BIOELETRICIDADE NA CÉLULA

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Em todos os potenciais de ação medidos, partindo do potencial de repouso, o potencial se eleva rapidamente a um valor positivo e volta mais lentamente ao potencial de repouso. Em geral o valor máximo atingido é de +30mV. A duração do potencial de ação, por outro lado, difere bastante de célula para célula, pois nas células nervosas essa duração é de aproximadamente 1ms, enquanto que nas células musculares cardíacas ela é maior que 200ms, sendo que toda essa velocidade é possível por causa da presença da bainha de mielina no neurônio.

Quando a célula se encontra neste equilíbrio diz-se que está em repouso. As informações neurais são transmitidas por meio de potenciais de ação, que são variações rápidas do potencial da membrana, o qual ocorre em três fases:

- Repouso: membrana polarizada (mais negativa internamente e mais positiva externamente) A diferença de potencial entre o interior e o exterior da membrana é de -90mV.

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Figura 4: representação da membrana celular em repouso ou polarizada.

- Despolarização: Aumento da permeabilidade da membrana ao íon sódio através da abertura dos canais de sódio voltagem dependente e o influxo de sódio para dentro da célula. A membrana torna-se extremamente permeável ao íon sódio e ocorre o influxo deste para dentro da célula. Com esse influxo de sódio, muda o valor do potencial de membrana. O interior deste que estava em -90mV no repouso começa a ficar menos negativo. Quando esse potencial atinge valores de -70mV a -50mV os canais de voltagem dependentes de sódio e potássio são ativados. Esses canais ativados abrem-se abruptamente para a entrada de sódio. Ocorre uma enxurrada de sódio que se soma à entrada pelo aumento da permeabilidade. Enquanto isso, a bomba de sódio e potássio continua sua ação. Com o aumento do influxo de sódio para o interior da célula, ocorre uma inversão do potencial de ação e a membrana torna-se mais positiva no interior e negativa no exterior.

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Figura 5: esquema da despolarização da membrana celular.

- Repolarização: diminuição da permeabilidade da membrana ao íon sódio e aumento da permeabilidade ao íon potássio, isso ocorre, pois os canais de sódio voltagem dependentes começam a fechar e os canais de potássio voltagem dependentes começam a abrir, com o consequente efluxo de potássio. Dentro de poucos décimos de milésimos de segundo após o influxo de íon sódio, os canais se sódio voltagem dependentes fecham-se abruptamente e para a entrada de sódio. Entretanto, os canais de potássio voltagem dependentes, por serem mais lentos que os de sódio, continuam abertos jogando potássio para fora da célula. Esta ação (canal de potássio tirando carga positiva de dentro da célula) associada a da bomba de sódio (retira esse íon de dentro da célula) contribui para que o potencial de membrana retorne ao seu estado de equilíbrio.

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Figura 6: esquema da repolarização da membrana celular.

Muitas plantas também exibem potenciais de ação. Eles viajam por meio de seu floema para coordenar atividades. A principal diferença entre os potenciais de ação de animais e vegetais são os íons. As plantas utilizam primariamente íons de potássio e cálcio, enquanto animais utilizam mais íons de potássio e sódio.

Uma voltagem elétrica, ou diferença de potencial, sempre existe entre o interior e o exterior de uma célula. Esse fato é causado por uma distribuição de íons desigual entre os dois lados da membrana e da permeabilidade da membrana a esses íons. A voltagem de uma célula inativa permanece em um valor negativo - considerando o interior da célula em relação ao exterior - e varia muito pouco.

Um potencial de ação é uma alteração rápida na polaridade da voltagem, de negativa para positiva e de volta para negativa. Esse ciclo completo dura poucos milissegundos.

O potencial de ação não permanece em um local da célula, ele percorre a membrana (propagação). Ele pode percorrer longas distâncias no axônio, por exemplo, para transmitir sinais da medula espinhal para os músculos do pé. Em grandes animais, como as girafas e baleias, a distancia percorrida pode ser de vários metros. Tanto a velocidade quanto a complexidade do potencial de ação variam entre diferentes tipos de células. Entretanto, a amplitude das alterações de voltagem tende a ser rigorosamente a mesma.

Potenciais de ação são disparados quando uma despolarização inicial atinge o potencial limiar excitatório. Esse potencial limiar varia, e ocorre quando a entrada de íons de sódio na célula excede a saída de íons de potássio. O influxo líquido de cargas positivas devido aos íons de sódio causa a despolarização da membrana, levando à abertura de mais canais de sódio dependentes de voltagem. Por esses canais passa uma grande corrente de entrada de sódio, que causa maior despolarização, criando um ciclo de realimentação positiva (feedback positivo) que leva o potencial de membrana a um nível bastante despolarizado.

O potencial limiar pode ser alcançado ao alterar-se o balanço entre as correntes de sódio e potássio. Por exemplo, se alguns canais de sódio estão em um estado inativado, então um dado nível de despolarização ira ocasionar a abertura de um menor número de canais de sódio (os que não estão inativados) e uma maior despolarização será necessária para iniciar um potencial de ação.

O potencial limiar excitatório é comumente confundido com o “limiar” para a abertura dos canais de sódio. Esse conceito está incorreto, pois os canais de sódio não possuem um limiar de abertura. Pelo contrário, eles se abrem em resposta à despolarização de uma maneira aleatória. A ocorrência de despolarização não só abre o canal, mas também aumenta a probabilidade dele ser aberto. Até mesmo em potenciais hiperpolarizados, um canal de sódio se abrirá ocasionalmente. Além disso, o potencial limiar excitatório não é a voltagem na qual a corrente de sódio se torna significante, é a voltagem na qual a corrente de sódio ultrapassa a de potássio.

A propagação do potencial de ação pode ser de três maneiras: contínua; saltatória ou mista. Nos axônios, o potencial de ação se propaga de modo misto alternando entre duas fases: uma passiva e outra ativa.

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Figura 7: esquema mostrando como acontece