Controle e RegulaçãoControle e Regulação

Princípios de Princípios de feedback feedback e Homeostasee Homeostase = constância de = constância de variáveis fisiológicas vitais.variáveis fisiológicas vitais.

Variáveis reguladasVariáveis reguladas = mantidas constantes ou quase = mantidas constantes ou quase constantes. Ex.: Tb nos homeotermos, glucose constantes. Ex.: Tb nos homeotermos, glucose sangüínea etcsangüínea etc

Variáveis controladasVariáveis controladas = servem para manter a = servem para manter a constância de uma variável regulada. Ex.: tx de constância de uma variável regulada. Ex.: tx de sudorese, tx de glicogenólise, etc. Podem flutuar sudorese, tx de glicogenólise, etc. Podem flutuar bastante.bastante.

Mecanismos de regulação:Mecanismos de regulação:1.1. FeedbackFeedback negativo: corrige na direção oposta do negativo: corrige na direção oposta do

desvio do ponto de ajuste (os desvios são desvio do ponto de ajuste (os desvios são autocorretivos)autocorretivos)

2.2. Feedforward Feedforward ou alimentação antecipada= ação ou alimentação antecipada= ação tomada para corrigir um desvio antes do desvio tomada para corrigir um desvio antes do desvio acontecer. Ex.:salivar antes de comer.acontecer. Ex.:salivar antes de comer.

Teoria do ControleTeoria do Controle

a.     On-offa.     On-off 1.     termostato1.     termostato 2.     aquecedor ligado/ desligado2.     aquecedor ligado/ desligado 3.     temperatura oscila ao redor do ponto de ajuste3.     temperatura oscila ao redor do ponto de ajuste

b.     Controle Proporcionalb.     Controle Proporcional 1.     muda em proporção ao tamanho do desvio1.     muda em proporção ao tamanho do desvio 2.     muitas vezes em situações de fluxo2.     muitas vezes em situações de fluxo 3.     tanque da descarga sanitária3.     tanque da descarga sanitária 4.     se o fluxo se modifica, o ponto de ajuste se 4.     se o fluxo se modifica, o ponto de ajuste se modificamodifica 5.     regulação da resp. pelo CO5.     regulação da resp. pelo CO22 arterial arterial

c.     Controle Derivado ou Controle de taxac.     Controle Derivado ou Controle de taxa 1.     muda em proporção à taxa do desvio1.     muda em proporção à taxa do desvio 2.     pode responder a mudanças rápidas 2.     pode responder a mudanças rápidas 3.     normalmente combinado com outros 3.     normalmente combinado com outros sistemas de controlesistemas de controle

d.     Controle Integral d.     Controle Integral 1.     muda em proporcão à integral do controle1.     muda em proporcão à integral do controle 2.     pode lidar com erros diminutos que 2.     pode lidar com erros diminutos que surgem lentamente.surgem lentamente.

Uso de Diagramas de BlocoUso de Diagramas de Bloco Representações de uma junção de somação, Representações de uma junção de somação,

mostrando a ação de variáveis controladas sobre uma mostrando a ação de variáveis controladas sobre uma variável regulada.variável regulada.

Utilizados para se compreender circuitos complexos, Utilizados para se compreender circuitos complexos, quebrandos-os em blocos menores. Cada bloco realiza quebrandos-os em blocos menores. Cada bloco realiza uma função particular e o diagrama mostra como estão uma função particular e o diagrama mostra como estão

conectados entre si.conectados entre si. ExEx.: .: O resultado Y é dado pela soma dos sinais de O resultado Y é dado pela soma dos sinais de

alimentação A, B e C( cada variável é uma seta)alimentação A, B e C( cada variável é uma seta) CC ↓↓++ A A + + Y Y ↑ ↑+ + BB

+

Modelo Simplificado da Regulação da Modelo Simplificado da Regulação da [glucose][glucose]ECEC pelo controle da tx de secreção de pelo controle da tx de secreção de

insulinainsulina

Regulação da [glucose]Regulação da [glucose] extracelular (Modelos para extracelular (Modelos para

prever peformances do sistema biológico real em prever peformances do sistema biológico real em resposta a uma infusão constante de solução de resposta a uma infusão constante de solução de

glucose)glucose)

Bloco 1Bloco 1 – junção de somação, na qual a taxa de – junção de somação, na qual a taxa de entrada de glucose é subtraída da taxa de transporte entrada de glucose é subtraída da taxa de transporte de glucose para as células = taxa de mudança de de glucose para as células = taxa de mudança de [glucose].[glucose].

Bloco 2Bloco 2 – integra esta taxa p/ dar a quantidade total de – integra esta taxa p/ dar a quantidade total de glucose extracelular.glucose extracelular.

Bloco 3Bloco 3 – divide esta pelo volume do fluido extracelular – divide esta pelo volume do fluido extracelular a fim de obter a [glucose] extracelular.a fim de obter a [glucose] extracelular.

Bloco 4Bloco 4 – caixa de função, onde o gráfico mostra a – caixa de função, onde o gráfico mostra a relação entre a entrada, a [glucose] extracelular e a relação entre a entrada, a [glucose] extracelular e a saída, taxa de secreção de insulina.saída, taxa de secreção de insulina.

Regulação da [glucose]Regulação da [glucose] extracelular- cont.extracelular- cont.

Bloco 5Bloco 5 – calcula a taxa líquida de entrada da insulina – calcula a taxa líquida de entrada da insulina no fluido extracelular = taxa de mudança da insulina = no fluido extracelular = taxa de mudança da insulina = taxa de secreção de insulina – taxa de destruição da taxa de secreção de insulina – taxa de destruição da insulina.insulina.

Bloco 6Bloco 6 – integra esta taxa líquida a fim de obter a – integra esta taxa líquida a fim de obter a quantidade total de insulina. A taxa de destruição da quantidade total de insulina. A taxa de destruição da insulina é dada pela constante k x insulina total.insulina é dada pela constante k x insulina total.

Bloco 7Bloco 7 – realiza esse cálculo. – realiza esse cálculo. Bloco 8Bloco 8 – calcula a [insulina], dividindo a insulina total – calcula a [insulina], dividindo a insulina total

pelo volume do fluido extracelular.pelo volume do fluido extracelular. Bloco 9Bloco 9 – completa o circuito; o gráfico dentro dessa – completa o circuito; o gráfico dentro dessa

caixa de função relaciona transporte de glucose para caixa de função relaciona transporte de glucose para as células com a [insulina] extracelular.as células com a [insulina] extracelular.

Regulação da [glucose]Regulação da [glucose] extracelularextracelular

Regulação em BactériasRegulação em Bactérias

Nervos e Sistemas NervososNervos e Sistemas Nervosos

Estrutura das células NervosasEstrutura das células Nervosas 1. Neurônios:1. Neurônios: componentes básicos de todos os SN, componentes básicos de todos os SN,

variedade de formas e tamanhos porém c/ algumas variedade de formas e tamanhos porém c/ algumas características comuns = um características comuns = um corpo celularcorpo celular (ver., < (ver., < 0,1mm diam) q contém o 0,1mm diam) q contém o nunu e mtas e mtas fibras finasfibras finas (<0,01mm de espessura); ocorre no (<0,01mm de espessura); ocorre no SNCSNC formando formando agregados =gânglios, e nos agregados =gânglios, e nos órgãos sensoriaisórgãos sensoriais. .

2. Cada neurônio tem um 2. Cada neurônio tem um axônioaxônio (vários m no animal (vários m no animal grande) + grande no. de fibras curtas (grande) + grande no. de fibras curtas (dendritosdendritos), ), altamente ramificados (< 1mm e compr.).altamente ramificados (< 1mm e compr.).

3. Um SN complexo tem imenso no. de neurônios. Ex.: 3. Um SN complexo tem imenso no. de neurônios. Ex.: cérebro humano: 10 Bilhões.cérebro humano: 10 Bilhões.

Estrutura da Célula NervosaEstrutura da Célula Nervosa

Partes Funcionalmente mais importantes:1.Axônio: principais linhas condutoras; maioriaMede de 1-10μm em diam; os da lula , 1000 μm.Um nervo consiste de 100’s ou 1000’s de ax, cada um se originando de um neurônio.

2. Sinapses: ponto onde neurônios e suas extensões fazem contato com outros neurônios.Um neurônio pode se conectar com 10’s de outros neurônos. Funcioa como uma válvula uni-Direcional.

Como os Neurônios funcionamComo os Neurônios funcionam

Um impulso nervoso é uma correte elétrica Um impulso nervoso é uma correte elétrica que viaja ao longo de dentritos ou axônios que viaja ao longo de dentritos ou axônios devido ao movimento de íons através de devido ao movimento de íons através de canais com portões de voltagem na mambrana canais com portões de voltagem na mambrana plasmática dos neurônios.plasmática dos neurônios.

Os canais de portão de voltagem abrem e Os canais de portão de voltagem abrem e fecham em resposta a uma voltagem elétrica, fecham em resposta a uma voltagem elétrica, de tal maneira que são afetados por mudanças de tal maneira que são afetados por mudanças na carga elétrica ao redor deles.na carga elétrica ao redor deles.

Quando um neurônio está “em repouso”, uma Quando um neurônio está “em repouso”, uma diferença de carga é mantida entre o lado de dentro diferença de carga é mantida entre o lado de dentro e o lado de fora da célula.e o lado de fora da célula.

Esta diferença de carga é produzida e mantida Esta diferença de carga é produzida e mantida amplamente por transporte ativo utilizando bombas amplamente por transporte ativo utilizando bombas de Na+ e K+. de Na+ e K+.

As bombas enviam Na+ para fora da célula e As bombas enviam Na+ para fora da célula e trazem íons K+ para dentro.trazem íons K+ para dentro.

Enquanto outros canais permitem algum fluxo Enquanto outros canais permitem algum fluxo de íons de K+ de volta para célula, os íons de íons de K+ de volta para célula, os íons Na+ não podem voltar facilmente para dentro e Na+ não podem voltar facilmente para dentro e assim, substituir as cargas positivas perdidas.assim, substituir as cargas positivas perdidas.

O resultado final é que o exterior das células O resultado final é que o exterior das células possui uma carga líquida positiva e o interior possui uma carga líquida positiva e o interior possui carga líquida negativa.possui carga líquida negativa.

Potencial de Repouso da Potencial de Repouso da MembranaMembrana

Diferença de carga entre o interior e o exterior Diferença de carga entre o interior e o exterior da célulada célula

Geração de um Impulso NervosoGeração de um Impulso Nervoso

Um impulso nervoso se inicia quando um Um impulso nervoso se inicia quando um estímulo perturba a membrana plasmática de um estímulo perturba a membrana plasmática de um dendrito, fazendo os canais de Na+ se abrirem.dendrito, fazendo os canais de Na+ se abrirem.

Os íons de Na+ fluem para a célula, diminuindo Os íons de Na+ fluem para a célula, diminuindo a diferença de carga naquele local.a diferença de carga naquele local.

Se a mudança for o suficiente, fará com que os Se a mudança for o suficiente, fará com que os canais de Na+ da vizinhança se abram.canais de Na+ da vizinhança se abram.

Vídeo: Potencial de açãoVídeo: Potencial de ação

Potencial de Ação da Membrana Potencial de Ação da Membrana (PA)(PA)

Isto permite muitos íons Na+ entrarem na célula Isto permite muitos íons Na+ entrarem na célula naquele local, que a membrana lá fica naquele local, que a membrana lá fica “despolarizada” com a região local, o interior da “despolarizada” com a região local, o interior da célula com uma carga líquida positiva e o célula com uma carga líquida positiva e o exterior com carga líquida negativa.exterior com carga líquida negativa.

Isto afeta os canais com portão de voltagem de Isto afeta os canais com portão de voltagem de Na+ da vizinhança, que, então se abrem, Na+ da vizinhança, que, então se abrem, movendo a despolarização ao longo da movendo a despolarização ao longo da membrana (PA)membrana (PA)

Mudanças na região antes do potencial de ação Mudanças na região antes do potencial de ação para restaurar o potencial de repouso (PR), os para restaurar o potencial de repouso (PR), os canais com portão de voltagem de canais com portão de voltagem de sódio fecham sódio fecham e os e os canais com portão de voltagem do K+ canais com portão de voltagem do K+ se se abrem.abrem.

Isto permite um fluxo rápido de íons K para fora Isto permite um fluxo rápido de íons K para fora da célula, “repolarizando” a membrana de tal da célula, “repolarizando” a membrana de tal maneira que o interior fica novamente com maneira que o interior fica novamente com carga líquida negativa e o exterior com carga carga líquida negativa e o exterior com carga líquida positiva.líquida positiva.

Repolarização da Membrana

Seguem-se as bombas de Na-K para restaurar Seguem-se as bombas de Na-K para restaurar completamente o potencial de repouso da completamente o potencial de repouso da membrana e re-estabelecer a concentração membrana e re-estabelecer a concentração apropriada dos íons Na+ e K+ dentro e fora da apropriada dos íons Na+ e K+ dentro e fora da célula.célula.

Diagrama de um NeurônioDiagrama de um Neurônio

Como calcular a diferença de potencialComo calcular a diferença de potencial

Usando as leis da físico-química.Usando as leis da físico-química. A diferença de potencial é causada pela A diferença de potencial é causada pela

distribuição desigual nos dois lados. distribuição desigual nos dois lados. Descrito pela Equação de NernstDescrito pela Equação de Nernst E= RT/F logE= RT/F logee [K] [K]ff / [K] / [K]d d

Em Em eletroquimicaeletroquimica esta equação dá o potenial de esta equação dá o potenial de eletrodo (E), em relação ao potencial de eletrodo eletrodo (E), em relação ao potencial de eletrodo padrão (Eo), das meias-células de uma bateria. padrão (Eo), das meias-células de uma bateria.

Em Em fisiologiafisiologia, esta equação é usada para , esta equação é usada para descobrirmos o potencial elétrico da membana de descobrirmos o potencial elétrico da membana de uma célula em relação a um tipo de íon.uma célula em relação a um tipo de íon.

E = Potencial elétricoE = Potencial elétrico

R = constante universal dos gases [constante física que relaciona a R = constante universal dos gases [constante física que relaciona a quantidade de um quantidade de um gás (número de (número de moléculas) com a ) com a pressão e a e a

temperatura].]. F = constante de Faraday = carga carreada por 1 equivalente de íonsF = constante de Faraday = carga carreada por 1 equivalente de íons[K] = conc de K, dentro e fora da célula[K] = conc de K, dentro e fora da célula À temp ambiente, os valores de R e T são tais que:À temp ambiente, os valores de R e T são tais que: EEkk = 25 log = 25 logee [K] [K]ff / [K] / [K]dd mV = 58 log mV = 58 log1010[K][K]f f / [K]/ [K]dd== - -

75mV, com o lado de dentro negativo em relação ao 75mV, com o lado de dentro negativo em relação ao de fora.de fora.

[K][K]ff / [K] / [K]dd = 1:20 = 1:20

Como medir o Potencial de Como medir o Potencial de membranamembrana

• Inserindo um microeletrodo no axônio e lendo o potencial relativo ao lado de fora.

• O valor assim observado é próximo daquele calculado, um pouco menor (-60 a -70mV).

Como demonstrar que o PM é causado pelo Como demonstrar que o PM é causado pelo gradiente de potássiogradiente de potássio

Mudando a razão entre [K]Mudando a razão entre [K]dd Qdo KQdo Kff é alto é alto o pot responde como previsto pela equação de o pot responde como previsto pela equação de

Nernst, porém qdo KNernst, porém qdo Kff é baixo, o potencial observado desvia é baixo, o potencial observado desvia daquele previsto pela daquele previsto pela Equação de NernstEquação de Nernst..

O que isso pode significar? Que a presença de outros íons deve O que isso pode significar? Que a presença de outros íons deve ser considerada.ser considerada.

Contribuição de Contribuição de GoldmanGoldman para explicar essa diferença entre pot para explicar essa diferença entre pot observado e pot calculado: observado e pot calculado:

E = RT/F ln PE = RT/F ln PKK [K] [K]ff + P + PNaNa[Na][Na]ff + P + PClCl [Cl] [Cl]ff

Se PSe PNaNa fosse 0,01 da PK, a eq de Goldman prevê um PM a [K] fosse 0,01 da PK, a eq de Goldman prevê um PM a [K]ff que corresponde aos pontos realmente observados.que corresponde aos pontos realmente observados.

Experimento para demontrar que o elemento Experimento para demontrar que o elemento essencial era a essencial era a integridade da membranaintegridade da membrana e não e não

a composição do axoplasmaa composição do axoplasma

Baker Baker et al.et al., 1962 – removeu o conteúdo do axoplasma e , 1962 – removeu o conteúdo do axoplasma e substituiu por solução salina artifiial (Fig. 11.7) substituiu por solução salina artifiial (Fig. 11.7) o axônio se o axônio se comportou como axônio normal; pôde ficar excitável por muits comportou como axônio normal; pôde ficar excitável por muits horase capaz de dar 100’de PA. horase capaz de dar 100’de PA.

Conclusões: Conclusões:

1.1. O axoplasma não possui nenhum elemento estrutural O axoplasma não possui nenhum elemento estrutural necessário para gerar PM; pôde ser substituído por solução necessário para gerar PM; pôde ser substituído por solução artificial;artificial;

2.2. Se o Kd for diferente do normal, o PM muda como previsto Se o Kd for diferente do normal, o PM muda como previsto pelas equações, e se Kd=Kf, o PR é abolido; o PM pode pelas equações, e se Kd=Kf, o PR é abolido; o PM pode mesmo ser revertido fazendo a [K]d < [K]f mesmo ser revertido fazendo a [K]d < [K]f

O que aconteceria com o PM se a PO que aconteceria com o PM se a PNaNa fosse fosse

aumentadaaumentada

O grad de conc e o PM puxaria NaO grad de conc e o PM puxaria Na++ pra dentro pra dentro tornando o lado de dentro positivo até que o tornando o lado de dentro positivo até que o potencial evite mais Na entrar.potencial evite mais Na entrar.

O PM seria de acordo com a eq de Nernst O PM seria de acordo com a eq de Nernst +55mV (dentro +).+55mV (dentro +).

Assim, a membrana passou de um PM de -Assim, a membrana passou de um PM de -70mV (pot do K) para +55mV (pot do Na).70mV (pot do K) para +55mV (pot do Na).

O PM pode se alterar 125mV, meramente O PM pode se alterar 125mV, meramente aterando-se as permeabilidades relativas ao aterando-se as permeabilidades relativas ao Na e K = Na e K = Pot Ação (PA)Pot Ação (PA)

Vídeo Bomba de sódio

Papel da Bomba de SódioPapel da Bomba de Sódio

• O Na que entrou na célula qdo a PNa estava alta deve ser removidop/ manter o sistema funcionando Normalmente = TA.

• Esta qt de Na pode ser calculada apartir de considerações teóricas ou medida experimentalmente:

• o axônio é submerso em água do mar com 24Na estimula-se repeti-damente o axônio p/ produzir PA Os Na+ entram no ax e o lado de dentro se torna radioativo apóscessar o estímulo, o ax fica em repouso, o Na é removido lenta-mente do lado de dentro.

Como demonstrar que a saída de Na é através Como demonstrar que a saída de Na é através de Transporte Ativode Transporte Ativo

Envenena-se a bomba de sódio com Envenena-se a bomba de sódio com dinitrofenol (DNP)dinitrofenol (DNP)

cessa a saída do Na e a [Na]cessa a saída do Na e a [Na]dd pemanece constante pemanece constante após outra estimulação, mais Na entra, mostrando que o PA e a após outra estimulação, mais Na entra, mostrando que o PA e a

entrada de Na estão acoplados.entrada de Na estão acoplados.

Outra demonstração:Outra demonstração: Injeta-se Injeta-se 2424Na em axônio gigante através Na em axônio gigante através de microtubos de vidro de microtubos de vidro o ax é colocado em volume conhecido o ax é colocado em volume conhecido de água do mar de água do mar a tx na qual o a tx na qual o 2424Na deixa o ax é medida Na deixa o ax é medida se se o ax for envenenado com DNP , a tx de saída do Na cai o ax for envenenado com DNP , a tx de saída do Na cai drasticamente drasticamente DNP interfere com o proc de resp que fornece DNP interfere com o proc de resp que fornece ATP, o requerimento da bomba de sódio ATP, o requerimento da bomba de sódio Se ATP for adicionado ao ax, haverá aumento transitório na tx de saída do Na.

Universalidade da Bomba de SódioUniversalidade da Bomba de Sódio

Todas as células possuem bomba de sódioTodas as células possuem bomba de sódio Na-K-ATPaseNa-K-ATPase = grande proteína (120kDa com = grande proteína (120kDa com

subuniades de 35kDa)subuniades de 35kDa) Mantém a [Na]Mantém a [Na]ICIC baixa e [K] baixa e [K]IC IC altaalta É crucial para todos os órgãos, mas É crucial para todos os órgãos, mas

especialmente para o especialmente para o tecido nervoso e o tecido nervoso e o cérebrocérebro..

A hidrólise do ATP coloca o NaA hidrólise do ATP coloca o Na++ para fora da para fora da célula e o Kcélula e o K++ para dentro. para dentro.

Localização da bomba de sódioLocalização da bomba de sódio

Uso do glicosídeo ouabaína marcado comUso do glicosídeo ouabaína marcado com 3 3HH. . Este glicosídeo inibe a Na-K-ATPase, se ligando Este glicosídeo inibe a Na-K-ATPase, se ligando

ao sítio ativo da bomba. ao sítio ativo da bomba. Axônios de lula possui 1000’s de bombas/Axônios de lula possui 1000’s de bombas/μμmm22..

Na,K-ATPaseNa,K-ATPase

Canais e PortõesCanais e Portões

• Durante o PA os íons fluem através da membr. graças aos gradientes de concentração.

• Esses movimentos são auxiliados por proteínas de transporte específicas da membr celular lipídica, q formam canais através dos quais solutos podem ser transportados por simples difusão.

• Alguns canais ficam continuamente abertos; outros abrem transitoriamente = canais com portões (de voltagem, em resposta amudanças no PM; portões ligantes, em resposta a um agente externo, um ligante.

Canais de Na e KCanais de Na e K

Durante um PA, Na e K se movimentam em Durante um PA, Na e K se movimentam em direções opostas, utilizando canais diferentes. direções opostas, utilizando canais diferentes. Demonstração?Demonstração?

Uso do veneno do peixe baiacu – alcalóide Uso do veneno do peixe baiacu – alcalóide tetrodotoxinatetrodotoxina (TTX)- bloqueia o canal com (TTX)- bloqueia o canal com portão de voltagem para o Na, enquanto deixa portão de voltagem para o Na, enquanto deixa os de K inafetado. os de K inafetado.

Baiacu

Tetrametil amônio (TEA)Tetrametil amônio (TEA)

Um outro veneno- Um outro veneno- tetrametil amôniotetrametil amônio (TEA) (TEA) bloqueia os canais de K enquanto deixa os de bloqueia os canais de K enquanto deixa os de Na inafetados.Na inafetados.

É possível estudar experimentalmente o fluxo É possível estudar experimentalmente o fluxo de íons de íons NaNa, sem inteferência dos íons , sem inteferência dos íons KK, que , que se movimentam no sentido oposto.se movimentam no sentido oposto.

Pode-se medir a qt de Pode-se medir a qt de NaNa que circula através que circula através da membrana pela medida da corrente elétrica da membrana pela medida da corrente elétrica gerada pelo fluxo iônico.gerada pelo fluxo iônico.

Seqüência de Eventos na Propagação do PASeqüência de Eventos na Propagação do PA

1.1. Um ponto do axônio sofre despolarizaçãoUm ponto do axônio sofre despolarização

2.2. Os portões de Na se abremOs portões de Na se abrem

3.3. Entram na célula e mudam o PMEntram na célula e mudam o PM

4.4. A área adjacente se despolariza parcialmenteA área adjacente se despolariza parcialmente

5.5. Os canais se abrem e o Na entra e despolariza Os canais se abrem e o Na entra e despolariza completamente a membrana.completamente a membrana.

6.6. Os canais de K se abrem mais lentamente.Os canais de K se abrem mais lentamente.

Potencial de AçãoPotencial de Ação

A Função de Canais com Portões de VoltagemA Função de Canais com Portões de Voltagem

Insetos que se alimentam de plantas pobres em Insetos que se alimentam de plantas pobres em Sódio conseguem ter PA similares àqueles dos Sódio conseguem ter PA similares àqueles dos

demais animais?demais animais? O SN dos insetos é circundado por uma bainha O SN dos insetos é circundado por uma bainha

nervosa, que separa o nervo do contato imediato com nervosa, que separa o nervo do contato imediato com o FEC. Essa o FEC. Essa bainhabainha consiste de uma consiste de uma camada não camada não celular externacelular externa + + membrana interna (membrana interna (perineuriumperineurium)- )- camada única de células especializadas.camada única de células especializadas.

A bainha age como uma barreira que separa a A bainha age como uma barreira que separa a superfície do axônio da hemolinfa e assim, restringe o superfície do axônio da hemolinfa e assim, restringe o movimento de materiais entre a hemolinfa e o fluido movimento de materiais entre a hemolinfa e o fluido nas superfícies neuronais.nas superfícies neuronais.

O O NaNa++ nessas superfícies pode ter uma ordem de nessas superfícies pode ter uma ordem de magnitude maior do que aquela da hemolinfa. A [Namagnitude maior do que aquela da hemolinfa. A [Na++] ] é mantida nas superf neuronais provavelmente através é mantida nas superf neuronais provavelmente através de uma de uma bomba de Nabomba de Na++..

Velocidade da Condução NervosaVelocidade da Condução Nervosa

o o tamanho dos PA é similartamanho dos PA é similar entre os animais, porém, a entre os animais, porém, a

velocidade de condução varia de nervo p/ nervo e de velocidade de condução varia de nervo p/ nervo e de animal para animal. animal para animal.

A constância de proporcionalidde A constância de proporcionalidde k variak varia tb dentre os tb dentre os animais.animais.

Os Os axônios dos vertebradosaxônios dos vertebrados possuem possuem alta velocidadealta velocidade de condução porque são recobertos por uma fina de condução porque são recobertos por uma fina camada de mielina (formada pelas células gliais de camada de mielina (formada pelas células gliais de sustentação), que é interrompida a intervalos curtos, sustentação), que é interrompida a intervalos curtos, expondo a membrana nervosa (nódulos de Ranvier).expondo a membrana nervosa (nódulos de Ranvier).

Velocidade = k√ dVelocidade = k√ d

Tabela. Velocidade de condução (m.sTabela. Velocidade de condução (m.s-1-1) ) em nervos de vários animaisem nervos de vários animais

Fatores que interferem com a velocidade da Fatores que interferem com a velocidade da condução nervosacondução nervosa

Mielinização + grande diâmetroMielinização + grande diâmetro = a distância entre os nódulos = a distância entre os nódulos de Ranvier aumenta com o diâmetro do axônio.de Ranvier aumenta com o diâmetro do axônio.

Como o retardo da condução ocorre nesses nódulos, um menor Como o retardo da condução ocorre nesses nódulos, um menor número de nódulos nos axônios maiores permite ma propagação número de nódulos nos axônios maiores permite ma propagação mais rápida do PA.mais rápida do PA.

Mielinização + Diâmetros muito pequenos (< 1Mielinização + Diâmetros muito pequenos (< 1μμm)m)

Fibras mielinizadas Fibras mielinizadas Fibras não-mielinizadas Fibras não-mielinizadas

Importante consequênciaImportante consequência: para diam muito pequenos (<1: para diam muito pequenos (<1μμm), os m), os axônios melinizados conduzem mais lentamente do que os não-axônios melinizados conduzem mais lentamente do que os não-mielinizados = coincide com o limite mínimo p/ o tamanho real mielinizados = coincide com o limite mínimo p/ o tamanho real das fbras mielinizadas no organismo, que nunca é menor do que das fbras mielinizadas no organismo, que nunca é menor do que 11μμm em diam.(Fig.11.13).m em diam.(Fig.11.13).

velocidade = k.dvelocidade = k.d

Velocidade = k√ dVelocidade = k√ d

Velocidade de Condução x Mielinização x DiâmetroVelocidade de Condução x Mielinização x Diâmetro

• Grande vantagem das fibras Mielinizadas: seu tamanhopequeno, que permite um SN complexo, com altas velocida-des de condução, sem espaço indevidamente ocupado pelos condutores.

• Se quiséssemos aumentar 10Xa velocidade de condução em uma fibra NM necessitaríamosde um aumento de 100X no diam, e volume do nervo/unidade de comp-primento seria aumentado 10.000X.

Invertebrads com múltiplas camadas de MielinaInvertebrads com múltiplas camadas de Mielina

Alguns invertebrados (insetos, minhocas, Alguns invertebrados (insetos, minhocas, caranguejos e camarões) possuem fibras caranguejos e camarões) possuem fibras nervosas cobertas com nervosas cobertas com múltiplas camadas de múltiplas camadas de mielinamielina similares à mielinização dos nervos similares à mielinização dos nervos dos vertebrados. dos vertebrados.

A velocidade de condução dessas fibras é bem A velocidade de condução dessas fibras é bem maior do que aquela das fibras não maior do que aquela das fibras não mielinizadas de diâmetro similar.mielinizadas de diâmetro similar.

Ex.: Ex.: Palaemonetes vulgarisPalaemonetes vulgaris – diâm = 26µm – diâm = 26µm v v = 18-23 m s = 18-23 m s –1–1, bem mais rápida do que em , bem mais rápida do que em outros nervos de diâm similar, porém não tão outros nervos de diâm similar, porém não tão alta quanto a velocidade da condução nos alta quanto a velocidade da condução nos nervos mielinizados dos vertebrados. nervos mielinizados dos vertebrados.

Múltiplas Camadas de MielinaMúltiplas Camadas de Mielina

1)1) As camadas são arranjadas As camadas são arranjadas mais frouxamentemais frouxamente 2)2) Há um Há um espaço EC entre a camada interna da bainha e o espaço EC entre a camada interna da bainha e o

axônioaxônio. Assim, menos membranas estão presentes em uma . Assim, menos membranas estão presentes em uma bainha de camarão de uma dada espessura do que na bainha bainha de camarão de uma dada espessura do que na bainha de mielina de fibras de vertebrados da mesma espessura. de mielina de fibras de vertebrados da mesma espessura.

3) Os espaços formam um reservatório3) Os espaços formam um reservatório para íons que aumenta a capacitância para íons que aumenta a capacitância da bainha nervosa = Explicação para da bainha nervosa = Explicação para terem veloc menor do que a dosterem veloc menor do que a dos vertebrados. vertebrados.

4) O4) O espaçamento entre os nódulos é menorespaçamento entre os nódulos é menor

e, como o retardo da veloc. da condução estáe, como o retardo da veloc. da condução está nos nódulos, o maior número de nódulos nos nódulos, o maior número de nódulos explica a menor velocidade de condução.explica a menor velocidade de condução.

Sinapses: Inibição, Excitação e ComputaçãoSinapses: Inibição, Excitação e Computação

Como a informação é transferida de um neurônio Como a informação é transferida de um neurônio para outro? para outro? A transmissão de sinais nas sinapses é A transmissão de sinais nas sinapses é de dois tipos distintos: de dois tipos distintos: elétricaelétrica ou ou químicaquímica..

Sinapses ElétricasSinapses Elétricas (menos difundidas que as (menos difundidas que as sinapses químicas): sinapses químicas): demonstradas em demonstradas em lagostim, vários artrópodes, anelídeos, lagostim, vários artrópodes, anelídeos, celenterados e moluscos.celenterados e moluscos.

Nas Nas SESE a extremidade de um axônio fica tão a extremidade de um axônio fica tão próxima da membrana do próximo neurônio que próxima da membrana do próximo neurônio que há há continuidade elétricacontinuidade elétrica entre o interior do entre o interior do axônio e o próximo neurônio – junções gap axônio e o próximo neurônio – junções gap (2nm) – esse espaço forma um caminho de (2nm) – esse espaço forma um caminho de baixa resistênciabaixa resistência que fornece um desvio para a que fornece um desvio para a corrente fluir do terminal do axônio para a corrente fluir do terminal do axônio para a próxima célula.próxima célula.

Sinapses ElétricasSinapses Elétricas

Além da rota de baixa resistência entre o Além da rota de baixa resistência entre o interior de um neurônio e o próximo, a interior de um neurônio e o próximo, a transmissão elétrica também requer uma transmissão elétrica também requer uma alta resistênciaalta resistência que evita vazamento que evita vazamento lateral da corrente no ponto de contato.lateral da corrente no ponto de contato.

Muitas sinapses elétricas permitem os Muitas sinapses elétricas permitem os impulsos serem conduzidos em impulsos serem conduzidos em ambas ambas as direçõesas direções, porém , porém outras permitem a outras permitem a corrente fluir somente do ponto pré-corrente fluir somente do ponto pré-sináptico para o pós-sinápticosináptico para o pós-sináptico, como as , como as sinapses químicas.sinapses químicas.

Sinapse QuímicaSinapse Química

Os potenciais de ação ao chegar no terminal pré-Os potenciais de ação ao chegar no terminal pré-sináptico fazem com que os canais com portão de sináptico fazem com que os canais com portão de voltagem de Ca++ se abram.voltagem de Ca++ se abram.

Os íons Ca++ se difundem para dentro da célula e Os íons Ca++ se difundem para dentro da célula e fazem com que as vesículas liberem acetilcolina fazem com que as vesículas liberem acetilcolina (neurotransmissor)(neurotransmissor)

As moléculas de Acetilcolina se difundem do As moléculas de Acetilcolina se difundem do terminal pré-sináptico para a fenda sináptica e terminal pré-sináptico para a fenda sináptica e se ligam aos sítios receptores nos canais de se ligam aos sítios receptores nos canais de Na+ com portão de ligante.Na+ com portão de ligante.

Os canais de Na+ com portões ligantes se Os canais de Na+ com portões ligantes se abrem e os íons Na+ se difundem para o abrem e os íons Na+ se difundem para o interior da célula, tornando o potencial de interior da célula, tornando o potencial de membrana mais positivo. membrana mais positivo.

Se o potencial de membrana atingir o nível , Se o potencial de membrana atingir o nível , um potencial de ação será produzido.um potencial de ação será produzido.

Sinapses QuímicasSinapses Químicas

O terminal do axônio forma o O terminal do axônio forma o botão sinápticobotão sináptico (estrutura (estrutura pré-sináptica), que faz contato com um pré-sináptica), que faz contato com um dendrito ou dendrito ou corpo celular de outro neurônio corpo celular de outro neurônio (estrutura pós-(estrutura pós-sináptica) sináptica) fenda sináptica (20nm). fenda sináptica (20nm).

Botão sináptico:Botão sináptico: contém um grande número de contém um grande número de vesículas (20-100nm de diâmetro).vesículas (20-100nm de diâmetro).

Exceto quando a velocidade for muito importante a Exceto quando a velocidade for muito importante a transmissão química parece ser superior. A grande transmissão química parece ser superior. A grande vantagem está na duração = permite integração por vantagem está na duração = permite integração por períodos mais longos.períodos mais longos.

A transmissão de um impulso do botão pré-A transmissão de um impulso do botão pré-sinápticosináptico para o neurônio pós-sináptico ocorre através para o neurônio pós-sináptico ocorre através da liberação de da liberação de neurotransmissoresneurotransmissores armazenados armazenados nas vesículas [adrenalina, dopamina, acetil-colina, nas vesículas [adrenalina, dopamina, acetil-colina, GABA, serotonina, ácido glutâmico, noradrenalina].GABA, serotonina, ácido glutâmico, noradrenalina].

Sinapse QuimicaSinapse Quimica

Transmissão de um ImpulsoTransmissão de um Impulso

O impulso chega no botão pre-sináptico O impulso chega no botão pre-sináptico a mudança no PM permite os íons Ca++ fluir a mudança no PM permite os íons Ca++ fluir

para o terminal (passam por canais de Ca para o terminal (passam por canais de Ca normalmente fechados, mas que se abrem em normalmente fechados, mas que se abrem em resposta a mudança na voltagem) resposta a mudança na voltagem)

a elevação na [Ca] (extremamente breve) afeta a elevação na [Ca] (extremamente breve) afeta as vesículas, que se fundem com a membrana as vesículas, que se fundem com a membrana pré-sináptica e libera o neurotransmissor [na pré-sináptica e libera o neurotransmissor [na junção NM cerca de 300 vesículas são junção NM cerca de 300 vesículas são liberadas para cada impulso nervoso].liberadas para cada impulso nervoso].

Transmissão de impulso na junção NMTransmissão de impulso na junção NM Cada Cada vesícula vesícula contém cerca de contém cerca de 10.000 moléculas de 10.000 moléculas de

acetilcolinaacetilcolina, que rapidamente se difunde através da fenda , que rapidamente se difunde através da fenda sináptica para a sináptica para a membrana pós-sinápticamembrana pós-sináptica [pequena [pequena distância – pequena fração do milisegundo = mais lento que distância – pequena fração do milisegundo = mais lento que a sinapse elétrica].a sinapse elétrica].

Na membrana pós-sináptica Na membrana pós-sináptica as moléculas de acetilcolina as moléculas de acetilcolina se ligam a receptoresse ligam a receptores [proteínas constituintes da membrana [proteínas constituintes da membrana pós-sináptica que formam canais normalmente fechados, pós-sináptica que formam canais normalmente fechados, mas abertos em resposta à acetilcolina e assim permitem mas abertos em resposta à acetilcolina e assim permitem Na e K fluir].Na e K fluir].

Cada canalCada canal requer requer 2 moléculas de acetilcolina para abrir2 moléculas de acetilcolina para abrir; ; fica aberto por curto período qdo 20.000 Na e K fluem fica aberto por curto período qdo 20.000 Na e K fluem através do canal antes de fechar.através do canal antes de fechar.

Como resultado do movimento de íons, a diferença de Como resultado do movimento de íons, a diferença de potencial através da membrana é reduzida, aproximando-se potencial através da membrana é reduzida, aproximando-se de zero.de zero.

Tem sido estimado que um único neurônio possui Tem sido estimado que um único neurônio possui

10.000 conexões sinápticas 10.000 conexões sinápticas

Há mais sinapses no cérebro

humano do que estrelas no

Universo conhecido.

Sinapses no CérebroSinapses no Cérebro

As sinapses no cérebro diferem de tal As sinapses no cérebro diferem de tal maneira que a ação da maneira que a ação da mesma substânciamesma substância pode ser pode ser excitatóriaexcitatória em algumas sinapses e em algumas sinapses e inibitóriainibitória em outras. em outras.

Métodos de registros elétricos permitiram a Métodos de registros elétricos permitiram a compreensão da transmissão sináptica – compreensão da transmissão sináptica – pipetas finíssimas de vidro (<1 µm de pipetas finíssimas de vidro (<1 µm de diâmetro) são preenchidas com solução diâmetro) são preenchidas com solução salina, fazendo microeletrodos que podem salina, fazendo microeletrodos que podem ser usados para registrar qlqr mudança de ser usados para registrar qlqr mudança de potencial.potencial.

Qdo 1 Qdo 1 impulso chega na membrana pré-impulso chega na membrana pré-sinápticasináptica, há um retardo de 1 fração de ms , há um retardo de 1 fração de ms antes de ocorrer mudança no potencial da antes de ocorrer mudança no potencial da membrana pós-sináptica = membrana pós-sináptica = potencial pós-potencial pós-sinápticosináptico = = PSPPSP sobe rapidamente sobe rapidamente decai decai a uma velocidade menor.a uma velocidade menor.

Sinapses no Cérebro (cont.)Sinapses no Cérebro (cont.)

Os Os PSP PSP diferem dos PA em diferem dos PA em 2 aspectos2 aspectos: :

a)a) são são menores em amplitudemenores em amplitude

b)b) duram maisduram mais (10 a 100x). (10 a 100x). Conseqüências:Conseqüências:

a)a) um único PSP raramente é suficiente para um único PSP raramente é suficiente para causar um PA no neurônio pós-sináptico.causar um PA no neurônio pós-sináptico.

b)b) a longa duração permite interações com a longa duração permite interações com outros PSPs no mesmo neurônio, na mesma outros PSPs no mesmo neurônio, na mesma sinapse e em sinapses vizinhas.sinapse e em sinapses vizinhas.

O que causa o Potencial Pós-O que causa o Potencial Pós-Sináptico (PSP)?Sináptico (PSP)?

Liberação do NT na membrana pré-sináptica, e Liberação do NT na membrana pré-sináptica, e o atraso corresponde à liberação do NT e o o atraso corresponde à liberação do NT e o tempo de difusão através da fenda.tempo de difusão através da fenda.

Qdo o NT é degradado (enzimas) o PSP decai Qdo o NT é degradado (enzimas) o PSP decai gradualmente.gradualmente.

Se um Se um segundo impulsosegundo impulso chega no chega no mesmo mesmo terminalterminal do axônio antes do PSP precedente do axônio antes do PSP precedente ter decaído, a qt do NT é aumentada e o PSP ter decaído, a qt do NT é aumentada e o PSP é maior = é maior = somação temporal.somação temporal.

Sinapses no Cérebro (cont.)Sinapses no Cérebro (cont.)

Se um Se um impulso chega agora em outra impulso chega agora em outra sinapsesinapse dentro da mesma área, o dentro da mesma área, o novo PSP novo PSP é adicionado ao potencial existente é adicionado ao potencial existente = = somação espacialsomação espacial..

Esses Esses 2 tipos de somação2 tipos de somação formam a formam a base da base da computaçõescomputações em cada neurônio e em todo o em cada neurônio e em todo o SN.SN.

Se Se muitos impulsos estimulatóriosmuitos impulsos estimulatórios chegam chegam em em várias sinapses em um neurôniovárias sinapses em um neurônio, uma , uma combinação de combinação de somação temporal e espacialsomação temporal e espacial pode levar a PSP suficientemente grande pode levar a PSP suficientemente grande para causar para causar PA no axônioPA no axônio..

Se o Se o potencial de membrana pós-potencial de membrana pós-sinápticosináptico for ligeiramente diminuído ou for ligeiramente diminuído ou despolarizado pelo PSPdespolarizado pelo PSP, a mudança é na , a mudança é na direção de um PA = EPSP = direção de um PA = EPSP = potencial potencial pós-sináptico excitatório.pós-sináptico excitatório.

Sinapses no Cérebro (Cont.)Sinapses no Cérebro (Cont.)

Se o Se o PSPPSP causa um causa um aumento no PM normalaumento no PM normal ((hiperpolarizaçãohiperpolarização), seu efeito é na ), seu efeito é na direção direção opostaoposta= IPSP = = IPSP = potencial pós-sináptico potencial pós-sináptico inibitórioinibitório (inibe a geração de um PA). (inibe a geração de um PA).

O O NTNT pode ser pode ser estimulatórioestimulatório ou inibitório ou inibitório (Figura 11.19) – um (Figura 11.19) – um EPSP sozinhoEPSP sozinho causa causa uma uma despolarização parcialdespolarização parcial na membrana na membrana póssináptica, e se a despolarização alcança póssináptica, e se a despolarização alcança o o limiarlimiar, um , um PA completo é iniciadoPA completo é iniciado. Se um . Se um IPSP também chegar, a somação dos 2 IPSP também chegar, a somação dos 2 impede a membrana de atingir o limiar para impede a membrana de atingir o limiar para acontecer o PA.acontecer o PA.

Figura 11.19Figura 11.19

Inibição Pré-SinápticaInibição Pré-Sináptica

Ocorre qdo uma fibra inibitória se conecta com um Ocorre qdo uma fibra inibitória se conecta com um botão terminal de uma fibra excitatória (Figura botão terminal de uma fibra excitatória (Figura 11.20).11.20).

Um Um impulso na fibra inibitóriaimpulso na fibra inibitória causa causa hiperpolarizaçãohiperpolarização do do botão excitatóriobotão excitatório..

Como Como resultadoresultado, um impulso que agora chega no , um impulso que agora chega no axônio excitatório causa axônio excitatório causa menos liberação de NT e menos liberação de NT e um PSP reduzido.um PSP reduzido.

As As inibições pré-sinápticasinibições pré-sinápticas são altamente são altamente seletivasseletivas, pois afetam somente sinais chegando , pois afetam somente sinais chegando em uma determinada sinapse. Já a inibição pós-em uma determinada sinapse. Já a inibição pós-sináptica trabalha subtraindo de todos os PSPs sináptica trabalha subtraindo de todos os PSPs excitatórios que chegam no neurônio.excitatórios que chegam no neurônio.

Inibição Pré-SinápticaInibição Pré-Sináptica

Fórmulas estruturais de alguns compostos conhecidos como neurotransmissores ou candidatos

AdrenalinaNoradrenalina

Dopamine

Serotonina

GABA

Ácido Glutâmico

Estudar:Estudar:

A resposta a uma determinada substância A resposta a uma determinada substância depende do órgão-alvo e não da natureza da depende do órgão-alvo e não da natureza da substância neurotransmissora.Ex. acetilcolina no substância neurotransmissora.Ex. acetilcolina no músculo esquelético vs no coração.músculo esquelético vs no coração.

Figura 12.4-Principais aspectos da ação de NT no Figura 12.4-Principais aspectos da ação de NT no SN periférico de vertebrados.SN periférico de vertebrados.

Dificuldades em se determinar se uma Dificuldades em se determinar se uma determinada substância é um NTdeterminada substância é um NT

Função normal dos receptores opiáceos Função normal dos receptores opiáceos específicosespecíficos