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A MEMBRANA NEURONAL EM REPOUSO - anotações

(biofísica)

- Dizia-se que a bomba de Na+ e K+ era BIOELETROGÊNICA, mas hoje diz-se que é Mantenedora das []s.

- 2 fatores para permitir que haja o fluxo de íons:gradiente de concetração d.d.p.→permeabilidade da membrana condutância→

- esses dois fatores são diferentes para os diferentes íons permeabilidade para íons orgânicos, e a condutâcia do potássio é, em repouso, maior→

para K+ do que para Na+.

- Na+ está sempre vazando para dentro da célula

- os potenciais de ação não diminuem com a distância (não se dissipam, perdendo energia ou potencial para o

meio externo), pois são sinais de tamanho e duranção fixas.

- a informação está codificada na frequência dos potenciais de ação dos neurônios, bem como na distribuição e no número de neurônios disparando os poteciais de ação em um dado nervo. ANÁLOGO AO CÓDIGO MORSE.

- células capazes de gerar e conduzir potenciais de ação, que incluem tanto células nervosas como musculares, são conhecidas por possuírem uma membrana excitável. A ação nos potenciais de ação ocorre na membrana celular.

- quando uma célula com membrana excitável não está gerando impulsos, diz-se que ela está EM REPOUSO.

a superfície INTERNA da membrana possui carga elétrica negativa com relação ao EXTERIOR

a essa d.d.p. dá-se o nome de POTENCIAL DE REPOUSO da membrana→ o potencial de ação é uma inversão por um instante dessa condição, →

quando o interior da membrana torna-se positivamente carregado em relação ao exterior.

- o que ocorre e deve ser entendido:♪ a membrana neuronal em repouso separa as cargas elétricas♪ as cargas elétricas são rapidamente redistribuídas de lado a lado durante o potencial

de ação♪ o impulso propaga-se de forma confiável ao longo do axônio

- o POTENCIAL DE REPOUSO é o fundamento para a compreenção da fisiologia neuronal de repouso.- a FISIOLOGIA NEURONAL é central para a compreensão das capacidades e limitações da função encefálica.

COMPONENTES QUÍMICOS Fluidos Salinos♫ Membrana ♫ Proteínas da Membrana♫

1 - Fluidos Salinos para essa matéria, a propriedade mais importante da água é sua distribuição desigual das→

cargas elétricas. os elétrons compartilhados passam mais tempo associados ao átomo de oxigênio que aos de→

hidrogênio. os íons são os principais portadores de carga envolvidos na condução de eletricidade em→

sistema biológicos, incluindo o neurônio.

no caso da dissociação de sal de cozinha em água, não é a diferença energética entre as→ interações eletrostáticas do cristal e aquelas na solução aquosa que formam as esferas de hidratação.o que torna o processo espontâneo é o desordenar a disposição dos íons:

o cristal, bem definido geometricamente, é substituído por uma caótica distribuição espacial das

esferas de hidratação. Ou seja, a irreversibilidade do processo de solubilização do sal de cozinha

é basciamente devida ao ganho de entropia, seja quando ela ocorre a uma temperatura ambiente

de 25ºC, seja quando ela ocorre dentro de nosso corpo a uma temperatura de 37ºC.

2 - Membrana Fosfolipídica é uma barreira aos íons solúveis em água e à própria água.→

3 - Proteínas o tipo e a distribuição das moléculas protéicas distinguem os neurônios dos demais tipos→

celulares. as ENZIMAS que catalisam reações nos neurônios→ o CITOESQUELETO que confere ao neurônio sua forma especial→ os RECEPTORES que são proteínas sensíveis aos neurotransmissores→ os CANAIS IÔNICOS (proteínas transmembrana/integrais) definem passagens para os íons→

através da membrana neuronal (algumas formam

as BOMBAS IÔNICAS ao custo de energia transportam íons através → →da membrana neuronal, e exercem função crítica na sinalização neuronal ao transportarem Na+ e Ca²+ de DENTRO PARA FORA do neurônio).

O MOVIMENTO DE ÍONSaquelas coisas de difusão, osmose, difusão facilitada

para que íons se movimentem de fora da célula para dentro da célula, são necessárias duas→ coisas: permeabilidade da membrana e gradiente de concentração para esse íon.

explicando. Alguns íons são como carros quando a membrana celular é como um rio. Não há→ meio deles passarem sem a presença de uma ponte para o outro lado. Da mesma maneira, a presença de uma ponte não quer dizer obrigatoriamente que os carros sempre passarão por ela. É mais ou menos como a praia de Moçambique em Florianópolis: durante a alta temporada, há movimento de carros, porque há vontade de se chegar até ela, porém, na baixa temporada, é difícil encontrar-se viva alma.

a ponte representa a permeabilidade da membrana para um íon, e a vontade de ir para→ Moçamba na temporada é o gradiente eletroquímico (não pensar na quantidade de gente, porque o movimento iônico é sempre da maior conentração pra menor).

o Gradiente Eletroquímico é determinante na movimentação iônica, e este é influenciado por→ dois fatores: difusão e eletricidade.

- a difusão gera o gradiente de concentração- a eletricidade o gradiente elétrico (positivo atrai negativo, bla bla)moral: tudo quer ficar igual, dentro e fora, mas a vida consiste em mantê-los diferentes

AS BASES IÔNICAS DO POTENCIAL DE REPOUSO DA MEMBRANAaquela coisa dos potenciais de equilíbrio (equilibrar cargas com concentrações dos íons → equação de Goldman-Hodgkin-Katz (quanto maior concentração do íon, quanto mais canais permanentemente abertos, mais próximo de seu potencial de equilíbrio))

o potencial de repouso dos neurônios é -65mV (também o potencial de repouso (equiíbrio)→ do ânion cloromonovalente)

Observações importante:1) Grandes alterações no potencial de membrana são causadas por alterações minúsculas nas concentrações iônicas.

quedas irrisórias na [ ] afetam legal a U.→ex: para que o potencial de equilíbrio passe de 0 a -80mV, a concentração de potássio

de dentro da célula passaria de 100mM para 99,99999mM.

2) A diferença de carga elétrica ocorre entre as superfícies interna e externa da membrana. torna-se possível que íons de um lado interajam eletrostaticamente com íons do outro lado→

da bicamada. diz-se então que a membrana armazena carga elétrica, uma propriedade chamada de→

capacitância (C). há interações eletrostáticas entre o interior e o exterior da célula→

assim as cargas se distribuem no interior e no exterior da membrana, muito próximas desta.

3) Íons são impelidos através da membrana em uma velocidade proporcional à diferença entre o potencial de membrana e o potencial de equilíbrio.

A diferença entre o potencial de membrana real e o potencial de equilíbrio para um íon em→ particular é chamada de força de impulsão iônica.

A FR (?) só funfará (só haverá movimento) se houver diferença entre o potencial de repouso→ do íon e o atual potencial da célula. Ou sege, normalmente haverá forças de impulsão iônica, para a maioria dos íons, só que suas [ ]s são equilibradas (por bombas, e.g.)

4) Se a diferença de concentração para um íon através da membrana é conhecida, o potencial de equilíbrio para esse íon pode ser calculado.

carga líquida = carga resultante (tipo peso líquido)

a aplicação da Equação de Nernst serve para mostrar que cada íon tem seu próprio potencial→ de equilíbrio.ela leva em consideração a carga do íon, a temperatura e a razão das concentrações externa e interna do íon.

o aumento da energia térmica de cada partícula aumenta a difusão, desse modo aumentando a

diferença de potencial alcançada no equilibrio.por outro lado, o aumento da carga elétrica de cada partícula diminui a diferença de

potencial necessária para balancear a difusão (menos íons terão de passar para que o equilíbrio

seja atingido)

Distribuição de Íons Através da MembranaK+ está mais concentrado intracelularmente, enquanto Na+ e Ca²+ estão mais concentrados extracelularmente.

duas bombas iônicas são consideradas extremamente importantes: a bomba de sódio e→ potássio e a bomba de cálcio.

a Na+/K+/ATPase é uma enzima que hidrolisa ATP na presença de sódio intracelular a→ → energia química liberada por essa reação impele a bomba, que troca Na+ intracelular por K+ extracelular

Esquema representando a maior concentração dos íons (intra ou extracelularmente) numa célula neuronal

célula (A- = ânions orgânicos) _____ / \ Na+| K+ | Ca²+| A- | Cl- \_____/

A ação da Na+/K+/ATPase garante que a concentração de K+ permaneça maior dentro do→ neurônio, e que a concentração de Na+ permaneça maior fora dele. O gasto de ATP estimado por todas as bombas sódio-potássio é de 70% do total de ATP utilizado pelo encéfalo.

pelo "ping-pong" a bomba coloca 3 íon Na+ para fora e 2 íons K+ para dentro, ao gasto de→ 1 ATP.

A bomba de Cálcio pe uma enzima que transporta ativamente Ca²+ para fora do citosol.→ Outros mecanismo também ajudam a manter a concentração de cálcio intracelular bastante baixa (0,0002mM, contra 2mM fora da célula). Esses mecanismos incluem proteínas ligantes de cálcio e organelas, como a mitocôndria e alguns tipos de retículo endoplasmático que sequestram os íons de cálcio do citosol.

as bombas são as responsáveis por manter o gradiente de concentração dentro da célula.→ por causa dos canais de sódio, há um constante vazamento de sódio para dentro da célula.→ se usarmos a equação de Goldman (GHK) somente para o Na+ e para o K+ (a este a→

membrana aproximadamente 40x mais permeável do que ao Na+), tem-se que o potencial de repouso da membrana é -65mV (que é o valor real

observado) (ousseje, a resultante dos outros íons = 0) a glia (tipo de célula-suporte do tecido neural) é um tipo celular não excitável, e seu→

plasmalema é permeável somente ao potássio, tendo seu potencial de repouso muito próximo do potencial de equilíbrio do K+.

a maior parte dos canais de potássio possui quatro subunidades arranjadas com as aduelas→ de um barril, formando um poro.

uma toxina do veneno do escorpião fatal bloqueia os canais de potássio, ao se ligar→ intimamente ao canal, bloqueando-o.

em uma linhagem de camundongo, uma mutação em um gene determina uma seletividade→ menor de um tipo de canal de potássio, fazendo com que tanto os íons Na+ quanto os íons K+ passem pelo canal. A permeabilidade aumentada ao sódio faz com que o potencial de membrana dos neurônios fique menos negativo, o que acaba com a função neuronal (de fato, acredita-se que a ausência do potencial de membrana negativo normal nessas células cause a morte prematura desses mutantes).

A Importância da Regulação da Concentração Externa de Potássio potencial de repouso da membrana ~ potencial de equilíbrio do K+ .: o potencial de→

membrana é particularmente sensível a alterações na concentração extracelular de potássio.

despolarização = aproximar de 0 o potencial de membrana (e, em algumas literaturas, a→ repolarição positiva subsequente).

uma alteração de 10 vezes na concentração EXTRACELULAR de potássio levaria a uma→ despolarização do potencial de membrana (de -65mV a -17mV).

?

a barreira hematencefálica (componentes?) é um mecanismo que limita o movimento de→ potássio (entre outras substâncias) para dentro do fluido extracelular do encéfalo.

a glia e, em particular, os astrócitos, também possuem mecanismos eficientes para captar→ K+ extracelular sempre que a concentração suba, como normalmente acontece durante períodos de atividade neuronal. Os astrócitos preenchem a maior parte do espaço entre os neurônios no encéfalo (quando ocorre lobotomia, o espaço do lobo é preenchido principalmente por astrócitos. Os íons potássio absorvidos pelos astrócitos são dissipados por uma ampla área da extensa rede de processos astrocíticos. Esse mecanismo é chamado de tamponamento espacial do potássio (na verdade, um espalhamento).

embora o encéfalo seja relativamente potegido, elevações na [K+] sanguínea podem ter→ sérias consquências para a fisiologia do corpo (injeção de KCl).

Canais de Vazamento ≠ Canais Portão (estes são abertos para deicar Na+ entrar a mais,→ quando do potencial de ação)

quando em repouso, o potencial de repouso é próximo do potencial de equilíbrio do K+ (-→80mV), o que faz com que o fluxo de potássio torne o meio intracelular polarizado negativamente. Caso abram-se canais de Na+, o potencial tenderá a se aproximar do potencial de equilíbrio do Na+ (não mudam os gradientes de concentração, somente reverte-se o potencial).

deve-se pensar no equilíbrio para entender: o equilíbrio do potássio, o momento que ele→ quer manter, é o -80mV. Ele fará o que puder para manter ou alcançar o -80mV. Mas para isso ele terá de equilibrar-se com os potenciais criados pelos outros íons.