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Aula 1 – Generalidades sobre fenômenos elétricos nas membranas celulares. Diferença de potencial elétrico de repouso Interação eletrostática: forças de.

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1 Aula 1 – Generalidades sobre fenômenos elétricos nas membranas celulares. Diferença de potencial elétrico de repouso Interação eletrostática: forças de atração e repulsão, forças de Coulomb. Diferença de potencial elétrico. Campo elétrico. Superposição de campos. Eletroneutralidade (extinsão de potenciais elétricos) Cargas elétricas em solução aquosa: íons. Diferenças de potencial eletroquímico para uma data espécie iônica: força movente de fluxos (difusional e eletroforese). Membrana celular plasmática: bicamada lipídica e proteínas. Estrutura microscópica. Equivalente elétrico da bicamada lipídica e soluções intra e extracelulares: capacitância. Diferença de potencial elétrico em um capacitor com as características da membrana celular. Transferências de cargas elétricas nas membranas celulares: canais para íons e carregadores. Difusão e eletroforese. Relações voltagem-corrente. Potenciais de equilíbrio. Diferenças na composição dos fluídos intra e extracelulares interessantes para a gênese de diferenças de potencial elétrico. Sistemas de transporte que geram e mantém tais diferenças. Gênese da diferença de potencial elétrico: movimentos de íons na capacitância de membrana. Diferença de potencial elétrico de repouso, estacionária, como resultado do fludo de múltiplos íons: equação de Hodgkin-Katz-Goldman. EletrofisiologiaA. C. Cassola1

2 EletrofisiologiaA. C. Cassola2 Cargas elétricas, íons, cristais

3 Interações eletrostáticas EletrofisiologiaA. C. Cassola Força eletrostática – lei de Coulomb W1W1 W2W2

4 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso W1W1 W2W2 W0W0 Energia potential elétrica

5 Interações eletrostáticas EletrofisiologiaA. C. Cassola5 Campo elétrico

6 EletrofisiologiaA. C. Cassola6 Propriedades da molécula da água

7 EletrofisiologiaA. C. Cassola7 Hidrofílicos

8 EletrofisiologiaA. C. Cassola8

9 Energia térmica em dimensões microscópicas (átomos, moléculas) Eletrônica Vibracional Rotacional Translacional Simulações

10 EletrofisiologiaA. C. Cassola10 Cargas elétricas em soluções: íons e-e Em soluções correntes são geradas pelo movimento de íons. Diferenças de potencial elétrico surgem por separação de cargas dos íons A

11 EletrofisiologiaA. C. Cassola11

12 EletrofisiologiaA. C. Cassola12 Membrana Celular Mosaico fluido – Singer Nicholson, 1972

13 8/5/2014difusão e eletrodifusão13 Difusão e Eletroforese

14 Cargas e diferença de potencial elétrico: CAPACITÂNCIA 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso e l

15 Diferenças de potencial elétrico geradas por difusão 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso 15 KCl 100 mM KCl 10 mM KCl 100 mM KCl 10 mM

16 Capacitência – Capacitor: armazenamento de cargas EletrofisiologiaA. C. Cassola16

17 8/5/2014difusão e eletrodifusão17 Difusão e Eletroforese. Fluxos de íons por canais

18 8/5/2014Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 18 Carregadores: Mesmo quando reogênicos, o transporte de carga por eles é reduzido H+H+ Na + A.A. Na + Ca 2+ 3Na + K+K+ Cl - ATP 3Na + 2K + ADP+P i Gli Na + 2Cl - Na + K+K+ ATP 3Na + 2K + ADP+P i Cl - HCO 3 -

19 EletrofisiologiaA. C. Cassola19 Eletrodifusão por áreas restritas: CANAIS e POROS

20 EletrofisiologiaA. C. Cassola20

21 8/5/2014difusão e eletrodifusão21 Eletrodifusão

22 Potencial eletroquímico: difusão e eletroforese Físico-química No equilíbrio 8/5/ C2C2 _ + V1V1 V2V2 C1C1 F: Constante de Faraday coul/mol V: Potencial elétrico no volume z i: Carga do íon

23 Transporte nas membranas celulares por difusão e eletroforese Força Movente dos fluxos d -+ ce Físico-química8/5/201423

24 Equilíbrio – Equação de Nernst Equação de Nernst E + : Diferença de potencial elétrico de equilíbrio para o cátion d -+ ce No equilíbrio Físico-química8/5/201424

25 Diferenças de potencial elétrico geradas por difusão 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso 25 KCl 100 mM KCl 10 mM KCl 100 mM KCl 10 mM

26 A Voltage clamp

27 Difusão – Eletroforese EletrofisiologiaA. C. Cassola27

28 Compartimentos e seus solutos predominantes quantitativamente Físico-química8/5/201428

29 Diferenças de potencial elétrico geradas por difusão 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso 29 KCl 100 mM KCl 10 mM KCl 100 mM KCl 10 mM

30 EletrofisiologiaA. C. Cassola30 Orgem das diferenças de potencial elétrico em soluções: Potenciais de difusão i j [KCl]=100mM[KCl]=10mM Situações Equilíbrio Vm inicialmente estará entre E K e EC Cl, em valor que dependerá de P K /P Cl.. O fluxo de KCl e i para j dissipa os gradientes de concentração. Bezanilla

31 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso 31 Permeabilidades e diferença de potencial elétrico i j [KCl]=100m M[KCl]=10mM Situações Equilíbrio Vm inicialmente estará entre E K e E Cl, em valor que dependerá de P K /P Cl.. O fluxo de KCl e i para j dissipa os gradientes de concentração. Bezanilla V m : Diferença de potencial elétrico Q: Carga elétrica separada pela membrana (Q=c.F) C m : Capacitância da membrana (f Ξ farad) C m = 1 mf/cm 2

32 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso 32 Potenciais de equilíbrio (Nernst) para os vários íons -90mV

33 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso 33 Potencial de Repouso – Equação de Hodgkin-Katz-Goldman K+K+ Na + Cl - [intracel.] mM ** [extracel] mM E i (mV) Se a diferença de potencial permanece estável (dV/dt= 0): Equação de Hodgkin-Katz- Goldman, considerando o efeito de íon monovalentes

34 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso 34

35 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso 35 Potencial de Repouso [Na + ]=135mM [K + ]= 4mM [A - ]= 139mM [K]=129mM [Na + ]=10mM [A - ]= 139mM -90mV>P Na

36 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso 36 Potencial de Repouso: Circuito elétrico equivalente para a membrana g Cl gKgK ic ex CmCm g Na

37 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso 37 Potencial de Repouso: Correntes por canais e pela bomba de Na-K ATP 3Na + 2K + ADP+P i Cl - K+K+ Na +

38 Abril, 2008Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 38 Medidas da diferença de potencial elétrico em sistemas biológicos 10m m Medida intracelular

39 EletrofisiologiaA. C. Cassola39 Diferenças de potencial elétrico na membranadas Células Há uma diferença de potencial elétrico, da ordem de algumas dezenas de mV, entre o espaço intracelular e o extracelular de todas as células. Denomina-se potencial de repouso Nas células eletricamente excitáveis ocorrem 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. Estas oscilações são classificadas em duas categorias: –Potencial de ação – Resposta tudo ou nada –Potencial gerador ou receptor – Resposta graduada.

40 8/5/2014Fisiologia de membranas - Potencial de repouso 40 Potenciais de membrana Potencial de Repouso - Universal - Célula sempre eletricamente negativa --90mV

41 EletrofisiologiaA. C. Cassola41 Oscilações da diferença de potencial elétrico nas células são determinados primariamente pela transferência de carga pelo fluxo de íons através de canais ATP 3Na + 2K + ADP+P [K]=110mM [Na + ]=10mM [Na + ]=135mM [K + ]= 4mM

42 EletrofisiologiaA. C. Cassola42 em que é a mobilidade el é trica do í on, ψ é o potencial el é trico na membrana e c s é a concentra ç ão local, na membrana, do í on. Segundo Nernst-Planck os dois fluxos, o difusional e o eletrofor é tico, são aditivos: Tomando-se a rela ç ão entre coeficiente de difusão e mobilidade el é trica de Nernst-Einstein: e substituindo-se a mobilidade el é trica na equa ç ão anterior Na condi ç ão de equil í brio M s =0. Portanto, Integrando-se a equa ç ão anterior, para a espessura da membrana celular, tem-se:


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