• A contribuição da Difusão do sódio através da membrana*

• A contribuição da bomba de Na+/K+

Guyton e Hall 13ed. *Permeabilidade ao K é 100x maior que ao Na

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Page 34: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

• Guyton – Tratado de fisiologia médica;• Heneine – Biofísica básica;

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O potencial de ação

Felipe Beijamini - UNIOESTE 2016

Page 36: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Potencial de ação• Mecanismo pelo qual os sinais nervosos são transmitidos pelos

nervos;

• Rápidas alterações do potencial de membrana que se propaga com grande velocidade por toda a membrana da fibra nervosa• Unidirecional• Do tipo tudo ou nada.

• “Cada potencial de ação começa por uma alteração súbita do potencial de membrana normal negativo para um potencial positivo, terminando então com retorno quase tão rápido para o potencial negativo”.

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Guyton e Hall 13ed.

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Potencial de Ação

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Page 40: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Etapas• Estágio de repouso: e o potencial de repouso da

membrana, antes do início do potencial de acao.

• Estágio de despolarização: se refere a diminuicao do ∆Vm.

• Estágio de repolarização: se refere a retomada do ∆Vm para valores negativos;

• Estágio de Hiperpolarização: se refere ao estágio de ∆Vm superior ao estado de repouso

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Estágio de despolarização• Alta permeabilidade aos

íons sódio, permitindo que grande número de íons sódio, positivamente carregados, se difunda para o interior do axônio.

• Neutralização do estado “normal” de polarização -> e passagem do potencial para um valor positivo.

Guyton e Hall 13ed.

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Estágio de Repolarização• Fechamento dos canais

de íons sódio;• Abertura de canais de

íons potássio em maior número que o normal; • Rápida difusão de íons

potássio para o exterior restabelece o potencial negativo da membrana.

Guyton e Hall 13ed.

Page 43: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Estágio de Hiperpolarização• A abertura dos canais

de potássio permite o efluxo do íon e rápida repolarização da membrana, no entanto, ocorre uma hiperpolarização.• A bomba de sódio e

potássio restaura as concentrações iônicas iniciais.

Guyton e Hall 13ed.

Page 44: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Os 4 eventos do PA e a condutância dos íons Na+ e K+

Guyton e Hall 13ed.

Page 45: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Potencial de Ação

Page 46: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Período refratário• Chama-se de período

refratário o intervalo de tempo no qual a membrana permanece inexcitável. Isso deve-se ao fato de que após se abrirem os canais iônicos passam ao estado inativo.

Page 47: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Tudo ou nada• É uma avalancha de

despolarização, que leva a um ponto em que a corrente despolarizante de Na+ é muito maior que a corrente repolarizante de K+; • Irreversível!

Page 48: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Potencial de ação é unidirecional!• Zona de gatilho!• Período refratário! Para casa!

Page 49: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

Resumo:

• Rápidas alterações do potencial de membrana que se propaga com grande velocidade por toda a membrana da fibra nervosa• Unidirecional• Do tipo tudo ou nada.

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Para a próxima aula• Velocidade de

condução do potencial de ação;• Circuito neuronal;• Somação;• Sinapses.

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Referências e material complementar• Guyton & Hall 11 edição• Guyton & Hall 13 edição – Em inglês• Nolte, J. – Neurociência - 1ed.• Lent, R. – Cem Bilhões de neurônios? 2ed.• Heneine – F. – Biofísica Básica• Garcia – E – Biofísica.• Complementares:• http://

www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/electricalsignaling.html

• http://fisiologia.ib.usp.br/labcog/index.php/11-categoriapt-br/13-extensao

Page 52: Bioeletrogenese - Potencial de repouso e potencial de ação

• Muito obrigado.

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