[Biofísica/Fisiologia] Bioeletricidade

Olá pessoal tudo bem meu nome é João Paulo mauler e esse é o Med [Música] canal bom como eu falei no primeiro vídeo eu tô no segundo período de medicina e esse período aqui na Universidade Federal de vi de Fora a gente estuda basicamente o funcionamento do sistema nervoso a gente estuda neuroanatomia neurofisiologia olia e outras disciplinas onde o foco é a anatomia e a fisiologia do sistema nervoso das suas células das suas estruturas porém o assunto que eu trouxe hoje ele não é um assunto que eu estou estudando agora no segundo período embora Eu

até tenha feito uma revisão dele agora em fisiologia na verdade esse assunto me foi apresentado no primeiro período na disciplina de biofísica esse assunto é a bioeletricidade Apesar dele não estar sendo eh ensinado agora no segundo período ele é um assunto de extrema importância para entender o funcionamento do sistema nervoso isso porque todas as células do sistema nervoso elas funcionam a partir de sinapses a partir de comunicação entre os neurônios e para entender o funcionamento do sistema nervoso a gente tem que entender o funcionamento desse desse mecanismo ismo de transmissão elétrica e esse mecanismo de

transmissão elétrica nada mais é do que um mecanismo de variações de potencial de membrana de variações de carga elétrica entre o interior e o exterior da membrana esse assunto é a bioeletricidade antes da gente falar sobre a bioeletricidade propriamente dita eu acho que é legal a gente dar uma revisada na estrutura das membranas celulares isso porque pra gente entender o potencial de membrana o potencial de repouso potencial de ação é fundamental a gente conhecer e a estrutura e as características das membranas e você deve se lembrar lá das suas aulas do ensino médio do cursinho

ou mesmo da faculdade que as membranas celulares são formadas por uma bicamada fosfolipídica né Ela é formada por fosfolipídeos de membrana que formma uma barreira seletiva e essa é a principal função da membrana plasmática servir como uma barreira seletiva que impede que qualquer molécula flua livremente de um lado para o outro da membrana se você ter uma olhada nessa figura você vai ver aqui que a membrana plasmática além dessa bicamada fosfolipídica ela tem proteínas na sua constituição ela tem proteínas que atravessam a membrana como um todo ela tem proteínas que ficam ancoradas apenas em uma

das faces da membrana e ela tem proteínas também que vão funcionar como canais que vão permitir a passagem de solutos de um lado pro outro aí sim esses solutos já vão poder passar com um pouquinho mais de liberdade porque você deve lembrar que a membrana plasmática sem as suas proteínas de membrana ela permitiria a passagem apenas de pequenas moléculas e moléculas sem carga moléculas apolares íons e moléculas maiores elas não conseguem atravessar livremente a membrana plasmática Você lembra Quais são as formas de transporte que existem através da membrana plasmática de forma a fazer com que

as moléculas entrem ou saiam das células dá uma olhada aqui bom a primeira forma de transporte a mais simples seria a difusão simples é aquela que eu falei com vocês de pequenas moléculas e moléculas sem carga que atravessam livremente a membrana plasmática mas aí há uma outra condição para que esse transporte ocorra essas moléculas elas devem estar a favor do seu gradiente de concentração ou seja esse transporte deve ser passivo sem gasto de energia isso porque as moléculas elas só atravessam livremente de um meio Onde elas estão mais concentradas para outro meio Onde elas estão

menos concentradas isso reflete aquele princípio de que na natureza tudo busca o equilíbrio e é isso que as moléculas buscam elas buscam igualar sua concentração nos dois meios quando existe uma maneira delas passarem de um meio para o outro então a difusão simples você tem que lembrar só acontece se a molécula estiver a favor do seu gradiente de concentração ainda a favor do gradiente de concentração uma molécula pode atravessar a membrana utilizando aquelas proteínas que eu falei e elas podem fazer isso de algumas formas essas proteínas podem formar canais esses canais são buracos falando grosseiramente

que permitem a passagem de moléculas mas esses canais eles também têm algumas especificidades por exemplo um canal de membrana só permite a passagem de um determinado soluto por ela isso quer dizer que cada canal cada tipo de canal é específico para um tipo de soluto é por isso que a gente sempre ouve falar que existem canais de sódio canais de potássio canais de cálcio canais de magnésio enfim Existem os mais variados canais que permitem a passagem daqueles determinados íons através deles isso quer dizer que um canal de potássio não permite a passagem de sódio que

um canal de cloro não permite a passagem de potássio Além disso É bom lembrar que os canais funcionam sempre com transporte passivo ou seja a favor do gradiente de concentração não existe transporte ativo através de canais de membrana o transporte ativo vai existir sim através de proteínas transportadoras essas proteínas vão pegar o soluto de um lado da membrana e levar pro outro mas aí gastando energia porque isso tá indo contra o movimento natural da molécula aí de onde el está mais concentrada para onde ela está menos concentrada os inhos só atravessam a membrana se ela

tiver canais específicos que permitam a passagem daqueles zinos e esses canais eles funcionam como portões que podem estar abertos ou fechados de acordo com condições que determinam a sua abertura ou o seu fechamento da mesma forma que cada canal é específico para um determinado ion cada canal também vai ter uma espf cdade No que diz respeito à forma de abertura por exemplo vai existir um canal que vai abrir somente quando ele receber um estímulo mecânico quando ele tiver uma tração alguma coisa desse tipo outro canal só vai se abrir quando um determinado ligante se ligar

a um receptor presente nesse canal é o que acontece por exemplo nas sinapses do sistema nervoso né quando você tem um neurotransmissor que se liga a um receptor na membrana provocando a abertura de um canal a gente vai falar um pouco mais sobre isso daqui a pouco existe ainda canais que se abrem de acordo com a voltagem da célula são os canais dependentes de voltagem esses canais só abrem quando houver uma determinada diferença de potencial elétrico entre o lado externo e o lado interno da membrana fazendo assim com que esse canal se abra eles são

canais específicos então de voltagem e são canais também muito importantes no processo de potencial de membrana como a gente vai ver daqui a pouco você deve se lembrar das suas aulas do ensino médio da famosa bomba de sódio e potássio Como eu disse existem proteínas que funcionam como transportadoras e fazem transporte ativo com gasto de energia portanto contra o gradiente de concentração a bomba de sódio e potássio Talvez seja o mais famoso desse mecanismo de transporte ativo ele está presente em grande maor das células e e ele é um dos responsáveis pela formação do potencial

de membrana que a gente já começa a falar sobre ele agora a bomba de sódio e potássio o que ela faz é basicamente ficar o tempo todo fazendo trocas ela vai pegando o potássio jogando para dentro da célula ela vai pegando o sódio jogando para fora da célula e ela faz isso na proporção de dois potássios para dentro para cada três sódios para fora e a gente começa a entender Por que que existe uma diferença de potencial elétrico entre os dois lados da membrana Afinal a bomba de sódio potássio ela tá jogando dois ions positivos

para dentro enquanto ela joga três ions positivos para fora não é difícil de entender que o interior da célula acaba ficando mais negativo do que o exterior Porém esse não é o único mecanismo que faz com que o interior da célula seja negativo em relação ao exterior você deve Lembrar que no interior da célula existem inúmeras proteínas e outras moléculas grandes como o DNA por exemplo e grande maioria dessas moléculas possuem carga negativa várias proteínas têm aminoácidos negativos na sua constituição o próprio DNA com suas bases nitrogenadas tem cargas negativas associadas a ele e como

são moléculas muito grandes elas não conseguem sair da célula elas ficam confinadas lá dentro e elas tem mesmo que fica lá dentro porque é lá que elas cumprem suas funções Porém esse monte de moléculas negativas dentro da célula contribui ainda mais para que o interior da célula seja negativo em relação ao exterior mas o principal fator que faz com que o interior da célula seja negativo em relação ao exterior ou seja o principal fator que gera um potencial de membrana nas células vivas é o fato das células serem muito mais mais permeáveis ao potássio do

que aos outros os o que que isso quer dizer isso quer dizer que de uma maneira geral nas células vivas existem canais de potássio que se encontram continuamente abertos é o que você pode ver ali na figura existem canais de potássio que estão permitindo a passagem do potássio para dentro e para fora o tempo todo de maneira livre sem nenhum impedimento Mas por que que o potássio é tão importante então paraa geração desse potencial de membrana vamos imaginar uma situação hipotética em que em um determinado momento essa célula encontra-se com todos os seus canais fechados

e com uma carga neutra ou seja tudo que tem de positivo e de negativo dentro se iguala tudo que tem de positivo de negativo fora se iguala ou seja não existe diferença de potencial entre os dois lados da célula porém num determinado momento a gente abre os canais de potássio e E aí a gente imagina que aquela bomba de sódio potássio estava atuando Portanto o potássio estava mais concentrado dentro da célula ora naturalmente tentando buscar um equilíbrio o potássio começa a sair da célula seguindo o seu gradiente de concentração no momento que o potássio começa

a sair da célula você há de concordar que o interior da célula começa a ficar negativo Ora se eu tinha o mesmo quantidade de cargas positivas e negativas dentro da da célula e de repente eu começo a tirar cargas positivas dali de dentro as cargas negativas ficam em maior quantidade causando um desequilíbrio causando uma carga negativa quando a gente cria essa carga negativa dentro da célula a gente cria também um outro tipo de força Além da Força do gradiente de concentração que é uma força elétrica que busca com que as cargas se igualem então se

o potássio tá saindo a favor do seu Gradiente de concentração começa a existir uma força que tenta impedir o potássio de sair Afinal o potássio é uma carga positiva e o interior da célula está negativo cada vez que um um um átomo de potássio sai da célula essa força elétrica vai ficando maior Afinal a carga negativa dentro da célula também vai ficando maior até que chega um momento em que essa força elétrica ela se iguala a força do gradiente de concentração fazendo que com que o potássio pare de sair da célula ou explicando melhor fazendo

com que cada vez que um potássio saia da célula outro entre né gerando aí um equilíbrio dinâmico nessa situação nesse momento a gente tem o que a gente chama de potencial de repouso vamos lembrar o que que faz com que exista esse potencial de repouso nas células primeiro fator é a presença de ânions de moléculas negativas que não conseguem sair da célula O Outro fator é a bomba de sódio potássio e finalmente a gente tem a alta permeabilidade da membrana ao potássio Mas por que que esse potencial é importante esse potencial ele funciona como uma

forma de energia que a célula tem né se você tem uma diferença de cargas entre os dois lados da célula e uma diferença de concentração você há de concordar que em um determinado momento eu posso fazer com que essa condição se altere de forma a realizar um trabalho que seja útil para mim e esse trabalho útil tem um nome é o potencial de ação e o que que é o potencial de ação potencial de ação nada mais é do que uma modificação brusca do valor do potencial de membrana que rapidamente torna ao potencial de R

de repouso então é uma variação muito rápida no potencial de membrana que vai gerar um monte de de resultados na célula para falar sobre o potencial de ação a gente vai então integrar tudo que a gente falou até agora a respeito de abertura e fechamento de canais na verdade o potencial de ação nada mais é do que uma grande dinâmica de abertura e fechamento de canais de entrada e saída de ions que provocam essa modificação no potencial para explicar isso para vocês eu trouxe um gráfico que veio do livro e biofísica essencial do professor Mourão

ele é um professor aqui da Universidade Federal de Juiz de Fora e ele tem esse livro de biofísica que é um livro muito bom é um livro muito didático e esse gráfico veio de lá e ele explica em todos os detalhes o potencial de ação bom vamos imaginar um neurônio um neurônio em comunicação com outro neurônio vocês vão ver e no decorrer do curso de vocês que vão existir e condições que vão provocar a liberação de neurotransmissores numa fenda sináptica uma fenda sináptica nada mais é do que uma superfície de contato entre um neurônio e

outro tá a gente usa o exemplo do neurônio porque é o mais conhecido é o mais simples de entender e ele eh no final das contas representa bem todos os outros tipos de potencial de ação mas a gente tem que lembrar que não só nos neurônios existem transmissão desse potencial de ação um outro exemplo clássico por exemplo seria na junção neuromuscular né que é um neurônio que chega na fibra muscular provocando a contração daquele músculo bom quando esse neurotransmissor quando essa molécula fica presente presente ali na na Fenda sináptica ele vai se ligar a um

receptor de membrana que nada mais é do que um canal de sódio quando ele se liga a esse receptor a esse canal de sódio ele provoca a abertura Desse Canal Ora eu falei para vocês que o sódio está muito concentrado do lado de fora por conta da atuação da bomba de sódio potássio Quando eu abro esse canal de sódio eu vou provocar uma entrada muito rápida de sódio na célula não só porque o sódio tá mais concentrado lá de fora mas também porque a gente tem que lembrar o interior da célula tá negativo Então existe

uma força dupla né atraindo o sódio para dentro e aí quando os canais de sódio se abrem ele entra na célula muito rápido isso tá representado aqui nesse gráfico né que é um gráfico que mostra a variação do do da diferença de potencial na membrana celular nesse esse primeiro nesse primeiro traço Rosa subindo no gráfico você vê ali um canal de sódio aberto permitindo a entrada do sódio na célula e e levando o potencial de membrana a um valor que você nota ali no gráfico é um valor positivo Ora se eu tô saindo de um

valor muito negativo para um valor que chega a zero e até a Positivo eu digo que eu estou despolarizando as célula Ou seja eu tô diminuindo a diferença de polaridade a diferença de potencial elétrico e essa etapa do potencial de ação se chama mesmo despolarização outra característica importante do potencial de ação que a gente pode ver nesse momento é o Limiar de disparo do potencial de ação você já deve ter ouvido falar também e é uma grande verdade sobre potencial de ação que o potencial de ação ele se dá da maneira Tudo ou Nada o

po de ação ou existe ou não existe não existe potencial de ação forte e potencial de ação fraco o potencial de ação é ou não é E por que que isso acontece isso acontece porque somente a abertura desses canais de sódio e dependente de ligante dependente da ligação do neurotransmissor por exemplo ele não seria suficiente para levar a a célula a uma despolarização que causasse a transmissão desse potencial não porém a entrada do sódio vai fazer com que essa célula aja um determinado potencial de 0 MV ou de mais 10+ 20 MV que é o

chamado limar de disparo que faz com que nesse momento a gente tem a abertura de mais canais de sódio dessa vez canais de sódio dependente de voltagem E aí não é difícil de entender que esses canais estariam programados para se abrir quando o potencial de membrana atingisse esses mais 10 + 20 + 30 MV E aí nesse momento é que você tem um influxo abundante de de sódio na célula levando aquele potencial de membrana lá para cima e deflagrando o potencial de ação porém eu falei que uma das características do potencial de ação é que

ele é uma mudança brusca no potencial mas que rapidamente volta ao seu potencial de repouso como que isso acontece quando a gente chega lá no topo desse gráfico do potencial de ação você vai ver que a gente vai ter uma situação inversa os canais de sódio agora vão se fechar e você vai ter abertura de canais de potássio aí você me pergunta mas os canais de potássio já não estavam abertos sim os canais de potássio eles ficam permanentemente abertos mas existem outros canais de potássio além daqueles de repouso que vão se abrir nesse momento permitindo

com que o potássio rapidamente saia da célula fazendo com que ela volte ao seu potencial de repouso e essa saída do potássio ela é tão rápida ela é tão abrupta para fazer com que o potencial volte ao seu valor de repouso que você pode notar aqui no gráfico que esse potencial chega até além daquele que seria o potencial de repouso é por isso que essa fase é chamada de uma fase de hiperpolarização eu esqueci de falar a fase anterior quando os canais de potássio se abrem seria a repolarização Ou seja a célula está voltando a

sua situação de polaridade original de repouso porém Antes de Voltar pro potencial de repouso ela passa por um pequeno período de hiperpolarização quando a saída do potássio faz com que aquele potencial caia além ainda do potencial de repouso Então se o potencial de repouso normalmente fica entre menos e Men 90 MV dependendo do tipo celular ele vai atingir então Men 80 Men 90 Men 100 miv mas rapidamente ele vai atingir o potencial de repouso Porque a gente lembra que a bomba de sódio potássio tá ali atuando e os canais de potássio que estão abertos continuamente

também atuam nesse sentido e aí o potencial de repouso Então volta a existir e é isso que que faz com que a célula tenha Então essas variações de potencial de membrana E essas variações são exploradas infinitamente pelas células para fazer várias ações seja a a transmissão do impulso nervoso como eu já falei seja a contração muscular como eu falei também seja a liberação de hormônios tem muito a ver também com esse mecanismo mas isso aí já é um assunto para outras aulas para outras conversas que aí já já é uma coisa que vai além desse

desse dessa explicação básica que eu queria trazer para vocês hoje que que vai servir como base para muitos estudos vocês podem ter certeza disso Bom como eu falei no primeiro vídeo eu sempre vou trazer as referências que que eu Consultei né para fazer essa explicação para vocês e hoje eu Consultei esses livros aqui ó um deles eu já citei né é o biofísica essencial do professor Mourão o outro seria o neurociências desvendando o sistema nervoso do autor Mark Bear é um livro muito bacana eu tô usando ele na neurofisiologia é um livro muito bom e

o outro seria o biologia molecular da célula do Albert que é o livro de referência para o estudo de biologia celular no ensino superior Com certeza se você fez biologia celular ou citologia na sua faculdade você deve ter tido contato com esse livro bom pessoal é isso aí então eu espero que vocês tenham gostado eu espero que vocês tenham entendido Eu espero que tenha sido proveitosa essa explicação eh sempre lembrando que qualquer dúvida qualquer sugestão qualquer crítica É só usar a caixa de comentários se você gostou desse vídeo dá um joinha aqui embaixo curta o

canal eh se inscreva no canal indique pros seus amigos pros seus colegas e eu conto com você no nosso próximo vídeo grande abraço [Música] [Aplausos]