Origens do potencial de membrana Excitabilidade celular

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Origens do potencial de membranaExcitabilidade
celular
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Origens do potencial de repouso

• Todas as células apresentam uma diferença de
  potencial elétrico (voltagem) através da
  membrana.
• Alterações na permeabilidade iônica da membrana
  levam a alterações do potencial da membrana

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Algumas medidas elétricas

• Potencial (E,V) V (volt)
• Carga C (coulomb)
• Corrente (I) A (ampere C/s)
• Resistência (R) W (ohm V/A)
• Condutância (G) S (siemens A/V)

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Registro do potencial de repouso
TIPO CELULAR Em (mV)
Neurônio -70
Músculo esquelético -80
Músculo cardíaco (atrial e ventricular) -80
Músculo liso -55
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As concentrações iônicas são diferentes dentro e
fora da célula
íon íon0 (mM) íonI (mM)
Na 145 15
Cl- 100 5
K 4,5 150
Ca 1,8 0,0001
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Os íons são segregados por transportadores
presentes na membrana que realizam transporte
ativo
1 - Na/K ATPase 2 Trocador Na/Ca 3 Ca-ATPase
reticular
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A Na/K ATPase é eletrogênica, porém sua
contribuição direta para o potencial de repouso é
pequena

• A inibição da Na/K ATPase por digitálicos
  cardiácos (ouabaína) despolariza a célula por
  poucos milivolts (2-16), em média.
• Músculo esquelético 6-8 mV.
• Músculo cardíaco 12-16 mV.

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Potencial de equilíbrio eletroquímico (m) de um
íon (J/mol)

• Diferença de energia potencial do íon entre
  dois compartimentos (Dm)

K
K
Cl-
Cl-
0,01 M KCl
0,1 M KCl
Lado 1
Lado 2
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Cálculo do potencial de equilíbrio eletroquímico
(m) de um íon (J/mol)

• Diferença de energia potencial do K entre dois
  compartimentos (Dm)
• O fluxo Iônico se dá do lado com MAIOR potencial
  para o lado com MENOR potencial.

Dm (K ) mA(K) - mB(K ) RTln K A/K B
zF (EA - EB)
Potencial químico
Potencial elétrico
R constante dos gases T temperatura em K z
valência do íon F constante de Faraday EA - EB
diferença de potencial através da membrana
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Potencial de equilíbrio iônico (Ei)Potencial
elétrico que contrabalança o potencial químico
gerado pela diferença de concentração
iônica.Fluxo líquido nulo!
Membrana permeável apenas ao cátion
59 mV
Lado 1
Lado 2
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Se a membrana é permeável apenas ao ânion o
potencial inverte de sinal
- 59 mV
K
K
Cl-
Cl-
0,01 M KCl
0,1 M KCl
Lado 1
Lado 2
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Se ambos os íons se difundem igualmente não é
gerado o potencial de equilíbrio
Membrana permeável a cátions e ânions (ambos
potenciais de equilíbrio se anulam)

-
0 mV
K
K
Cl-
Cl-
0,01 M KCl
0,1 M KCl
Lado 1
Lado 2
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A partir da equação anterior chegamos a equação
de Nernst
Ei potencial de equilíbrio R constante dos
gases T temperatura em K z valência do íon F
constante de Faraday Ci concentração interna
do íon Co concentração externa do íon
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Equação de Nernst
Substitundo as constantes RT/F e multiplicando
pelo fator de conversao do logaritimo natural
(ln) para logaritimo de base 10 (log), 2.303
temos entao, para a temperatura de 37oC,
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Potenciais de Nernst para os principais íons de
importância fisiológica
íon íon0 (mM) íonI (mM) Ei(mV)
Na 145 15 60
Cl- 100 5 -80
K 4,5 150 -94
Ca 1,8 0,0001 130
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Força eletromotriz (FEM)
FEM Em - Eeq
Para uma célula com Em -80 mV
FEMNa Em - ENa -80 mV - (60 mV) -140 mV
FEMK Em - EK -80 mV - (-94 mV) 14 mV
FEMCa Em - ECa -80 mV - (129 mV) -209 mV
FEMCl Em - ECl -80 mV - (-80 mV) 0 mV
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A membrana celular possui proteínas que formam
canais que passam íons
Canais podem ser seletivos para potássio, sódio,
cálcio ou cloreto, ou para cátions ou ânions Os
canais podem estar sempre abertos ou abrirem em
resposta a algum estímulo
Canal iônico (g)
Os canais Iônicos podem ser vistos como
condutores (g) porque passam corrente elétrica na
forma de íons!
Membrana (C)
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Corrente iônica (I)
Lei de Ohm, I V/R g.V
I
IK gK.(FEMK)
INa gNa.(FEMNa)
V
Erepouso
No repouso ICa e ICl podem ser ignorados Então,
no repouso IK INa gK.(FEMK) gNa.(FEMNa) Em
-80 mV, gK.(14 mV) gNa.(140 mV) gK/gNa 10
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Equação da condutância de corda simplificada
No repouso IK INa 0
Quanto maior a condutânciade um íon (gi) mais
próximo o potencial da membrana ficará do
potencial de equilíbrio desse íon (Ei)
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Células excitáveis

• Células excitáveis são capazes de alterar
  ativamente o potencial da membrana
• Os principais tipos de células excitáveis são
  neurônios e fibras musculares.

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Como alterar o potencial da membrana?
gK
gNa
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A membrana das células excitáveis responde
ativamente a estimulos.A resposta mais típica é
o potencial de ação.

• Súbita e rápida despolarização tudo-ou-nada da
  membrana, que viaja ao longo da célula

pico
0 mV
repolarização
5 ms
limiar
Vrepouso
pós-hiperpolarização
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Para que serve o potencial de ação???????

• Estimular a contração muscular
• Estimular a liberação de neurotransmissores
• Estimular a secreção de outras substâncias por
  células neurais e neuroendócrinas

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Dependência do potencial de ação ao sódio
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O potencial de ação e composto de duas
condutâncias sódio e potássio
Potencial de ação
gNa
gK
A condutância ao potássio ajuda na repolarizacão
do potencial de ação
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O Potencial de ação se origina com a abertura dos
canais de sódio dependentes de voltagem
Medidas de CORRENTE em um potencial fixo
IK
tempo (ms)
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O Potencial de ação se origina com a abertura dos
canais de sódio dependentes de voltagem
-10 mV
5 ms
-70 mV
Corrente de sódio
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As correntes de sódio e potásso que geram o
potencial de ação são dependentes de voltagem
Relação corrente (I) X Voltagem (V)
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As correntes de sódio e potássio podem ser
isoladas farmacologicamente
Tetrodotoxina (TTX)
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O potencial de ação possui um limiar de disparo
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O período refratário impede que o nervo entre em
curto circuito após o potencial da ação.
Após o disparo de um potencial de ação, a célula
necessita de um tempo antes de disparar um
próximo PA. Esse tempo chama-se período refratário

• O Período refratário ABSOLUTO não depende da
  intensidade do estímulo
• O período refratário RELATIVO depende da
  intensidade do estímulo

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A transmissão passiva das diferenças de voltagem
ao longo da membrana é chamada de condução
eletrotônica
l constante de espaço da membrana (1-3 mm)
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A bainha de mielina aumenta a velocidade de
propagação do potencial de ação
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A bainha de mielina aumenta a velocidade de
propagação do potencial de ação
Os nodos de Ranvier concentram os canais de sódio
do nervo