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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
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Com 7 semanas o bebê já possui
receptores químicos da olfação e
gustação funcionantes.
Como detectamos e
interpretamos a cerca dos
estímulos químicos?
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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?
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Observe:
Quando os eletrodos estão do lado de fora, não há diferença de potencial
elétrico entre os dois pontos (ddp=0mV)
Veja animação completa
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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 .
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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
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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
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MECANISMOS IONICOS DO
POTENCIAL DE REPOUSO
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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+
++++++++
- - - - - - - -
++++++++
- - - - - - - -
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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
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MECANISMOS IONICOS DO
POTENCIAL DE AÇÃO
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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
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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
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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
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Tipos de canais iônicos
1) sem comporta: estão
permanentemente abertos
2) Com comporta: abrem-se
mediante estímulos específicos
Estímulos químicos
Estímulos físicos
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Canais iônicos com comporta: abrem-se de duas maneiras
1) DIRETAMENTE 2) INDIRETAMENTE
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COMO O IMPULSO NERVOSO
É GERADO PROPAGADO?
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/channel.html
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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)
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Veja uma animação
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/channel.html
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Por que ocorre a hiperpolarização da membrana?
Existe alguma vantagem biológica? Veja uma animação
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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...
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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
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CONDUÇÂO DO POTENCIAL DE AÇÂO
http://lessons.harveyproject.org/develo
pment/nervous_system/cell_neuro/acti
on_potential/propagation.html
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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
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http://www.blackwellpublishing.com/matthews/actionp.html
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![Page 34: Profa Silvia Mitiko Nishida Depto de Fisiologia · BIOELETROGÊNESE Propriedade de certas células (neurônios e células musculares) gerar e alterar a diferença de potencial elétrico](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021710/5c01b67c09d3f22b088d0dce/html5/thumbnails/34.jpg)
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
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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
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Doenças que causam a perda de
mielina afetam a velocidade de
condução do impulso nervoso.
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A atividade elétrica nervosa pode ser captada e utilizada como sinais clínicos
Eletroencefalografia
Potencial de ação composto
Potencial evocado 1
Potencial evocado 2
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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.
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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
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ELETROENCEFALOGRAMA