Origens do potencial de Origens do potencial de membranamembrana

Excitabilidade celularExcitabilidade celular

Origens do potencial de repousoOrigens do potencial de repouso

• Todas as células apresentam uma Todas as células apresentam uma diferença de potencial elétrico diferença de potencial elétrico (voltagem) através da membrana.(voltagem) através da membrana.

• Alterações na permeabilidade iônica da Alterações na permeabilidade iônica da membrana levam a alterações do membrana levam a alterações do potencial da membranapotencial da membrana

Algumas medidas elétricasAlgumas medidas elétricas• Potencial (E,V) – V (volt)Potencial (E,V) – V (volt)

• Carga – C (coulomb)Carga – C (coulomb)

• Corrente (I)– A (ampere = C/s)Corrente (I)– A (ampere = C/s)

• Resistência (R)– Resistência (R)– (ohm = V/A) (ohm = V/A)

• Condutância (G) – S (siemens = A/V)Condutância (G) – S (siemens = A/V)

Lei de OhmLei de Ohm, I = V/R = g.V, I = V/R = g.V

I

V

Registro do potencial de repousoRegistro do potencial de repouso

-80 mV0 mV

+ +++ ++- --- --

+ +++ ++- --- --

TIPO CELULARTIPO CELULAR Em (mV)Em (mV)

NeurônioNeurônio -70-70

Músculo esqueléticoMúsculo esquelético -80-80

Músculo cardíaco (atrial e ventricular)Músculo cardíaco (atrial e ventricular) -80-80

Músculo lisoMúsculo liso -55-55

As concentrações iônicas são As concentrações iônicas são diferentes dentro e fora da céluladiferentes dentro e fora da célula

íoníon [íon][íon]0 0 (mM)(mM) [íon][íon]II (mM) (mM)

NaNa++ 145145 1515

ClCl-- 100100 55

KK++ 4,54,5 150150

CaCa++++ 1,81,8 0,00010,0001

Os íons são segregados por transportadores presentes na membrana que Os íons são segregados por transportadores presentes na membrana que realizam transporte realizam transporte ativoativo

3 Na3 Na++

2 K2 K++

ATPATP ADP + PADP + Pii

1

3 Na3 Na++

CaCa++++2

3

1 - Na/K ATPase2 – Trocador Na/Ca3 – Ca-ATPase reticular

A Na/K ATPase é eletrogênica, porém A Na/K ATPase é eletrogênica, porém sua contribuição direta para o potencial sua contribuição direta para o potencial

de repouso é pequenade repouso é pequena

• A inibição da Na/K ATPase por digitálicos cardiácos (ouabaína) A inibição da Na/K ATPase por digitálicos cardiácos (ouabaína) despolariza a célula por poucos milivolts (2-16), em média.despolariza a célula por poucos milivolts (2-16), em média.

• Músculo esquelético: 6-8 mV.Músculo esquelético: 6-8 mV.

• Músculo cardíaco: 12-16 mV.Músculo cardíaco: 12-16 mV.

• A inibição da Na/K ATPase por digitálicos cardiácos (ouabaína) A inibição da Na/K ATPase por digitálicos cardiácos (ouabaína) despolariza a célula por poucos milivolts (2-16), em média.despolariza a célula por poucos milivolts (2-16), em média.

• Músculo esquelético: 6-8 mV.Músculo esquelético: 6-8 mV.

• Músculo cardíaco: 12-16 mV.Músculo cardíaco: 12-16 mV.

0,1 M KCl 0,01 M KCl

K+

Cl-

K+

Cl-

Lado 1 Lado 2

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

– Diferença de energia potencial do íon+ entre dois compartimentos (

Cálculo do potencial de equilíbrio eletroquímico () de

um íon (J/mol)– Diferença de energia potencial do K+ entre dois compartimentos (:– O fluxo Iônico se dá do lado com MAIOR potencial para o lado com MENOR potencial.

(K+ ) = (K+) - B(K+ ) =

RTln [RTln [KK++ ] ]AA/[K/[K++ ] ]BB + + zF (EzF (EAA - E - EBB))

Potencial químico Potencial químico ++ Potencial elétricoPotencial elétrico

R = constante dos gasesR = constante dos gasesT = temperatura em KT = temperatura em Kz = valência do íonz = valência do íonF = constante de FaradayF = constante de FaradayEEAA - E - EBB = diferença de potencial através da membrana = diferença de potencial através da membrana

Potencial de equilíbrio iônico (EPotencial de equilíbrio iônico (E ii))Potencial elétrico que contrabalança o potencial químico gerado pela Potencial elétrico que contrabalança o potencial químico gerado pela diferença de concentração iônica.diferença de concentração iônica.Fluxo líquido nulo!Fluxo líquido nulo!

0,1 M KCl 0,01 M KCl

K+

Cl-

K+

Cl-

59 mV

Lado 1 Lado 2

Membrana permeável apenas ao cátionMembrana permeável apenas ao cátion

K+

Cl-

K+

K+

K+

K+

K+

K+

K+

K+

K+Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

K+

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

- +

Se a membrana é permeável apenas ao ânion o Se a membrana é permeável apenas ao ânion o potencial inverte de sinalpotencial inverte de sinal

0,1 M KCl 0,01 M KCl

K+

Cl-

K+

Cl-

- 59 mV

Lado 1 Lado 2

Se ambos os íons se difundem igualmente não Se ambos os íons se difundem igualmente não é gerado o potencial de equilíbrio é gerado o potencial de equilíbrio

0,1 M KCl 0,01 M KCl

K+

Cl-

K+

Cl-

0 mV

Lado 1 Lado 2

+ -

Membrana permeável a cátions e ânionsMembrana permeável a cátions e ânions(ambos potenciais de equilíbrio se anulam)(ambos potenciais de equilíbrio se anulam)

A partir da equação anterior A partir da equação anterior chegamos a chegamos a equação de Nernstequação de Nernst

€

Ei =−RTzF

lnCi

CoEEii = potencial de equilíbrio = potencial de equilíbrio

R = constante dos gasesR = constante dos gasesT = temperatura em KT = temperatura em Kz = valência do íonz = valência do íonF = constante de FaradayF = constante de FaradayCCii= concentração interna do íon= concentração interna do íon

CCoo= concentração externa do íon= concentração externa do íon

Equação de NernstEquação de Nernst

€

Ei =−61mV

zlog

Ci

Co

Substitundo as constantes RT/F e multiplicando pelo fator de Substitundo as constantes RT/F e multiplicando pelo fator de conversao do logaritimo natural (ln) para logaritimo de base 10 conversao do logaritimo natural (ln) para logaritimo de base 10 (log), 2.303 temos entao, para a temperatura de 37(log), 2.303 temos entao, para a temperatura de 37ooC,C,

íoníon [íon][íon]0 0 (mM)(mM) [íon][íon]II (mM) (mM) EEii(mV)(mV)

NaNa++ 145145 1515 +60+60

ClCl-- 100100 55 -80-80

KK++ 4,54,5 150150 -94-94

CaCa++++ 1,81,8 0,00010,0001 +130+130

Potenciais de Nernst para os principais íons de Potenciais de Nernst para os principais íons de importância fisiológicaimportância fisiológica

€

EK =−61mV

1log

1504,5

€

ENa =−61mV

1log

15145

€

ECl =−61mV

−1log

5100

€

ECa =−61mV

2log

0,00011,8

Força eletromotriz (FEM)Força eletromotriz (FEM)FEM = EFEM = Emm - E - Eeqeq

FEMFEMNaNa = E = Emm - E - ENaNa = -80 mV - (+60 mV) = -140 mV = -80 mV - (+60 mV) = -140 mV

FEMFEMKK = E = Emm - E - EKK = -80 mV - (-94 mV) = +14 mV = -80 mV - (-94 mV) = +14 mV

FEMFEMClCl = E = Emm - E - EClCl = -80 mV - (-80 mV) = 0 mV = -80 mV - (-80 mV) = 0 mV

Para uma célula com EPara uma célula com Emm = -80 mV = -80 mV

FEMFEMCaCa = E = Emm - E - ECaCa = -80 mV - (+129 mV) = -209 mV = -80 mV - (+129 mV) = -209 mV

A membrana celular possui proteínas que formam canais que passam íons

Canal iônico (g)

Membrana (C)

Canais podem ser seletivos para potássio, sódio, cálcio ou cloreto,Canais podem ser seletivos para potássio, sódio, cálcio ou cloreto,ou para cátions ou ânionsou para cátions ou ânions

Os canais podem estar sempre abertos ou abrirem em resposta a algum Os canais podem estar sempre abertos ou abrirem em resposta a algum estímuloestímulo

Os canais Iônicos podem ser vistos como condutores (g) porque passam corrente elétrica na forma de íons!

Corrente iônica (I)Corrente iônica (I)Lei de OhmLei de Ohm, I = V/R = g.V, I = V/R = g.V

IINaNa = g = gNaNa.(FEM.(FEMNaNa))

IIKK= g= gKK.(FEM.(FEMKK))

No repouso INo repouso ICaCa e I e IClCl podem ser ignorados podem ser ignorados

Então, no repousoEntão, no repousoIIKK = I = INaNa

ggKK.(FEM.(FEMKK) = g) = gNaNa.(FEM.(FEMNaNa))

Em -80 mV,Em -80 mV,ggKK.(14 mV) = g.(14 mV) = gNaNa.(140 mV).(140 mV)

ggKK/g/gNaNa = 10 = 10

I

V

Erepouso

€

Em =gk

gk +gNaEk+

gNagk+gNa

ENa

No repouso INo repouso IKK + I + INa Na = 0= 0

Equação da condutância de corda simplificada

Quanto maior a condutânciade um íon (gi) mais próximo o potencial da membrana ficará do potencial

de equilíbrio desse íon (Ei)

Células excitáveis

• Células excitáveis são capazes de alterar ativamente o potencial da membrana

• Os principais tipos de células excitáveis são neurônios e fibras musculares.

Como alterar o potencial da membrana?Como alterar o potencial da membrana?

NaNak

Nak

Nak

km E

gg

gE

gg

gE

++

+=

gK gNa

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

5 ms

0 mV

limiar

pico

pós-hiperpolarização

repolarização

Vrepouso

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

Dependência do potencial de ação ao sódio

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

O Potencial de ação se origina com a abertura dos canais de sódio dependentes

de voltagem

tempo (ms)Cm

IC INa IK Ileak

gNa gK gleak

ENa EK Eleak

out

in

Medidas de CORRENTE em Medidas de CORRENTE em um potencial fixoum potencial fixo

IK

O Potencial de ação se origina com a abertura dos canais de sódio dependentes

de voltagem

-70 mV

-10 mV5 ms

Corrente de sódio

As correntes de sódio e potásso que geram o potencial de ação são

dependentes de voltagem

tempo (ms)

Relação corrente (I) X Voltagem (V)

As correntes de sódio e potássio podem ser isoladas farmacologicamente

Tetrodotoxina (TTX)

O potencial de ação possui um limiar de disparo

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

A transmissão passiva das diferenças de voltagem ao longo da membrana é chamada de condução eletrotônica

Gerador de corrente

distância

= constante de espaço da membrana (1-3 mm)

A bainha de mielina aumenta a velocidade de propagação do potencial de ação

A bainha de mielina aumenta a velocidade de propagação do potencial de ação

axônio

Célula de Shwann

internodo nodo de Ranvier

Canais de K Canais de K

Canais de Na

caspr caspr

Os nodos de Ranvier concentram os Os nodos de Ranvier concentram os canais de sódio do nervocanais de sódio do nervo