Origens do potencial de
membrana
Excitabilidade celular
Origens do potencial de repouso
• Todas as células apresentam uma
diferença de potencial elétrico
(voltagem) através da membrana.
• Alterações na permeabilidade iônica da
membrana levam a alterações do
potencial da membrana
Algumas medidas elétricas
•
•
•
•
•
Potencial (E,V) – V (volt)
Carga – C (coulomb)
Corrente (I)– A (ampere = C/s)
Resistência (R)– W (ohm = V/A)
Condutância (G) – S (siemens = A/V)
Lei de Ohm, I = V/R = g.V
I
V
Registro do potencial de repouso
0 mV
-80 mV
+ + +
- - -
+ + +
- - -
+ + +
- - -
TIPO CELULAR
+ + +
- - -
Em (mV)
Neurônio
-70
Músculo esquelético
-80
Músculo cardíaco (atrial e ventricular)
-80
Músculo liso
-55
As concentrações iônicas são
diferentes dentro e fora da célula
íon
[íon]0 (mM)
[íon]I (mM)
Na+
145
15
Cl100
K+
4,5
Ca++ 1,8
5
150
0,0001
Os íons são segregados por transportadores presentes na membrana que
realizam transporte ativo
3 Na+
1
2 K+
3
ATP
Na+
2
Ca++
1 - Na/K ATPase
2 – Trocador Na/Ca
3 – Ca-ATPase reticular
ADP + Pi
3
A Na/K ATPase é eletrogênica, porém
sua contribuição direta para o potencial
de repouso é pequena
• A inibição da Na/K ATPase por digitálicos cardiácos (ouabaína)
despolariza a célula por poucos milivolts (2-16), em média.
• Músculo esquelético: 6-8 mV.
• Músculo cardíaco: 12-16 mV.
Potencial de equilíbrio eletroquímico (m)
de um íon (J/mol)
– Diferença de energia potencial do íon+ entre
dois compartimentos (Dm):
K+
K+
Cl-
Cl-
0,1 M KCl
0,01 M KCl
Lado 1
Lado 2
Cálculo do potencial de
equilíbrio eletroquímico (m) de
um íon (J/mol)
– Diferença de energia potencial do K+ entre dois compartimentos (Dm):
– O fluxo Iônico se dá do lado com MAIOR potencial para o lado com
MENOR potencial.
Dm (K+ ) = mA(K+) - mB(K+ ) =
RTln [K+ ]A/[K+ ]B + zF (EA - EB)
Potencial químico + Potencial elétrico
R = constante dos gases
T = temperatura em K
z = valência do íon
F = constante de Faraday
EA - EB = diferença de potencial através da membrana
Potencial de equilíbrio iônico (Ei)
Potencial elétrico que contrabalança o potencial químico gerado pela
diferença de concentração iônica.
Fluxo líquido nulo!
Membrana permeável apenas ao cátion
59 mV
K+
K+
Cl-
Cl-
0,1 M KCl
Lado 1
0,01 M KCl
Lado 2
K+
Cl-
+
ClK+
K+ Cl- K+
K+
+
K
ClK+
K+
Cl ClClK+
K+ ClCl
K+
K+
Cl- ClCl+
K+ Cl- K Cl-
Se a membrana é permeável apenas ao ânion o
potencial inverte de sinal
- 59 mV
K+
Cl0,1 M KCl
Lado 1
K+
Cl-
0,01 M KCl
Lado 2
Se ambos os íons se difundem igualmente não
é gerado o potencial de equilíbrio
Membrana permeável a cátions e ânions
(ambos potenciais de equilíbrio se anulam)
+
K+
Cl0,1 M KCl
Lado 1
0 mV
-
K+
Cl-
0,01 M KCl
Lado 2
A partir da equação anterior
chegamos a equação de Nernst
RT Ci
Ei 
ln
zF
Co
Ei = potencial de equilíbrio
R = constante dos gases
T = temperatura em K
z = valência do íon
F = constante de Faraday
Ci= concentração interna do íon
Co= concentração externa do íon
Equação de Nernst
Substitundo as constantes RT/F e multiplicando pelo fator de
conversao do logaritimo natural (ln) para logaritimo de base 10
(log), 2.303 temos entao, para a temperatura de 37oC,
61m V
Ci
Ei 
log
z
Co
Potenciais de Nernst para os principais íons de
importância fisiológica
íon
[íon]0
(mM)
[íon]I (mM)
Ei(mV)
Na+
145
15
+60
Cl-
100
5
-80
K+
4,5
150
-94
Ca++
1,8
0,0001
+130
61mV
150
61mV
15
EK 
log
ENa 
log
1
4,5
1
145
61mV
0,0001
61mV
5
E Ca 
log
ECl 
log
2
1,8
1
100
Força eletromotriz (FEM)
FEM = Em - Eeq
Para uma célula com Em = -80 mV
FEMNa = Em - ENa = -80 mV - (+60 mV) = -140 mV
FEMK = Em - EK = -80 mV - (-94 mV) = +14 mV
FEMCa = Em - ECa = -80 mV - (+129 mV) = -209 mV
FEMCl = Em - ECl = -80 mV - (-80 mV) = 0 mV
A membrana celular possui proteínas
que formam canais que passam íons
Canais podem ser seletivos para potássio, sódio, cálcio ou cloreto,
ou para cátions ou ânions
Os canais podem estar sempre abertos ou abrirem em resposta a algum
estímulo
Canal iônico (g)
Membrana (C)
Os canais Iônicos podem
ser vistos como condutores
(g) porque passam corrente
elétrica na forma de íons!
Corrente iônica (I)
Lei de Ohm, I = V/R = g.V
I
IK= gK.(FEMK)
INa = gNa.(FEMNa)
V
Erepouso
No repouso ICa e ICl podem ser
ignorados
Então, no repouso
IK = INa
gK.(FEMK) = gNa.(FEMNa)
Em -80 mV,
gK.(14 mV) = gNa.(140 mV)
gK/gNa = 10
Equação da condutância de corda
simplificada
No repouso IK + INa = 0
gk
gNa
Em 
Ek 
E Na
gk  gNa
gk  gNa
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?
gk
g Na
Em 
Ek 
ENa
g k  g Na
g k  g Na
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
pico
0 mV
5 ms
repolarização
limiar
Vrepouso
pós-hiperpolarização
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
Medidas de CORRENTE em
um potencial fixo
IK
out
I
INa
C
tempo (ms)
Cm
IK
gNa
ENa
in
Ileak
gK
EK
gleak
Eleak
O Potencial de ação se origina com a abertura
dos canais de sódio dependentes de voltagem
-10 mV
5 ms
-70 mV
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
l = 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
Os nodos de Ranvier concentram os
canais de sódio do nervo
Célula de Shwann
axônio
internodo
Canais de K
Canais de Na
caspr
caspr
nodo de Ranvier
Canais de K