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5/3/2010
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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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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.