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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. Eletrofisiologia A. C. Cassola

2 Cargas elétricas, íons, cristais
Eletrofisiologia A. C. Cassola

3 Interações eletrostáticas
Força eletrostática – lei de Coulomb + 2 - - W2 + 1 + W1 + + Eletrofisiologia A. C. Cassola

4 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso
Energia potential elétrica + - + - W1 W2 W0 + + + 30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso

5 Interações eletrostáticas
Campo elétrico Eletrofisiologia A. C. Cassola

6 Propriedades da molécula da água
Eletrofisiologia A. C. Cassola

7 Hidrofílicos Eletrofisiologia A. C. Cassola

8 Eletrofisiologia A. C. Cassola

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

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

11 Eletrofisiologia A. C. Cassola

12 Membrana Celular Mosaico fluido – Singer Nicholson, 1972
Eletrofisiologia A. C. Cassola

13 difusão e eletrodifusão
Difusão e Eletroforese 30/03/2017 difusão e eletrodifusão

14 Cargas e diferença de potencial elétrico: CAPACITÂNCIA
+ - + - + - + - + - + + e - + - + - + + - - + - + - l 30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso

15 Diferenças de potencial elétrico geradas por difusão
KCl 100 mM 10 mM KCl 100 mM 10 mM - + 1 2 1 2 - + 30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso

16 Capacitência – Capacitor: armazenamento de cargas
Eletrofisiologia A. C. Cassola

17 difusão e eletrodifusão
Difusão e Eletroforese. Fluxos de íons por canais 30/03/2017 difusão e eletrodifusão

18 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores
Carregadores: Mesmo quando reogênicos, o transporte de carga por eles é reduzido 2Cl- Na+ K+ Gli Na+ A.A. Na+ ATP 3Na+ 2K+ ADP+Pi ATP 3Na+ 2K+ ADP+Pi H+ Na+ Ca2+ 3Na+ K+ Cl- Cl- HCO3- 30/03/2017 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores

19 Eletrodifusão por áreas restritas: CANAIS e POROS
Eletrofisiologia A. C. Cassola

20 Eletrofisiologia A. C. Cassola

21 difusão e eletrodifusão
30/03/2017 difusão e eletrodifusão

22 Potencial eletroquímico: difusão e eletroforese
_ + C1 C2 F: Constante de Faraday 96500 coul/mol V: Potencial elétrico no volume zi: Carga do íon V1 V2 No equilíbrio 30/03/2017 Físico-química

23 Transporte nas membranas celulares por difusão e eletroforese
- + d Força Movente dos fluxos 30/03/2017 Físico-química

24 Equilíbrio – Equação de Nernst
c e - + d No equilíbrio Equação de Nernst E+ : Diferença de potencial elétrico de equilíbrio para o cátion 30/03/2017 Físico-química

25 Diferenças de potencial elétrico geradas por difusão
KCl 100 mM 10 mM KCl 100 mM 10 mM - + 1 2 1 2 - + 30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso

26 A Voltage clamp

27 Difusão – Eletroforese
Eletrofisiologia A. C. Cassola

28 Compartimentos e seus solutos predominantes quantitativamente
30/03/2017 Físico-química

29 Diferenças de potencial elétrico geradas por difusão
KCl 100 mM 10 mM KCl 100 mM 10 mM - + 1 2 1 2 - + 30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso

30 Orgem das diferenças de potencial elétrico em soluções: Potenciais de difusão
Situações Equilíbrio j i [KCl]=100mM [KCl]=10mM Equilíbrio Vm inicialmente estará entre EK e ECCl, em valor que dependerá de PK/PCl.. O fluxo de KCl e i para j dissipa os gradientes de concentração. Eletrofisiologia A. C. Cassola Bezanilla

31 Permeabilidades e diferença de potencial elétrico
Situações i j [KCl]=100mM [KCl]=10mM Equilíbrio Equilíbrio Vm : Diferença de potencial elétrico Q: Carga elétrica separada pela membrana (Q=c.F) Cm: Capacitância da membrana (f Ξ farad) Vm inicialmente estará entre EK e ECl, em valor que dependerá de PK/PCl.. O fluxo de KCl e i para j dissipa os gradientes de concentração. Cm= 1 mf/cm2 30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso Bezanilla

32 Potenciais de equilíbrio (Nernst) para os vários íons
-90mV<Vm<-20mV K+ Na+ Cl- [intracel.] mM 120 25 10** [extracel] 4 145 110 Ei(mV) -90 +60 -60 ** Variável com Vm. ECl~Vm O Vm no repouso é determinado por vários íons. A contribuição de cada um deles depende a razão das concentrações de da permeabilidade relativa. A contribuição maior é a do K, conclusão a que se chega pela constatação de que Vm está mais próximo de EK.. A distribuição do Cl é passiva 30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso

33 Potencial de Repouso – Equação de Hodgkin-Katz-Goldman
Se a diferença de potencial permanece estável (dV/dt= 0): K+ Na+ Cl- [intracel.] mM 120 25 10** [extracel] 4 145 110 Ei(mV) -90 +60 -60 Equação de Hodgkin-Katz-Goldman, considerando o efeito de íon monovalentes 30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso

34 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso
30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso

35 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso
-90mV<Vm<-20mV PK>>PNa - -- [Na+]=135mM [K+]= 4mM [A-]= 139mM [K]=129mM [Na+]=10mM [A-]= 139mM 30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso

36 Potencial de Repouso: Circuito elétrico equivalente para a membrana
gK ex gCl ic gNa Cm 30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso

37 Potencial de Repouso: Correntes por canais e pela bomba de Na-K
Cl- K+ ATP 2K+ 3Na+ ADP+Pi Na+ 30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso

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

39 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. Eletrofisiologia A. C. Cassola

40 Potenciais de membrana
Potencial de Repouso - Universal - Célula sempre eletricamente negativa -90mV<Vm<-20mV (Referência no extracelular) - Estável em escala de tempo de s. Campo elétrico na membrana extracelular intracelular -60 mV 4 nm 30/03/2017 Fisiologia de membranas - Potencial de repouso

41 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+]= 4mM [K]=110mM [Na+]=10mM + - ATP 3Na+ 2K+ ADP+P Eletrofisiologia A. C. Cassola

42 Eletrofisiologia A. C. Cassola em que
é a mobilidade elétrica do íon, ψ é o potencial elétrico na membrana e cs é a concentração local, na membrana, do íon. Segundo Nernst-Planck os dois fluxos, o difusional e o eletroforético, são aditivos: Tomando-se a relação entre coeficiente de difusão e mobilidade elétrica de Nernst-Einstein: e substituindo-se a mobilidade elétrica na equação anterior Na condição de equilíbrio Ms=0. Portanto, Integrando-se a equação anterior, para a espessura da membrana celular, tem-se: Eletrofisiologia A. C. Cassola


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