Post on 01-Dec-2018
BIOELETROGÊNESE Propriedade de certas células (neurônios e
células musculares) gerar e alterar a diferença
de potencial elétrico através da membrana.
Profa Silvia Mitiko Nishida
Depto de Fisiologia
Com 7 semanas o bebê já possui
receptores químicos da olfação e
gustação funcionantes.
Como detectamos e
interpretamos a cerca dos
estímulos químicos?
Você sabia que o sabor do alimento não depende tanto dos botões
gustativos e mais do sentido da olfação???
Mas como o estimulo químico se transforma em sinal elétrico?
Observe:
Quando os eletrodos estão do lado de fora, não há diferença de potencial
elétrico entre os dois pontos (ddp=0mV)
Veja animação completa
Mas se o eletrodo vermelho penetra a membrana, o voltímetro acusa a existência de
uma DDP de 60mV indicando que a face interna da membrana citoplasmática está
negativa em relação à externa .
Se o neurônio for estimulado eletricamente , o voltímetro registrará respostas de
alteração transitória do potencial de membrana, conforme a intensidade do estimulo, na
forma de ondas de despolarização de baixa amplitude ou na forma de um potencial de
ação.
Despolarização
Potencial
de ação
POTENCIAL DE AÇÃO
(descrição do evento elétrico)
Potencial de repouso Hiperpolarizaçâo
POTENCIALDE AÇÃO: alteração transitória na diferença de potencial elétrico da membrana de
neurônios (e de células musculares) cuja duração e amplitude são fixas.
Desp
ola
rização
Rep
ola
rização
Tempo
Potencial
de Membrana
MECANISMOS IONICOS DO
POTENCIAL DE REPOUSO
A face interna é negativa em relação à
externa.
POTENCIAL DE REPOUSO
Diferença no potencial de membrana das células
excitáveis na ausência de estimulo ou seja,
quando estão em repouso.
DIFERENÇA de concentração do íon e
permeabilidade para o íon
Fluxo resultante 0
O cátion se move a favor do seu gradiente
de concentração
O movimento de cargas iônicas vai criando
uma diferença de potencial elétrico através
da membrana (Em)
IGUALDADE de concentração e
permeabilidade para o íon
Fluxo resultante = 0
Não ocorre geração de potencial
elétrico através da membrana
O Em se se estabiliza e se opõe ao gradiente
de concentração do íon.
Fluxo resultante = 0
Em = Potencial de equilíbrio do ion
EQUILIBRIO
Tensão
Peso
Diferença de
CONCENTRAÇÃO QUÍMICA
(mEq/Kg)
Diferença de
POTENCIAL ELÉTRICO
Em (mV)
ANALOGIA
Apesar da diferença de
potenciais químico, há
potencial elétrico que se
opõe ao movimento
passivo do íon.
Fluxo resultante = 0
Equilíbrio
Eion = RT ln [Ion in ]
Zs.F [Ion ext ] Equação de Nernst
Toda alteração do potencial elétrico (o fenômeno de excitabilidade) é causada por
movimentos de íons através de canais ionicos situados na membrana citoplasmática.
Colesterol
Glicoproteína Glicolipidio
EXTRACELULAR
Proteínas de
Membrana Canal
iônico Fosfolipídio INTRACELULAR
Íons
Extracelular
(mM)
Intracelular
(mM) Extra:Intra
E ion
(mV)
Na+ 100 5 1 : 20 + 80
K+ 15 150 10 : 1 - 62
Ca++ 2 0,0002 10.000 : 1 + 246
Cl- 150 13 11,5 : 1 - 65
A distribuição e a composição de iôns dos
compartimentos intra e extracelular.
Apesar da diferença de concentração, não há fluxo resultante de
ion e o sistema encontra-se em equilibrio dinâmico.
Responsável pela
determinação e manutenção
Do gradiente químico de Na e de K
O K tende a sair para
fora e cria dipolo
A permeabilidade ao Na é
baixa mas ele tende a entrar
EXTRA
INTRA
Na+ K+
Na+
K+
(Ativo)
Bomba
Na+K+
K+
K+ canal
K+
Na+
Na+
canal
Na+
++++++++
- - - - - - - -
++++++++
- - - - - - - -
Calculando-se o potencial de equilíbrio do K
usando-se as concentrações conhecidas,
verifica-se que EK = - 62mV, próxima a
observada: Em = - 65mV .
O potencial de equilíbrio do íon K é o principal
responsável pela geração do potencial de repouso das
células nervosas (e demais células).
A distribuição diferencial de cargas ocorre
somente entre as faces interna e externa da membrana.
O fluxo de íons K é ínfima em relação a sua
concentração (NÃO HÁ MUDANÇAS NA
CONCENTRAÇAO DE K)
O íon Na e Ca não contribuem para a geração do
potencial de repouso pois, durante a fase de repouso, as
respectivas permeabilidades são baixas. Potencial de
Repouso
Eion = RT ln [Ion in ]
Zs.F [Ion ext ] Equação de Nernst
MECANISMOS IONICOS DO
POTENCIAL DE AÇÃO
POTENCIAL DE AÇÃO
E1 E2
E3 Estímulo Registro
Estimulando o neurônio ( E1, E2 e E3) ocorrerá
alterações transitórias no potencial de
membrana
E3: causou o PA na zona de gatilho que
se propagou ao longo do axônio
Propriedades do Potencial de Ação
EVENTO TUDO-OU-NADA
- Estímulo sublimiar (E1, E2): não causa PA
- Estimulo limiar (E3): causa um único PA
- Estímulo supra-limiar: causa mais de 1 PA, sem
alterar a amplitude.
- Uma vez iniciado o PA, é impossível impedi-lo de
acontecer.
E1 E2
E3
Membrana
citoplasmática
Meio
extracelular
Meio
extracelular
ULTRAESTRUTURA DA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
A membrana constitui uma barreira
física virtual.
Possui diferentes graus de
permeabilidade para as diferentes
partículas.
BICAMADA LIPIDICA
PROTEÍNAS
Canais iônicos
Receptores
Sistemas de enzimas
Tipos de canais iônicos
1) sem comporta: estão
permanentemente abertos
2) Com comporta: abrem-se
mediante estímulos específicos
Estímulos químicos
Estímulos físicos
Canais iônicos com comporta: abrem-se de duas maneiras
1) DIRETAMENTE 2) INDIRETAMENTE
COMO O IMPULSO NERVOSO
É GERADO PROPAGADO?
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/channel.html
Ao longo do axônio há canais
iônicos de Na e K com comporta
sensíveis a mudança de
voltagem.
REPOUSO: fechados, mas a
alteração de voltagem na membrana
causa a sua abertura temporária
(abre-fecha)
A abertura causa fluxo resultante
passivo de determinados íons e,
como conseqüência, mudanças no
potencial elétrico.
Tipos de canais
Canais de Na voltagem dependente
- Rápidos (abrem-se primeiro)
Canais de K voltagem dependentes
- Lentos (abrem-se depois)
Veja uma animação
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/channel.html
Por que ocorre a hiperpolarização da membrana?
Existe alguma vantagem biológica? Veja uma animação
Abertura dos canais de Na: influxo (entrada) de Na DESPOLARIZAÇAO
-o influxo é favorecido pelos gradiente químico do ion e do gradiente elétrico
-o influxo de cations inverte completamente a polaridade da membrana, até o ENa
Abertura dos canais de K: efluxo (saída) de K REPOLARIZAÇAO
-o efluxo é favorecido pelos gradiente químico do ion e do gradiente elétrico que se inverteu
- como o fechamento desses canais é lento, ocorre HIPERPOLARIZAÇAO
A ATPase Na/K restaura a diferença de concentração
Revendo o conjunto dos eventos...
Os neurônios decodificam o aumento ou
redução na intensidade do estimulo em
função da freqüência dos impulsos
elétricos.
A amplitude do PA de cada célula
excitável é invariável.
Estimulo
sensorial
Receptor sensorial
SINAPSE
NERVOSA
Propriedades do Potencial de Ação
CONDUÇÂO DO POTENCIAL DE AÇÂO
http://lessons.harveyproject.org/develo
pment/nervous_system/cell_neuro/acti
on_potential/propagation.html
Direção da propagação do PA
Chegada da
excitação
Zona de gatilho
Por que o PA não se
propaga retrogradamente?
Por que a amplitude e a
duração do PA são fixas?
Potencial de membrana em
função do local
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/actionp.html
O PA se propaga ao longo do axônio sem decremento
de sinal, i.e., o sinal é fiel do inicio até o final da fibra.
O PA é gerado na zona de gatilho
do neurônio e sempre se propaga
no sentido da despolarização.
A propagação bidirecional é evitada
devido ao período refratário do PA
POTENCIAL DE AÇAO NAS FIBRAS SEM MIELINA
POTENCIAL DE AÇAO NAS FIBRAS MIELINIZADAS
Nas fibras mielinizadas o PA só se
desenvolve nos nodos de Ranvier. Sob a
bainha não há canais iônicos.
Propriedade: aumento na velocidade de
condução do impulso nervoso
Doenças que causam a perda de
mielina afetam a velocidade de
condução do impulso nervoso.
A atividade elétrica nervosa pode ser captada e utilizada como sinais clínicos
Eletroencefalografia
Potencial de ação composto
Potencial evocado 1
Potencial evocado 2
Corrente
elétrica
Variação no
potencial de
membrana
Estimulador
Voltímetro
REGISTROS INTRACELULARES
Estuda-se alterações do potencial de membrana de
uma única célula excitável
REGISTROS EXTRACELULARES
Estuda-se alterações elétricas resultantes uma
população de células.
Fibras rápidas: a
Fibras intermediárias: b
Fibras lentas: g
Potencial de
ação composto
O registro indica diferenças na
velocidade de propagação de 3
tipos de fibras e a quantidade
população de fibras em a
tividade
Lembre-se: um nervo é
composto por varias fibras
nervosas
ELETROENCEFALOGRAMA