Excitabilidade Elétrica
das Células
Eletrofisiologia 5
A. C. Cassola
1
Eletrofisiologia: Pré-História
Luigi Galvani:
1737-1798
Eletrofisiologia 5
A. C. Cassola
2
Excitabilidade Elétrica das Células
• Oscilações da diferença de potencial elétrico, em
escala de tempo de ms, associadas à transdução
sensorial em receptores, à transmissão de
informações em neurônios e células musculares e à
transmissão de informação entre células, nas sinapses
– Potencial de ação – Resposta tudo ou nada
– Potencial gerador.
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Excitabilidade: Repostas graduadas e potenciais de ação
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4
Potencial de ação como resposta local, registrada no
compartimento intracelular
+
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+ + + + ++++ +
+
+
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+
+
5
20
(mV)
0
-20
-40
-60
-80
0
5
10
Time (ms)
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POTENCIAL DE AÇÃO
1. resposta local
2. propagação
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Potencial de ação: Circuito elétrico equivalente para a membrana
gK
ic
ex
gCl
gNa
Cm
i
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Potencial de ação: Fenomenologia da resposta local
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9
Excitabilidade: potenciais de ação
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10
O Potencial de Ação
Reversão da
polaridade
Limiar
Pós-potencial
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Potenciais de ação: Limiar
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Potenciais de ação: Períodos refratários
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13
Mecanismos iônicos da resposta local
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Oscilações da diferença de potencial elétrico nas células são
determinados primariamente pela transferência de carga pelo fluxo
de íons através de canais
[Na+]=135mM
[K]=110mM
[K+]= 4mM
+
-
+
-
[Na+]=10mM
ATP HOH

 ADP  Pi
[ ADP][Pi ] 
G ATP  G0  RT ln 

[
ATP
]


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Gênese dos Potenciais de membrana
(Medidas intracelulares no axônio gigante de lula)
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RT  PK K i  PNa Na i  PCl Cl e 
ln 

F  PK K e  PNa Na i  PCl Cl i 
Hodgkin,Huxley
1952
1902
Bernstein
1780
Galvani
Vm  
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Gênese dos Potenciais de membrana
(Medidas intracelulares no axônio gigante de lula)
Vm  
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RT  PK K i  PNa Na i  PCl Cl e 
ln 

F  PK K e  PNa Na i  PCl Cl i 
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Mas a membrana permeável a vários íons....
Ei  
RT [i ]ic
ln
zF [i ]ex
I i  Gi ( Ei  Vm )
Vm 
Q
C
se
dVm
0
dt
dQ
0
dt
I m  0  I K  I Na  I Cl  ....
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Vm  
RT PK K ic  PNa Na ic  PCl Cl ex
ln
F
PK K ex  PNa Na ex  PCl Cl ex
Equação de Hodgkin-KatzGoldman, considerados
apenas os efeitos de íons
monovalentes
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18
Fixação de voltagem
Vm
i
Vc
10mm
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Correntes iônicas que causam o potencial de ação em axônios
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20
Condutâncias dependentes de voltagem em axônios
Ii
Gi 
Vm  Ei
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Esquemas cinéticos para os canais
A
F
A
Canais para K+
aK
I
F
F
bK
A
Canais para Na+
aNa
F
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bNa
A
I
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Cinéticas das condutâncias: a potássio
aK
F
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bK
A
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Cinéticas das condutâncias: sódio
aNa
F
bNa
A
I
K(Vm,t)
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INav
0 mV
-110 mV
0
1 nA
1 ms
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Relações I-V
Na
1000
ka
15
gca
10
Era -100
Vha
-40
Nb
1000
kb
5
gcb
10
Erb
50
Vhb -100
A.C.Cassola v.0, 04/2000
Peak Current
3,00E-06
I(Amp)
2,50E-06
2,00E-06
1,50E-06
1,2
Po
1
1,00E-06
0,8
5,00E-07
0,6
-150
0,4
-100
0,00E+00
-50
0
50
-5,00E-07
100
150
Vm(mV)
0,2
Vm(mV)
-1,00E-06
0
-150 -100 -50
-0,2
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0
50
100
150
-1,50E-06
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Modelo de Hodgkin-Huxley
Condutância a K+
g K  n 4 g Kmax
an
1 n  n
bn
dn
 a n 1  n   b n n
dt
1
n 
an  bn
n 
an
an  bn
dn n  n

dt
n
n(t )  n  n  n0 e
 t
 
 n



I K  n 4 g Kmax Vm  E K 
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Modelo de Hodgkin-Huxley
Condutância a Na+
max
g Na  m3hgNa
Inativação (h)
Ativação (m)
ah
am
1 m  m
1 h  h
dm
 a m 1  m   b m m
dt
1
m 
am  bm
dh
 a h 1  h   b h h
dt
1
h 
ah  bh
am
m 
am  bm
h 
bh
bm
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ah  bh
dh h  h

dt
h
dn n  n

dt
n
m(t )  m  m  m0 e
ah
 t
 
 m



h(t )  h  h  h0 e
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 t
 
 h



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Modelo de Hodgkin-Huxley
max
V  ENa   n4 g Kmax V  EK   g L (V  EL )
IT  m3hgNa
dVm IT

dt
Cm
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Prêmio Nobel de 1963
Alan LLoyd Hodgkin
Andrew Fielding Huxley
1914-1998
1917-
John Carew Eccles
1903-1997
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Super-família dos canais dependentes de voltagem
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32
“Gating” do Canal
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33
Ativação – Inativação
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34
Filogenia dos KV
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35
Canal para Na - filogenia
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