Gênese da diferença de potenciais elétricos em membranas biológicas Difusão e Eletrodifusão (bicamada e canais) Transporte por carregadores Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Separação de cargas e capacitância ATP 3Na+ 2K+ ADP+Pi Cl- K+ j i [KCl]=100mM [KCl]=10mM Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola Bezanilla

Quanto de carga é necessário para uma diferença de potencial de -60mV?? Por cm2 Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Transportes (fluxos) passivos através da membrana dissipativos l l Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Difusão pela bicamada lipídica – espécies lipossolúveis cii cie Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

( ) / 1 cm s coul FJ I e c RT VF z P J ´ = ÷ ø ö ç è æ - 2 i Eletrodifusão Nernst-Planck Equaçao da corrente de Hodgkin-Katz-Goldman ( ) 2 / 1 cm s coul FJ I e c RT VF z P J i ´ = ÷ ø ö ç è æ - Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Se a membrana fosse permeável a um e a um só íon: gK j i Σgi=0 Cm Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

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Mas a membrana permeável a vários íons.... Equação de Hodgkin-Katz-Goldman, considerados apenas os efeitos de íons monovalentes Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Potencial de Repouso: Circuito elétrico equivalente para a membrana Cm gCl gK ic ex gNa Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

-90mV<Vm<-20mV K+ Na+ Cl- 120 25 10** 4 145 110 Ei(mV) -90 +60 Potencial de Repouso -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 potencial de membrana é determinado, a cada momento, pelo fluxo resultante de vários íons . A contribuição de cada um deles depende a razão das concentrações e 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.. Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

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Potencial de Repouso: Correntes por canais e pela bomba de Na-K Se Vm não varia no tempo, para os íons indicados na figura: Cl- K+ ATP 3Na+ 2K+ ADP+Pi Na+ Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

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Transporte por estruturas especializadas, formadas por proteínas, na bicamada: POROS, CANAIS E CARREGADORES POROS e CANAIS: difusão ou eletroforese ou ambos por áreas restritas da membrana. Alterações conformacionais da proteína abrem ou bloqueiam o canal. Não promovem a translocação Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Porina Aquaporina Poros: não há oscilações entre estados (‘gating”) Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

CANAIS Seletividade Estruturas estocásticas nas quais a probabilidade do estado aberto pode ser modulada (GATING) Tipos Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Canais: Seletividade Discriminaçao de carga elétrica Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

A seletividade para um íon específico depende da energia de hidratação nos canais bastante seletivos e melhor conhecidos. Ionic radius (Å) Número atômico Peso atômico Na+ 0.95 11 23 Mg2+ 0.65 12 24 K+ 1.33 19 39 Ca2+ 0.99 20 40 Cl- 1.81 17 35 Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

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Canais: “gating” Oscilações térmicas levam a proteína a conformações estáveis em escala de tempo de ms, A e F Canais são estruturas estocásticas Modulaçao (“gating”): A conformação A (aberto) pode ser favorecida por variáveis físicas, por ligação de outras moléculas ou íons, por fosforilação, etc. Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Probabilidade do estado abertura e condutância Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Nomenclatura dos canais K+ Seletividade Controle da abertura (“gating”) K+ dependente de voltagem retificadores para dentro dependente de Ca2+ dependente de ATP etc Na+ sensíveis a amiloride Ca2+ ativados por despolarização forte ativados em voltagens negativas operados por estoques cátions colinérgico nicotínico glutamatérgico Cl- fibrose cística (CFTR) dependente de Ca dependente de glicina Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Estrutura do KcsA – Canais para K+ Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

“Gating” do Canal Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

K+ Cl- K+ +++++++++++++++ ------------------------- E2~P + K+ E2~P~K+ Pi E2~K+ E1+K+ 2Cl- Na+ K+ ATP 3Na+ 2K+ ADP+Pi Cl- K+ [K+]=120mM [K+]=4mM Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Na+ A.A. Na+ H+ Na+ Ca2+ - 3Na+ D-Gli Na+ +++++++++++++++ ------------------------- A.A. Na+ ENaC H+ Na+ ATP 3Na+ 2K+ ADP+Pi Ca2+ 3Na+ - D-Gli Na+ 2Cl- Na+ K+ Nav [Na+]=15mM Cl- Na+ [Na+]=145mM Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Ca2+ Ca2+ - 3Na+ +++++++++++++++ ------------------------- Ca2+ ATP 2H+ ATP Ca2+ Ca2+ ADP+P ADP+P ATP Ca2+ 2K+ - 3Na+ 3Na+ ADP+Pi +++ Ca2+ [Ca2++]=100nM IP3 [Ca++]=1.5mM Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola

Pauling Ionic radius (Å) Propriedades dos principais (quantitativamente) íons em sistemas biológicos. Pauling Ionic radius (Å) Número atômico Peso atômico Na+ 0.95 11 23 Mg2+ 0.65 12 24 K+ 1.33 19 39 Ca2+ 0.99 20 40 Cl- 1.81 17 35 Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola