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5/3/2010 1 Bioeletricidade Bioeletricidade Bioeletricidade Bioeletricidade e Bioeletrogênese Bioeletrogênese Bioeletrogênese Bioeletrogênese Física e Biofísica -Prof. Patrícia Costa Eletricidade Quando uma carga se encontra em repouso, produz forças sobre outras situadas à sua volta. Se a carga se desloca, produz também campos magnéticos. Há dois tipos de cargas elétricas: positivas e negativas. A eletricidade é um fenômeno físico originado por cargas elétricas paradas, ou em movimento, e por sua interação. Corrente elétrica : Movimento de cargas elétricas em meios condutores Medida em Ampères (A) e seus submúltiplos tais como, miliampère (mA, 10 -3 A), microampère (μA, 10 -6 ), nanoampère (nA, 10 -9 ) e picoampère (pA, 10 -12 A). E nas células, ocorre geração de eletricidade?

Aula Biofisica 06 - Bioeletricidade

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BioeletricidadeBioeletricidadeBioeletricidadeBioeletricidadeeeee

BioeletrogêneseBioeletrogêneseBioeletrogêneseBioeletrogênese

Física e Biofísica - Prof. Patrícia Costa

Eletricidade

Quando uma carga se encontra em repouso, produz forças sobre outras

situadas à sua volta. Se a carga se desloca, produz também campos

magnéticos.

Há dois tipos de cargas elétricas: positivas e negativas.

A eletricidade é um fenômeno físico originado por cargas elétricas paradas, ou em movimento, e por sua interação.

Corrente elétrica: Movimento de cargas elétricas em meioscondutoresMedida em Ampères (A) e seus submúltiplos tais como, miliampère

(mA, 10-3 A), microampère (µA, 10-6), nanoampère (nA, 10-9) e

picoampère (pA, 10-12 A).

E nas células, ocorre geração de eletricidade?

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BIOELETRICIDADE

Colocando-se eletrodos dentro e fora de um neurônio, por exemplo, temos

uma diferença de potencial de – 70 mV. O instrumento usado para medir a

diferença de potencial é o voltímetro.

Neurônio

Eletrodos

Potencial de membrana - Diferença de potencial elétrico entre o

interior e o exterior da célula

As cargas elétricas que geram osfenômenos elétricos na membranacelular são os íons, tais como, Na+,K+, Ca++ e Cl-.

Potencial de repouso- Quando o potencial de membrana

permanece inalterado (nao ha

influencias externas)

Potencial de Repouso

Dois eletrodos, inseridos no axônio de um neurônio em repouso, detectam a

pequena diferença de potencial, entre os meios extra e intra celular.

+++++++++++++++++++++++++

--------------------------------------------

--------------------------------------------

+++++++++++++++++++++++++

Neurônio

Axônio

Amplificador

OscilóscopioEletrodos

-70mV

Meio extracelular

Meio intracelular

CELULA Em (mV)

eurônio -70

Músculo

esquelético

-80

Músculo

cardíaco

-80

Músculo liso -55

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Origem do Potencial de Repouso -Polaridade elétrica da membrana

Face Interna da membrana ���� Negativa ���� excesso de anions (-Q)

Face externa da membrana ���� Positiva ���� excesso de cations (+Q)

As cargas eletricas em excesso, +Q e –Q, que provocam a formacao do potencial

de repouso, se localizam em torno da membrana celular.

As concentrações iônicas são diferentesdentro e fora da célula

Devido a atuação:• Transportes ativos• Bomba de sodio e potassio• Transportes passivos• Difusão

Exemplo

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Manutenção do potencial de membrana

K+ K+

Intracelular Extracelular

--

--

+

+

+

+

Na+Na+

--

--

+

+

+

+

Cl-Cl-

--

--

+

+

+

+

Seta azul – Gradiente quimico

Seta vermelha – Gradiente eletrico

Membrana plasmatica

Manutenção do potencial de membrana

1) O íon K+ está em maior concentração dentro do que fora da célula.

Como ele se difunde com alta velocidade, agora ele passa a sair da

célula, seguindo seu gradiente químico. Como a célula é mais

negativa dentro do que fora, então o gradiente elétrico é oposto ao

químico, e tende a "brecar" a saída do potássio

2) O íon Na+ está em maior concentração fora do que dentro da

célula. Ele se difunde a uma velocidade muito baixa, de fora para

dentro, seguindo seu gradiente químico, e também seu gradiente

elétrico

Com o tempo, tanto o potassio quanto o sodio acabariam tendo a

mesma concentração dentro e fora, mas a bomba de sódio e potassio

mantem essa diferença

3) O ion Cl- está também em maior concentração fora do que dentro.

Portanto ele se difunde, a uma velocidade menor do que a do

potássio, de fora para dentro, seguindo seu gradiente químico. O

gradiente elétrico, no entanto, é oposto ao quimico. Assim, ele se

equilibra dinâmicamente, sem que haja a necessidade de uma bomba

ativa de cloro!

K+ K+

Intracelular Extracelular

--

--

+

+

+

+

Na+Na+

--

--

+

+

+

+

Cl-Cl-

--

--

+

+

+

+

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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.

A membrana das células excitáveis responde

ativamente a estimulos.

A resposta mais típica é o potencial de ação.

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O POTENCIAL DE AÇÃO (PA) é um evento elétricotransitório rapido no qual ocorre a completa inversão dapolaridade elétrica da membrana.

Potencial de Ação

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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POTENCIAL DE AÇÃO

Etapas do PA:- Despolarização- Inversão de

polaridade da membrana

- Repolarização- Hiperpolarização

Neurônio

Condução do Potencial de ação

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Potencial limiar

Potencial de repouso

Tempo(ms)

Os canais de Na+, dependentes de voltagem, da membrana plasmática do axônio são

os responsáveis primários pelo potencial de ação. Podemos pensar no potencial de

ação como um evento “tudo ou nada” e auto-regenerante.

Potencial de Ação

V(mV)

50

0

-70

Fonte: http://psych.hanover.edu/Krantz/neurotut.html

Vejamos atentamente essa animação do funcionamento dos canais durante as fases

de despolarização e repolarização. Os canais de Na+, dependentes de voltagem

abrem-se, permitindo a elevação do potencial, gráfico ao lado. Vemos claramente os

íons do Na+ (cargas positivas) entrando na célula, e o potencial de membrana

respondendo a essa entrada no gráfico.

Despolarização

Canal de Na+

Potencial de Ação

Voltagem (mV)

Tempo(ms)

Potencial de repouso

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Nessa fase vemos a repolarização, onde as cargas positivas (indicadas em

verde), devido aos íons de K+, saem da célula, concomitantemente temos a queda

do potencial de membrana no gráfico ao lado. O canal de K+ também é indicado

em verde. Esse canal fica aberto durante toda a fase de repolarização.

Repolarização

Potencial de Ação

Despolarização

Voltagem (mV)

Tempo(ms)

Potencial de repouso

Hiperpolarização

Fonte: http://psych.hanover.edu/Krantz/neurotut.html

Potencial de Ação

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Potencial de Ação

Potencial de Ação

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A) Os canais de sódio e potássio estão

fechados

B) O aumento do potencial na membrana leva o

canal de sódio, que é dependente de voltagem,

a abrir-se. O que permite o rápido influxo de

sódio na célula, aumentando de forma

significativa o potencial de membrana. Esta fase

é chamada despolarização.

C) Aproximadamente 1 ms depois o canal de

sódio fecha-se e os canais de potássio,

dependentes de voltagem, abrem-se.

Permitindo a saída do excesso de carga positiva

da célula. Esta fase é a de hiperpolarização.

D) Por último a célula atinge o potencial de

repouso.

Potencial de Ação e os canais de sódio e potássio

Membrana plasmática

Canal Na+Canal K+

Propriedades do potencial de ação

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Permeabilidade Durante o Potencial de Ação

A abertura e fechamento dos canais mudam a permeabilidade dos

neurônios durante o potencial de ação. O rápido aumento da

permeabilidade ao íon de Na+ é responsável pela fase de

despolarização do potencial de ação.

Permeabilidade

Permeabilidade ao Na+

Permeabilidade ao K+

Repouso

Potencial de ação

Propagação do Potencial de Ação

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Fonte: http://psych.hanover.edu/Krantz/neurotut.html

Propagação do Potencial de Ação

A animação desse slide mostra um

diagrama esquemático para a propagação

do potencial de ação. Vemos claramente a

seqüência de abertura de canais de Na+(em

vermelho), seu fechamento e abertura dos

canais de K+(em verde). O resultado líquido

é o aumento da concentração dos íons de

Na+ no interior do axônio, o que aumenta o

potencial de membrana promovendo a

abertura de mais canais de Na+, o potencial

de ação propagá-se axônio abaixo, na

direção do terminal, devido ao período

refratário dos canais de Na+ já disparados.