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INTRODUÇÃO
• 1 CONCEITO – bioeletricidade é a parte da biofísica que estuda a eletricidade relacionada com a vida.
• 2 – PRINCÍPIOS a) Átomob) Íonsc) Corpo carregadod) Campo Elétrico x Campo Gravitacionale) Volt (ddp)f) Corrente (elétrica x iônica)
EQUAÇÕES• Os íons sofrem ação de duas forças.
A. Corrente de Difusão: • Difusão é o movimento espacial e aleatório (movimento
Browniano) de átomos, moléculas ou partículas, determinado pela energia térmica da própria partícula.
B. Corrente devido ao Campo Elétrico
POTENCIAL DE MEMBRANA
POTENCIAL DE REPOUSO= POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO
PR=-30 a -100 mV
DDP
Explorador
Referencial
Íon Concentração iônica
intracelular [Íon]dentro (mM)
Concentração iônica
extracelular [Íon]fora (mM)
Relação [Íon]fora /[I]dentro
Potencial de
repouso VK (mV)
Ca++ 10-4 2 20.000 124,73Cl- 5 120 24 -80,05K+ 150 4 0,0266. -91,30Na+ 15 145 9,666. 57,15
VK = (58 mV) log ( )[Íon]fora
[Íon]dentro
Composição Iônica da Membrana do Músculo
Cardíaco
EQUAÇÃO POTENCIAL DE NERST
10,53 de -85 a -95 mVQual a razão para a diferença entre o
valor calculado e o esperado?
Composição Iônica da Membrana do Músculo
Esquelético de RãÍon Concentração
iônica intracelular
[Íon]dentro (mM)
Concentração iônica
extracelular [Íon]fora (mM)
Relação [Íon]fora
/[Íon]dentro
Potencial de
repouso EK (mV)
Ca++ 4,9 2,1 0,4286 -10,671
Cl- 1,5 77,5 51,666. 99,366K+ 124 2,25 0,01815 -100,985
Na+ 10,4 109 10,48 59,181
46,891 -70 mV
EQUAÇÃO POTENCIAL DE NERST
Qual a razão para a diferença entre o valor calculado e o esperado?
Íon Concentração iônica
intracelular [Íon]dentro (mM)
Concentração iônica
extracelular [Íon]fora (mM)
Relação [Íon]fora
/[Íon]dentro
Potencial de
repouso VK (mV)
Ca++ 0,4 10 25 40,540
Cl- 40 560 14 - 66,475K+ 400 20 0,05 -75,46
Na+ 50 440 8,8 54,78
86,335 -70 mV
Composição Iônica da Membrana do Axônio de
Sépia
wfdaj.sites.uol.com.br BIOFÍSICA
Qual a razão para a diferença entre o valor calculado e o esperado?
A aplicação da equação de Nernst é inadequada, pois a membrana celular apresenta permeabilidade distinta para cada íon, devido aos diferentes tipos de canais presentes na membrana celular.
A análise da permeabilidade levou a uma equação mais realística, como a desenvolvida por Goldman (1941) e Hodgkin & Katz (1949).
Na equação os termos PNa , PK e PCl são as permeabilidades dos íons de Na, K e Cl respectivamente.
Como a permeabilidade para os outros íons é desprezível, os termos referentes aos outros íons não são incluídos na equação.
Equação de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK)
http://www.physiologyweb.com/calculators/ghk_equation_calculator.htmlDiversão: vá para este site e faça alguns exemplos
foraCldentroKdentroNa
dentroClforaKforaNaK clPKPNaP
clPKPNaPZmVV log58
Equação de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK)
•T é a temperatura em Kelvin (K = °C + 273.15).
•R é a constante universal dos gases (8.314 J.K-1.mol-1).
•F é a constante de Farady (96485 C.mol-1). • Permebailidades dos íons, pK : pNa : pCl = 1 : 0.05 : 0.45
Aplicando-se a equação GHK temos: VK = -69,5 mV, bem próximo ao valor determinado experimentalmente (de -70 mV).
POTENCIAL DE REPOUSO FORMAÇÃO
A K Cl-Na+ -+- +
++-
-+
+-
-
A K
Cl-Na+ -+
- +
++-
-+
+-
-
--- +
++
A K
Cl-Na+ -+
- +
++-
-+
+-
-
---+
++
Na/K-ATPase---+
++
---+
++
PR=-70 mv
K+
Na+
PK+ > PNa+
∆K+ > ∆Na+
EFLUXO K+ = INFLUXO Na+
POTENCIAL ESTABILIZA
MB IMPERMEÁVEL A ÍONS MB PERMEÁVEL A ÍONS
TODAS AS CÉLULAS
[Eletroneutralidade]
Canais passivos (Vazamento)
K+
Na+
Por que estudar Potencial de Ação???É por meio do impulsos nervosos (P
Ação) que o SNA participa da regulação de Funções Biológicas.
Mecanismos neurais (via PA) regulam as Funções Biológicas dos sistemas:
Digestório, Endócrino, Cardiovascular, Respiratório, etc.
HOMEOSTASE
P Ação nas células musculares (evento elétrico) promove contração muscular
(evento mecânico) que produz movimentos como os de: Inspiração e
Expiração (músculos da respiração)Sístole e Diástole (músculos cardíaca) Vasoconstrição e Vasodilatação (músc.
dos vasos)
P. AÇÃO MOVIMENTO
BASES IÔNICAS DO POTENCIAL DE AÇÃO
+ + + + + + + + + -70 mv
Na+K+
Na+
K+
+ + + + + + + + +
Na+
K+Na+
K+
+ + + + + + + + +
Na+ K+
Na+
K++ + + + + + + + +
Na+K+
Na+
K+
REPOUSO 1.DESPOLARIZAÇÃO
2.INATIVAÇÃO 3.REPOLARIZAÇÃO
CANAIS PASSIVOS (VAZAMENTO)
CANAIS ATIVOS (VOLTAGEM DEPENDENTES)Na+: FechadoK+: Fechado
CANAIS ATIVOS (VOLTAGEM DEPENDENTES)Na+: Aberto; K+:Início-Fechado
Durante- Se abrindo
CANAIS ATIVOS (VOLTAGEM DEPENDENTES)Na+: Inativado
K+: > no canais abertos
CANAIS ATIVOS (VOLTAGEM DEPENDENTES)Na+: Início-inativado Final-Fechado (-70mv) K+: Início-Aberto Final-Fechado (-70 mv)
ESTÍMULO
+ +
Na+
+30 mv
MB
INTRACELULAR
CANAIS SENSÍVEIS AO ESTÍMULO
X
NT
1-ASCENDENTE/ DESPOLARIZAÇÃO 3-DESCENDENTE/
REPOLARIZAÇÃO
2-INATIVAÇÃO
PNa+
PK+
PNa+
POTENCIAL REPOUSO
FASES DO POTENCIAL DE AÇÃO
Ociloscópio
ESTÍMULO
FLUXO DE ÍONS DURANTE O PA É PEQUENO∆C É MANTIDO PELA Na+-k+-ATPase
CANAL DO SÓDIO SENSÍVEL A VOLTAGEM
--
-----
REPOUSO
FECHADO
GATE DE
INATIVAÇÃO
GATE DE
ATIVAÇÃO
FILTRO DE
SELETIVIDADE
-
-
-
-- --
INÍCIO DESPOLARIZAÇÃO
ABERTO
GATE DE
INATIVAÇÃO
GATE DE
ATIVAÇÃO
- - - - + + + +
-
-
-
-- --
FINAL DESPOLARIZAÇÃO
INATIVADO
GATE DE
INATIVAÇÃO
GATE DE
ATIVAÇÃO
+ + + + + +(+30 mv)
EXTRA
INTRA
Na+
K+ K+
Na+
K+
-70
0
+30 mv
-50
1.DESPOLARIZAÇÃO
REPOUSO
2.INATIVAÇÃO
3.REPOLARIZAÇÃO
K+ K+
REPOUSO
PL
I
ESTÍMULO
Na+ Na+ Na+
A
III
IA A AA
A A A
AA
A
GATE ATIVAÇÃO CANAL Na+: RESPONDE RÁPIDO À DESPOLARIZAÇÃOGATE INATIVAÇÃO CANAL Na+/ GATE ATIVAÇÃO CANAL K+: RESPONDE LENTAMENTE À DESPOLARIZAÇÃO
Tempo (ms)
ESTADO DOS CANAIS (Na+/ K+)DURANTE
O POTENCIAL DE AÇÃO
* Animação
Na+
K+ K+
Na+
K+
-70
0
+30 mv
-50
1.DESPOLARIZAÇÃO
REPOUSO
2.INATIVAÇÃO
3.REPOLARIZAÇÃO
K+ K+
REPOUSO
PL
I
ESTÍMULO
Na+ Na+ Na+
A
III
IA A AA
A A A
AA
A
GATE ATIVAÇÃO CANAL Na+: RESPONDE RÁPIDO À DESPOLARIZAÇÃOGATE INATIVAÇÃO CANAL Na+/ GATE ATIVAÇÃO CANAL K+: RESPONDE LENTAMENTE À DESPOLARIZAÇÃO
Tempo (ms)
TETRODOTOXINA (Na+) TETRAETILAMÔNIO (K+) ANESTÉSICOS LOCAIS (Na+ e K+)
BLOQUEADORES DE CANAIS
+ + +
+ + +
+ + +
Na+
K+Na+
K+
+ + + + + + + + + + + + + + + + +
CANAIS SENSÍVEIS AO ESTÍMULO
CANAIS SENSÍVEIS À VOLTAGEMGeração e Propagação do PA
CANAIS DE VAZAMENTOFormação do PR
Na+
+ ++
ESTÍMULOS
PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO
Na+Na+
+ + + + + +
+ + + + + +
---+ ++
--
+ +- - -
Na+Na+ Na+
ÁREA ATIVA
-- ----- ----- --
CÉLULAS EXCITÁVEIS (NÃO NEURÔNIOS)(CONDUÇÃO PONTO A PONTO)
PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO
+ +++ + - - -
Na+ Na+
FIBRAS MIELÍNICAS(CONDUÇÃO SALTATÓRIA)
- - -
Na+
PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃODIREÇÃO DA CONDUÇÃO
INÍCIO DO PA
NEUROTRANSMISsORESOU
MEDIADORES QUÍMICOS
PROPAGAÇÃO DO POTENCIAL DE AÇÃOVELOCIDADE DE CONDUÇÃO
3- POTENCIAL DE REPOUSO
1- MIELINIZAÇÃO 2- DIÂMETRO DO AXÔNIO
<PR < VELOCIDADE CONDUÇÃO PA
K+
CÉLULAS EFETORAS:NEURÔNIO
MUSCULAR ESTRIADA (ESQUELÉTICA, CARDÍACA, MUSCULATURA RESPIRATÓRIA)
MUSCULAR LISAGLANDULAR
TRANSMISSÃO DO POTENCIAL DE AÇÃO
Na+
ESTÍMULOS
EXTERNOS (AMBIENTAIS):QUÍMICO MECÂNICOTÉRMICO
LUMINOSO
INTERNOS (FISIOLÓGICOS):OSMOLARIDADE
ALTERAÇÃO DA P. ARTERIALO2, CO2, pH, GLICOSE
Terminação nervosa ou célula especializadaOSMORRECEPTORES BARORRECEPTORES
QUIMIORRECEPTORESMECANORRECEPTORESTERMORRECEPTORES
RECEPTORES PARA LUZ
FENÔMENO ELÉTRICO(DESPOLARIZAÇÃO)
ENERGIA DOSESTÍMULOS
SINAL ELÉTRICO
OUTROS ESTÍMULOS QUE PODEM GERAR POTENCIAL DE AÇÃO
(TRANSDUTOR DE SINAL)
RECEPTORES P/ ESTIMULOS
Na+
+ + + + +
POTENCIAL RECEPTOR
K+
X
Fig.15.01
RECEPTORES PARA ESTÍMULOS(TRANSDUTORES DE SINAL)
3- CÉLULAS ESPECIALIZADAS
1- TERMINAÇÕES NERVOSAS LIVRES
4- RECEPTORES DE MEMBRANA PARA NEUROTRANSMISSORES
2- TERMINAÇÕES NERVOSAS ENCAPSULADAS
Na+
CANAL SENSÍVEL AO NT
TERMORRECEPTOR
MECANORRECEPTOR
QUIMIORRECEPTOR
CANAL SENSÍVEL AO ESTIRAMENTO
DA MEMBRANA
Na+
+ + +
+ + +
+ + +
Na+
K+Na+
K+
+ + + + + + + + +
CANAIS SENSÍVEIS AO ESTÍMULO (ESTIRAMENTO MB)
CANAIS SENSÍVEIS À VOLTAGEMGeração do PA
CANAIS DE VAZAMENTOFormação do PR
Na+
+ + +
+ ++
ESTÍMULO PRESSÃO
+ + +
CORPÚSCULO DE
PACINI
CANAL SENSÍVEL À VOLTAGEM
Na+
+30 mv
+ + + + + + + + +
CANAIS SENSÍVEIS AO ESTÍMULO GUSTATIVO, SONORO, LUMINOSO
Na+
K+
+ + + X
+ ++ + +
+
ESTÍMULOS GOSTO, SOM, LUZ, ETC
(ALTERAM A PERMEABILIDADE DA MEMBRANA A ÍONS)
CÉLULA
ESPECIALIZADANEURÔNIO SENSORIAL
+ + +
+ + +
+ + +
+ +
Na+
K+
+ + + + + + + + +
CANAIS SENSÍVEIS AO NEUROTRANSMISSOR
CANAIS SENSÍVEIS À VOLTAGEMGeração do PA
Na+
+ + +
+ ++
ESTÍMULOS NEUROTRANSMISSORES
+ + +
Na+
ESTÍMULO LIMIAR
POTENCIAL LIMIAR
A LEI DO TUDO OU NADA
ESTÍMULOS SUBLIMIARES
ESTÍMULOS SUPRALIMIARES
ESTÍMULO LIMIAR
POTENCIAL LIMIAR
DISCRIMANAÇÃO DE INTENSIDADE DOS ESTÍMULOS
1- NÚMERO DE RECEPTORES ATIVADOS
2- FREQUÊNCIA DE PA GERADOS
Na+Na+
-70
0
+30 mv
-50
1.DESPOLARIZAÇÃO
2.INATIVAÇÃO
3.REPOLARIZAÇÃO
PL
I
ESTÍMULO
Na+ Na+ Na+
A
III
IA A AA
PR ABSOLUTO
PR RELATIVO
FECHADO FECHADOABERTO INATIVADO INATIVADO
PERÍODO REFRATÁRIO
Tempo (ms)
Ca2+
Por que estudar Potencial de Ação no Módulo de Funções Biológicas ???
P AÇÃO NA CÉLULA MUSCULAR(Evento Elétrico)
CONTRAÇÃOEvento Mecânico
P AÇÃO
P AÇ
ÃOSISTEMA
CARDIOVASCULAR
P AÇÃO
P AÇÃO
SISTEMA RESPIRATÓRIO
Contração e relaxamento da musculuratura respiratória – Inspiração e Expiração
Contração e relaxamento da musculuratura cardíaca – Sístole e Diástole
Contração e relaxamento da musculatura dos vasos – Vasoconstrição e Vasodilatação
Movimento
REPOUSO DESPOLARIZAÇÃO REPOLARIZAÇÃO
+ + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + +-70 mv
-70 mv+30 mv
ESTÍMULOS (ALTERAM A PERMEABILIDADE DA MEMBRANA A ÍONS)
ESTÍMULOS
EXTERNOS (AMBIENTAIS):MECÂNICOTÉRMICO
LUMINOSOQUÍMICO
INTERNOS (FISIOLÓGICOS):NEUROTRANSMISSORES
OSMOLARIDADEO2, CO2,pH, Glicose, etc
ALTERAÇÃO DA P. ARTERIAL
RECEPTORES(TRANSDUTOR DE SINAL)
CÉLULAS ESPECIALIZADASTERMINAÇÕES NERVOSAS LIVRES
RECEPTORES DE MEMBRANA
MECANORRECEPTORESTERMORRECEPTORES
RECEPTORES PARA LUZQUIMIORRECEPTORESOSMORRECEPTORES BARORRECEPTORES
FENÔMENO ELÉTRICO(DESPOLARIZAÇÃO)
Na+ Na+
ENERGIA DOSESTÍMULOS SINAL ELÉTRICO
FATORES QUE PODEM GERAR POTENCIAL DE AÇÃO
NT
CANAIS SENSÍVEIS AO ESTÍMULO
Fig.15.01
RECEPTORES PARA ESTÍMULOS(TRANSDUTORES DE SINAL)
3- CÉLULAS ESPECIALIZADAS
1- TERMINAÇÕES NERVOSAS LIVRES
4- RECEPTORES DE MEMBRANA PARA NEUROTRANSMISSORES
2- TERMINAÇÕES NERVOSAS ENCAPSULADAS
Na+
CANAL SENSÍVEL AO NT
Na+
CANAL SENSÍVEL AO ESTIRAMENTO CANAL SENSÍVEL À VOLTAGEM
Na+
TERMORRECEPTOR
MECANORRECEPTOR
QUIMIORRECEPTOR
+ + +
+ + +
+ + +
Na+
K+Na+
K+
+30 mv+ + + + + + + + +
CANAIS SENSÍVEIS AO ESTÍMULO
CANAIS SENSÍVEIS À VOLTAGEMGeração do PA
CANAIS DE VAZAMENTOFormação do PR
Na+
K+
+ + + X
+ ++ + +
+
ESTÍMULOS (ALTERAM A PERMEABILIDADE DA MEMBRANA A ÍONS)
RECEPTORES DE MEMBRANA
TERMINAÇÕES NERVOSAS LIVRES
CÉLULAS ESPECIALIZADAS
RECEPTORES PARA ESTÍMULOS
(TRANSDUTORES DE SINAL)
- - - - - - - - + + + + + + +
ESTÍMULONa+
CANAIS SENSÍVEIS AO NT
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