Sistemas de Reforço e Dependência Química

Apresentação em tema: "Sistemas de Reforço e Dependência Química"— Transcrição da apresentação:

1 Sistemas de Reforço e Dependência Química
Neurofisiologia Células Nervosas Princípios da condução nervosa Neurotransmissão e Sistemas Modulatórios O Encéfalo, tronco encefálico, medula espinhal e sistema nervoso periférico Sistemas de Reforço e Dependência Química

2 Neurônios Glias Células Nervosas SENSORIAIS MOTORES EFETORES
MODULADORES Glias CÉLULAS DE SCHWANN ASTRÓCITOS OLIGODENTRÓCITOS MICRÓGLIA

3 Células Nervosas Neurônios

4 Células Nervosas

5 Células Nervosas PSEUDOUNIPOLAR: Axônio como um “T”
Neurônios sensoriais NEURÔNIOS BIPOLARES : Possuem 2 processos. MULTIPOLARES: Possuem vários dendritos e um axônio Neurônio motor.

6 Células Nervosas

7 Células Nervosas

8 TERMINAIS PRÉSINAPTICOS CORPO CELULAR DO NEURÔNIO PÓS-SINAPTICO
Figure 4-18b, Sherwood, 2001

9 Células Nervosas Neuroglia ou células Glias 100 bilhões de Neurônios
10x mais células gliais! Fornece sustentação física Seleciona e disponibiliza Nutrientes FUNÇÃO DAS CÉLULAS GLIAS Dão suporte aos neurônios: Aumenta a velocidade de condução do impulso nervoso Recobrem os neurônios com mielina Modulam a atividade elétrica dos Neurônios “Limpam” o ambiente sináptico

10 Células Nervosas Oligodendrócitos

11 Formação da barreira hemato-encefálica
Células Nervosas Formação da barreira hemato-encefálica Astrócitos

12 Células Nervosas Microglias e Células Ependimais

13 Células Nervosas Células de Schwan (SNP)

14 Células Nervosas Células de Schwan (SNP)

15 Princípios da condução nervosa
Sinapses Potencial Repouso Potenciais pós-sinápticos Potencial Ação Condução do Impulso Nervoso pelos Nervos Mielinizados

16 Sinapses Tipos de Sinapses
Seqüência de Eventos na Transmissão Sináptica

17

18 Tipos de Sinapses Sinapses Elétricas Sinapses Químicas

19 Junções do tipo “Gap”, formadas por Baixa resistência Alta condutância
Sinapse Elétrtica Junções do tipo “Gap”, formadas por 2 hemicanais (conexons), cada um com 6 subunidades(conexinas) Baixa resistência Alta condutância

20 Pulso de corrente para a fibra pré
Sinapse Elétrica Fluxo de corrente Figura 11.1 A, Kandel et al. , 1995 Estimulação na fibra pré-sinaptica Pulso de corrente para a fibra pré Cél. pré Cél. pós Transmissão elétrica é virtualmente instantânea

21 Sinapses podem ter mais de uma zona ativa no terminal
Sinapse Química Axo-dendrítica Axo-somática Axo-axônica Sinapses podem ter mais de uma zona ativa no terminal

22 Seqüência de Eventos na Transmissão Sináptica
Ricardo Miledi e Bernard Katz anos 60 1.Voltagem-fixada 2.Registro 3 2 3.Registro 1 Aumento do Ca2+ extracelular provoca a liberação quântica (pacotes de NT), e a sua redução, diminui até o bloqueio completo.

23 Vesículas Sinápticas Observado nos terminais pré-sinápticos por microscopia eletrônica . Contendo Neurotransmissores, aproximadamente em uma vesícula (quantum) A liberação evocada é Quântica e produz Potenciais Pós-Sinápticos

24 ME da Sinapse Química Zona Ativa mitocondria Terminal Pré-Sináptico
Pós-Sináptico Zona Ativa Figura 5.3, Bear, 2001 Vesículas

25 CAMK-II ATP H+ rab 3 ADP +Pi SV2 Citoplasma Lúmen vesicular
Outras vesículas, filamentos de actina Sinapsina I CAMK-II Sinaptotagmina Sinaptobrevina Proteínas da MP Sinaptofisina rab 3 Citoplasma SV2 Transportador de Neurotransmissor Bomba de prótons ATP ADP +Pi H+ Lúmen vesicular

26 SNARE: Proteínas Direcionadoras da Fusão
v-SNAREs t-SNAREs v-SNAREs se liga com t-SNAREs para acoplar as membranas e induzir a fusão (exocitose).

27 Transportador de membrana
6.1 Célula Glial Transportador de membrana Precursores para síntese de sinalizadores Auto-Receptores Neurônio pré-sináptico Neurônio pós-sináptico Receptores pós-sinápticos Transportador vesicular Enzima de metabolização Transportador de membrana

28 Atracamento Entrada de Ca2+ e a CAMKII: Fosforila a actina:
mobilização das vesículas do compartimento de estocagem para o compartimento de liberação. Atracamento Rab: previne o ancoramento ao poro de fusão. Necessita de atividade GTPásica

29 Potenciais da membrana
Potencial de Repouso Potenciais Graduados ou Potenciais pós-sinápticos Potenciais de Ação

30 PELA MEMBRANA PLASMÁTICA
PROTEÍNAS DE MEMBRANA! CANAIS IÔNICOS Canais de Na, K, Ca, Cl BOMBAS IÔNICAS Bomba de Na/K Bomba de Ca2+ MOVIMENTOS DE ÍONS PELA MEMBRANA PLASMÁTICA DIFUSÃO (Gradiente Químico) (Gradiente/Corrente Elétrica) ELETRICIDADE

31 CORRENTE ELÉTRICA = I (ampéres)
Corrente iônica ou fluxo iônico: movimento de íons por canais iônicos É o movimento de elétrons ou íons (partículas carregadas) induzido por um campo elétrico: “cargas opostas se atraem e cargas iguais de repelem” POTENCIAL ELÉTRICO OU VOLTAGEM = V (volts) É a força ou impulso exercido sobre a partícula carregada e reflete a diferença de carga entre o ânodo e o cátodo. Quanto Maior a diferença de potencial/ Maior é o fluxo/corrente iônica Essa diferença de potencial ocorre os dois compartimentos (interno e externo) separados pela Membrana Plásmatica CONDUTÂNCIA ELÉTRICA = g (siemens) É a capacidade relativa que uma partícula elétrica (íon) pode migrar (fluir) de um ponto ao outro A condutância da membrana plasmática é dada pelos CANAIS IÔNICOS RESISTENCIA ELÉTRICA = R (ohms) A resistência da membrana plasmática é dada pelos Fosfolipídeos (gordura)

32 I = g V POTENCIAL DE AÇÃO NA TEORIA Movimento dos íons é gerado:
Condutância do íon = está associada a permeabilidade Corrente Iônica = passa pelos canais I = g V Voltagem = voltagem real da membrana menos voltagem do potencial de equilíbrio do ìon Expressão de Ohm I=gV Aqui temos a força impulsora do íon. Quanto maior essa diferença maior é a força impulsora! Movimento de líquido de íon gera uma corrente iônica O Número de canais para o íon abertos é proporcional a condutância elétrica deste íon = g

33 DIFUSÃO Membrana sem canais tem condutância zero
FACILITADA PELOS CANAIS IÔNICOS Para forçar os íons a cruzar a membrana é preciso: (1) Existência de Canais permeáveis aos íons (2) Existência de uma diferença de potencial elétrico através da membrana

34 POTENCIAL DE EQUILÍBRIO DE UM NEURÔNIO
A FACE INTERNA DA MEMBRANA DE UM DADO NEURÔNIO TENDE A SER 65X (VEZES) MAIS NEGATIVA QUE A FACE EXTERNA = -65 mV

35 AQUI TEMOS O ESTADO DE EQUÍLIBRIO
EQUILÍBRIO ELETROQUÍMICO DO POTÁSSIO EM UMA MEMBRANA SELETIVAMENTE PERMEÁVEL (K) EQUILÍBRIO ELETROQUÍMICO DO SÓDIO EM UMA MEMBRANA SELETIVAMENTE PERMEÁVEL (Na) QUAL A CONCENTRAÇÃO DOS ÍONS ENTRE OS COMPARTIMENTOS SEPARADOS PELA MEMBRANA? QUAL O POTENCIAL DE MEMBRANA? AQUI TEMOS O ESTADO DE EQUÍLIBRIO ONDE AS FORÇAS DE DIFUSÃO E ELÉTRICA SÃO IGUAIS E OPOSTAS

36 EQUAÇÃO DE NERNST [X] externa [X] externa RT RT Ex Ex log log zF zF
FORÇAS QUE CRIAM OS POTENCIAIS DE MEMBRANA Temperatura absoluta (Kelvin) Temperatura absoluta (Kelvin) Constante dos gases Constante dos gases Concentração externa do íon Concentração externa do íon [X] externa [X] externa RT RT Ex Ex log log = = zF zF [X] interna [X] interna Potencial de equilíbrio do íon OBS : quando o gradiente químico se equipara com o gradiente elétrico Potencial de equilíbrio do íon OBS : quando o gradiente químico se equipara com o gradiente elétrico Concentração interna do íon Concentração interna do íon Valência do íon permeante (carga elétrica) Valência do íon permeante (carga elétrica) Constante de Faraday Constante de Faraday EQUAÇÃO DE NERNST OBS : determina o equilíbrio eletroquímico de um dado íon

37 [1mM] externa 58 Ek log 1 [10mM] interna = EQUAÇÃO DE NERNST
Aplicada a concentrações hipotéticas de K, considerando uma membrana permeável ao K Temperatura absoluta (Kelvin) Constante dos gases [1mM] externa 58 Ek log = 1 [10mM] interna Potencial de equilíbrio do íon OBS : quando o gradiente químico se equipara com o gradiente elétrico Valência do íon permeante (carga elétrica) Constante de Faraday Este é o valor do potencial de equilíbrio para o Potássio neste sistema Ek = 58 log 1 Ek = - 58 mV 10

38 COMO ESSA EQUAÇÃO NERNST
FUNCIONA NA PRÁTICA? VAMOS PEGAR COMO EXEMPLO O ÍON POTÁSSIO!

39 [1mM K+] ext Ek = - 58 log ____________ [ 10mM K+]int
Potencial de equilíbrio do K+ Equação de Nerst [1mM K+] ext Ek = log ____________ [ 10mM K+]int EK+= -58mV Vm neurônio= -65mV Muito próximo

40 ENa = - 58 log ____________
Potencial de equilíbrio do Na+ Equação de Nerst [10mM Na+] ext ENa = log ____________ [ 1mM Na+] int ENa+= + 58 mV Vm neurônio= -65mV Muito longe

41 Potencial de Repouso CONCLUSÃO
A face interna da membrana celular possui potencial elétrico negativo ESSE POTENCIAL SE APROXIMA DO POTENCIAL DE EQUILIBRIO DO ÍON POTASSIO (Potencial de Repouso)

42 COMO CALCULAR O POTENCIAL DE REPOUSO DA MEMBRANA LEVANDO EM CONSIDERAÇÃO “TODOS” OS ÍONS?

43 K+ Cl- Ca+ Na+ É PRECISO LEVAR EM CONTA:
A PERMEABILIDADE RELATIVA DE CADA ÍON A MEMBRANA PLASMÁTICA NO MOMENTO DO REPOUSO K+ Cl- Ca+ Na+ Mais permeável Menos permeável Membrana plasmática em repouso

44 Expressão de Ohm I=gV

45 I = g V POTENCIAL DE AÇÃO NA TEORIA Movimento dos íons é gerado:
Condutância do íon = está associada a permeabilidade Corrente Iônica = passa pelos canais I = g V Voltagem = voltagem real da membrana menos voltagem do potencial de equilíbrio do ìon Expressão de Ohm I=gV Aqui temos a força impulsora do íon. Quanto maior essa diferença maior é a força impulsora! Movimento de líquido de íon gera uma corrente iônica O Número de canais para o íon abertos é proporcional a condutância elétrica deste íon = g

46 EQUAÇÃO DE GOLDMAN OBS : determina o equilíbrio eletroquímico da membrana levando em consideração a permeabilidade relativa dos íons

47 RT RT Ex log zF = Dá o valor real do Potencial de membrana
Temperatura absoluta (Kelvin) Constante dos gases Permeabilidade do íon a membrana RT RT PNa [Na] externa Pk [K] externa Pcl [Cl] externa Ex log = zF Pk [K] interna [Cl] interna PNa [Na] interna Pcl Dá o valor real do Potencial de membrana Valência do íon permeante (carga elétrica) Constante de Faraday Na membrana em repouso a permeabilidade da membrana para os outros íons é baixa, nesse estado a permeabilidade da membrana só é alta para o íon POTÁSSIO Potencial de equilíbrio do íon OBS : quando o gradiente químico se equipara com o gradiente elétrico Ek = - 58 mV V = -58 mV

48 COMO SE COMPORTARÁ A VOLTAGEM DA MEMBRANA CASO OCORRA VARIAÇÕES NAS CONCENTRAÇÕES DE POTÁSSIO?

49 Não há fluxo líquido do íon K
- 58 mV Não há fluxo líquido do íon K interno externo 10 mM K 1 mM K + - voltímetro - 50 mV efluxo líquido do íon K interno externo 10 mM K 20 mM K + - voltímetro - 20 mV efluxo líquido do íon K interno externo 10 mM K 200 mM K + - voltímetro (despolarização da membrana)

50 COMO SE COMPORTARÁ AS CONCENTRAÇÕES DE POTASSIO CASO OCORRA VARIAÇÕES NAS NA VOLTAGEM DA MEMBRANA?

51 Não há fluxo líquido do íon K
- 58 mV Não há fluxo líquido do íon K interno externo 10 mM K 1 mM K + - Bateria ligada Há efluxo do íon K (de dentro para fora) interno externo 10 mM K 1 mM K - + Bateria desligada 0 mV Há influxo do íon K (de fora para dentro) interno externo 10 mM K 1 mM K - + Bateria ligada - 116 mV

52 2 - GRANDES VARIAÇÕES NA VOLTAGEM GERAM PEQUENAS VARIAÇÕES NA VOLTAGEM
1- PEQUENAS VARIAÇÕES NA CONCENTRAÇÃO GERAM GRANDES VARIAÇÕES NA VOLTAGEM 2 - GRANDES VARIAÇÕES NA VOLTAGEM GERAM PEQUENAS VARIAÇÕES NA VOLTAGEM

53 POR QUE APENAS AS VARIAÇÕES NA CONCENTRAÇÃO DE POTÁSSIO ACARRETAM ALTERAÇÕES NOS POTENCIAIS DE MEMBRANA DAS CÉLULAS EXCITAVEIS? OBS: Variações na concentração externa ou interna de Sódio, Cálcio, Cloro e outros íons (exceto o potássio) não modificam os potenciais de repouso.

54 K+ 10mM Potencial de Repouso 2 K+ 3 Na+ Potencial de equilíbrio do K+
Canal vazante de potássio K+ G [K+] Gé K+ K+ 10mM Bomba de sódio- potássio 2K+ 3 Na+ 3 Na+ 2 K+ ATP ADP K+ 1 mM Potencial de equilíbrio do K+ concentrações reais de potássio na células

55 I = g V POTENCIAL DE AÇÃO NA TEORIA Movimento dos íons é gerado:
Condutância do íon = está associada a permeabilidade Corrente Iônica = passa pelos canais I = g V Voltagem = voltagem real da membrana menos voltagem do potencial de equilíbrio do ìon Expressão de Ohm I=gV Aqui temos a força impulsora do íon. Quanto maior essa diferença maior é a força impulsora! Movimento de líquido de íon gera uma corrente iônica O Número de canais para o íon abertos é proporcional a condutância elétrica deste íon = g

56 Na+ 145mM Potencial de Repouso 2 K+ 3 Na+
G [Na+] Gé Na+ Na+ 10mM Na+ 145mM 3 Na+ 2 K+ ATP ADP Potencial de equilíbrio do Na+

57 Potencial de Repouso Potencial de equilíbrio do Na+ Equação de Nerst
Apesar da baixa permeabilidade no repouso, o Na+ contribui para tornar o Vm mais positivo do que o E K+ = -75mV ENa+= 55 mV Vm neurônio= -75mV

58 Cl- 120mM Potencial de Repouso
Gé Cl- O Cl- está em equilíbrio eletroquímico e conserva a relação de concentrações independentemente de processos ativos de transporte G [Cl-] Cl- 5mM Cl- 120mM 3 Na+ 2 K+ ATP ADP Potencial de equilíbrio do Cl-

59 Potencial de Repouso Potencial de equilíbrio do Cl- Equação de Nerst
O ECl- contribui para a negatividade do Vm ECl-= -85mV Vm neurônio= -75mV

60 [K]0 concentração externa
DEPENDÊNCIA DO POTENCIAL DE MEMBRANA À CONCENTRAÇÃO EXTRACELULAR DE POTÁSSIO DESPOLARIZAÇÃO [K]0 concentração externa

61 Não há fluxo líquido do íon K
- 58 mV Não há fluxo líquido do íon K interno externo 10 mM K 1 mM K + - voltímetro - 50 mV efluxo líquido do íon K interno externo 10 mM K 20 mM K + - voltímetro - 20 mV efluxo líquido do íon K interno externo 10 mM K 200 mM K + - voltímetro (despolarização da membrana)

62 POTENCIAL DE REPOUSO - 80 mV - 65 mV POTENCIAL LIMIAR - 40 mV + 40 mV
DEPENDE DIRETAMENTE DAS VARIAÇÕES DE CONCENTRAÇÃO DE ÍONS POTÁSSIO ENTRE OS COMPARTIMENTOS SEPARADOS PELA MEMBRANA CANAIS DE POTÁSSIO “VAZANTES” POTENCIAL DE REPOUSO - 80 mV SEMPRE ELETRONEGATIVO (PRÓXIMO AO POTENCIAL DE EQUILÍBRIO DO POTÁSSIO) - 65 mV POTENCIAL LIMIAR - 40 mV (DESPOLARIZAÇÃO DA MEMBRANA) + 40 mV POTENCIAL DE AÇÃO (DESPOLARIZAÇÃO DA MEMBRANA)