Sistemas de rgos

1. Sistema tegumentar constitudo pela

pele, forma uma barreira protetora que

separa o meio interno do corpo do meio

externo.

2. Sistema msculo-esqueltico fornece

suporte ao movimento do corpo

Sistemas que trocam materiais entre o meio

interno e externo:

1. Sistema respiratrio troca de gases

2. Sistema gastro-intestinal absorve

nutrientes e gua e elimina resduos

3. Sistema urinrio remove o excesso de

gua e material residual

4. Sistema genital produz ocitos e

espermatozoides.

Os restantes sistemas distribuem-se ao longo do corpo:

1. Sistema circulatrio distribui nutrientes e outros compostos necessrios atravs dos

vasos sanguneos; bombardeamento do sangue

2. Sistema nervoso e endcrino coordena as funes do corpo

3. Sistema imunitrio protege o meio interno contra invasores

UtilizadorTexto digitadoSEBENTA DE FISIOLOGIA

UtilizadorTexto digitadoAlina Maria Ardel, Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa

Conceito de Homeostasia

Homeostasia Equilbrio dinmico meio interno estvel

Os organismos tm de enfrentar a variabilidade externa para manter o seu meio interno

relativamente estvel capacidade designada por homeostasia. Cada tipo de organismo tem os

seus parmetros internos, como a temperatura, pH, concentrao inica, presso osmtica,

presso sangunea, concentrao de glucose, etc., bem definidos e independentemente das

variaes externas que possam ocorrer nestes parmetros, o organismo tende em manter o

seu meio interno estvel, isto , parmetros constantes ou dentro do intervalo de valores

aceitveis. Esta regulo desiganda por regulao homeosttica e a constncia dos valores

depende da capacidade reguladora (detectabilidade resposta). A incapacidade de manter a

homeostase num ou vrios parmetros leva perturbao do funcionamento normal e

posterior condio patologica.

Exemplos que ilustram a homeostasia:

Lquido intersticial ultrafiltrado do sangue que

circunda todas as clulas do organismo, pode ser

comparado a uma soluo tampo pois este

independentemente de variaes externas tende

em manter-se constante. Quando a sua

composio ultrapassa a faixa de valores

normais, so ativados mecanismos

compensatrios, i.e, mecanismos de regulao,

para que o lquido retorne sua homeostasia.

Exemplo particular: quando ingerimos muita

gua, a diluio do lquido intersticial detetado

desencadeando-se um mecanismo que faz com

que os rins removam o excesso de gua (sistema

urinrio). A maior parte das clulas de

organismos multicelulares superiores no

toleram grandes variaes sendo o

funcionamento normal das clulas dependente

da consistncia do lquido extracelular.

A presso osmtica do fludo intersticial o fator

que sofre maior regulao no homem.

A composio inica e proteica do meio

intersticial e do plasma muito semelhante, no

entanto muito diferente do meio intracelular:

abundncia de K+ (catio dominante) invs do

Na+ que est presente em quantidades muito

pequenas relativamente sua grande

abundncia no meio extracelular. Para alm de

ies, o meio intracelular tem uma grande

contribuio do seu contedo proteico e

fosfatos orgnicos para a sua concentrao e

conseguinte osmolaridade e carga global. O

anio por excelncia do meio extracelular o

Cl-, no sendo abundante no interior da clula

devido a efeito de toxicidade deste.

Membranas biolgicas

As membranas biolgicas podem ser subdivididas em membranas plasmticas (delimitam a

clula) e membranas dos organelos (delimitam organelos). As propriedades fsico-qumicas das

membranas celulares so diferentes e esto de acordo com o tipo de processos bioqumicos

que ocorre dentro da rea que delimitam, isto , a compartimentao estrutural define a uma

compartimentao funcional.

Principais funes da membrana plasmtica:

1. Suporte estrutural das clulas (fixao do citoesqueleto)

2. Isolamento fsico - separa o meio intracelular do meio extracelular que circunda as

clulas

3. Isolamento qumico A membrana plasmtica permite manter as diferenas de

concentrao entre o citoplasma e o meio extracelular

4. Barreiras de permeabilidade: a maior parte das molculas que circundam nos sistemas

vivos so solveis em gua hidrossolveis/hidrfilas e insolveis ou pouco solveis

em solventes apolares. Assim sendo, estas molculas polares tambm so pouco

solveis no interior da bicamada fosfolipdica que constituem as membranas,

funcionando esta como uma barreira para a maior parte das molculas polares,

permevel a certas substncias e tem a capacidade de realizar passagem seletiva

destas.

Mecanismos de FEEDBACK

Emissor Canal Recetor

Mecanismos que permitem a manuteno da homeostasia interna do organismo

independentemente das oscilaes externas. So processos que se iniciam a nvel de fronteira,

isto , nas interfaces que comunicam diretamente com o meio externo. De modo geral, o

mecanismo de feedback funciona de seguinte forma: deteo, por recetores presentes na

fronteira, de uma perturbao no meio externo (estmulo), traduo e anlise ou integrao

do estmulo, transmisso de um sinal que carrega informao para uma resposta a esse

estmulo e, por fim, reposio da condio alterada a estvel.

O sistema de feedback dividido em 3 partes:

1. Recetor ou Sensor o que deteta variao no meio externo. Funciona de seguinte

maneira: o sistema controlado tem por exemplo um parmetro com um intervalo de

valores de referncia; quando ocorre uma variao exterior nesse parmetro, o recetor

deteta essa variao (diferena entre o valor de referncia e o valor a que o sistema se

encontra no momento da variao) e envia informao do desajuste atravs de sinal para

o centro de controlo/centro de integrao.

2. Centro integrao o sinal proveniente do recetor analisado, isto , entendido e

posteriormente processado: convertido/amplificado a um novo sinal, que carrega a

informao acerca do local de atuao e tipo de resposta (que pode contrariar ou

favorecer a perturbao), este sinal transmitido para o efetor.

3. Efetor pode ser um rgo, tecido, clula que alvo ou ponto de chegada do sinal

proveniente do centro de controlo; o efetor interpreta o sinal e age de acordo com as

ordens que este carrega, contrariando ou no a perturbao inicial.

Feedback negativo

Algum estmulo perturba a homeostasia

Aumentando a presso sangunea

Recetores - Barorecetores presentes nas paredes dos vasos sanguneos enviam um input - impulso nervoso- para o crebro

Crebro - centro de controlo, interpreta o sinal e prepara uma resposta enviando-a

para o efetor por meio de impulsos nervosos

Efetor:

Corao baixa a taxa do batimento cardco de modo a reduzir a presso arterial

Homeostasia reposta quando a presso sangunea volta ao normal

Feedback positivo

A contrao da parede uterina , que fora o beb para o cervix, perturba a

homeostasia

Aumentando da cntrao uterina

Recetores - clulas nervosas no crvix enviam um input - impulso nervoso-

para o crebro

Crebro - centro de controlo, interpreta o sinal e prepara uma resposta

enviando-a para o efetor - oxitocina

Efetor:

Msculo que delimita a parede celular contrai ainda mais

A cabea do beb faz contrarir o crvix ainda mais

Homeostasia reposta quando h interrupo do ciclo - nascimento do

beb

Feedback Negativo e Feedback Positivo:

Feedback Negativo leva a uma resposta

que contraria a perturbao (exemplo da

figura anterior); efetor=inversor

Feedback positivo leva a uma resposta

que amplifica a perturbao, isto ,

refora o estmulo; efetor=amplificador

Feedforward- consiste numa antecipao da

variao um dado parmetro; face a um estmulo

o sistema prepara-se para o que vai acontecer.

Exemplo: o cheiro da comida faz salivar, portanto

o corpo prepara-se para a refeio antes de

ingerir a comida; um animal ao ver um predador,

antes de ocorrer a resposta fuga o sistema

comea a preparar-se para efetuar a resposta, por

exemplo, bombardeando mais sangue para a zona muscular.

Caractersticas do Feedback:

1. Contexto espao isolado em que o sistema exerce controlo

2. Ponto operacional valor de referncia para determinado parmetro controlado

3. Sensor/Detetor deteta a diferena face ao ponto operacional

4. Fonte de energia

5. Circuito de ligao vias aferentes e eferentes

6. Interruptor (inverso ou amplificador)

7. Preciso diferena detetada, quando menor maior a preciso do sistema.

Transduo de Sinal. Tipos de Comunicao

Transduo de sinal - a converso do sinal para a informao que este carrega, isto , o sinal

descodificado a uma linguagem entendida pela clula efetora que, por sua vez, mediante a

informao que o sinal carrega, desencadeia uma resposta. A transduo de sinal envolve,

quando a substncia no consegue atravessar a membrana plasmtica o mais comum-, a

ligao de uma substncia reguladora extracelular, tambm designada por molcula

sinalizadora (hormona, neurotransmissor) ao recetor (protena integrada na membrana

celular) da clula alvo, o que vai desencadear uma srie de eventos celulares, como alterao

das atividades de certos enzimas, com o objetivo de produzir uma resposta.

Comunicao = fluxo de informao sinais qumicos/eltricos

Glossrio:

Sinais eltricos mudanas de potencial de membrana da clula

Sinais qumicos molculas secretadas por clulas para a o meio extracelular (este

tipo de sinal responsvel pela maior parte de fluxo de informao no corpo)

Comunicao local clula para clulas vizinhas

Comunicao a longa distncia - parte do corpo para outra

Tipos de comunicao:

1. Endcrina comunicao a longa distncia;

ocorre via hormonas libertadas pelas clulas

endcrinas em resposta a variados estmulos.

As hormonas viajam via corrente sangunea (de

forma livre ou complexadas) que as

transportam at s clulas alvo s quais se

ligam via recetor especfico presente na

membrana celular destas. A resposta atravs

de hormonas mais lenta, no entanto, o seu

efeito mais duradouro.

2. Parcrina tipo de comunicao local; a substncia

parcrina libertada por clulas que no se encontram

imediatamente adjacentes s clulas alvo mas encontram-

se suficientemente perto para que o sinal possa chegar ao

alvo por difuso. Tem-se o exemplo das sinapses qumicas

em que o neurotransmissor libertado para a fenda

sinptica onde vai-se difundir at chegar ao recetor da

clula excitatria vizinha a este tipo de substncia

comum designar tambm por substncia neurcrina. Ou

outro exemplo: histamina que libertada por clulas

adjacentes ao local de leso provocando o vermelho.

3. Autcrina algumas clulas libertam para o fludo

intersticial molculas sinalizadoras que atuam na prpria

clula ou na vizinhana numa clula do mesmo tipo.

Exemplos: fatores de crescimento; alguns terminais de

axnio de certos neurnios libertam substncias

autcrinas que se ligam aos recetores do mesmo

terminal para influenciar a subsequente libertao de

neurotransmissores.

4. Justcrina comunicao clula-clula que

requer contacto fsico entre estas. Como

exemplo tem-se as sinapses eltricas: uma

alterao de potencial de membrana de uma

clula transmitida para a outra adjacente de

forma direta atravs de gap junctions

Gap junctions so estruturas proteicas,

integradas nas membranas celulares das clulas

adjacentes, que contactam formando um canal designado

por canal de conexes que consiste em 2 conexes (cada

conexo uma estrutura hexagonal, isto , formada por 6

subunidades de conexina) adjacentes. Estes canais

permitem a passagem direta de molculas polares com

massa molecular entre 1200 e 1500 e de corrente eltrica,

sendo a nica forma de sinapse eltrica.

Sinapse eltrica ao contrrio da sinapse qumica que unidirecional, a sinapse eltrica

permite a conduo de corrente em ambas as direes, no entanto, pode haver retificao

certas sinapses conduzem mais rapidamente numa direo que noutra. As sinapses eltricas

so particularmente teis na resposta de reflexo onde se d a transmisso rpida, com um

atraso quase nulo, entre clulas ou quando necessria uma resposta sincronizada de um

conjunto de neurnios. Tipo de comunicao sem modulao.

Vias de transduo de sinal

Formas de transduo

1. Alteraes de potencial de membrana

2. Alteraes metablicas

3. Alteraes de atividades da expresso gnica

4. Variao de pontos operacionais

5. Alterao no citoesqueleto associado a movimentos no meio intracelular

Os sinais podem ser:

Hidrossolveis a membrana plasmtica impermevel a este tipo de molculas

(polares) sendo necessrios recetores membranares para que seja possvel a

transduo de sinal. Apenas pequenas molculas e sem carga que conseguem

atravessar a membrana.

Lipossolveis a membrana plasmtica permevel a este tipo de molculas no

sendo necessrio qualquer transportador ou recetor superfcie membranar, no

entanto, estes sinais s tero algum efeito na clula se existir um recetor

citoplasmtico ou nuclear para os receberem. Quanto maior for a solubilidade em

solvente apolar da substncia maior a permeabilidade da membrana a esta.

PROTENAS CINASES E FOSFATASES:

Frequentemente, o passo final da

transduo de sinal a fosforilao por um

cinase de protenas particulares que tm um

papel importante na elucidao de uma

resposta celular (protenas efetoras).

Quando estas protenas efetoras so

fosforiladas a sua atividade pode ser

estimulada ou inibida, ou seja, o estado de

atividade, ativo ou inativo, destas depende

da atividade do cinase que as fosforila ou do

fosfatase que lhes remove o grupo fosfato.

PROTENA G:

Protenas acopladas a recetores;

Trimricas, existindo vrias isofromas e so

constitudas pelas subunidades , e .

Existe em 2 estados: ativo (on) ou inativo (off);

Na forma ativa, a protena G tem uma grande

afinidade GTP enquanto que na forma inativa

est, preferencialmente, ligada (atravs da

subunidade ) a uma molcula de GDP.

Quando ativada, a protena G interage com

protenas efetoras, geralmente enzimas ou

canais inicos, de modo a alterar a sua

atividade.

Tem atividade de GTPase, isto , o GTP ligado

hidrolisado a GDP revertendo-se forma inativa.

Targets mais importantes das protenas G: molculas que conseguem aumentar as

concentraes citoslicas dos 2s mensageiros (ex: cAMP,cGMP,Ca2+, IP3, diacilgliceris) como

por exemplo moduladores de atividade do adenilciclase responsvel pela produo de cAMP

ou do cGMP fosfodiesterase responsvel pela produo de GMP.

Funcionamento mediante um sinal, este liga-se ao recetor membranar que

consequentemente ir alterar a sua forma conformacional o que vai permitir a acessibilidade

protena G que est inativa e, portanto, ligada a GDP. Esta passa a ativa: a molcula de GDP

substituda por outra de GTP que se vai ligar subunidade . Esta subunidade ir dissociar-se

das restantes duas e vai comunicar com o seu target que, tal como anteriormente referido,

so, geralmente, moduladores de atividade de enzimas responsveis pela produo de 2s

mensageiros que, por sua vez so responsveis pela amplificao do sinal que compreende

vrias etapas. As restantes duas subunidades, por sua vez podem, simulataneamente, interagir

com canais inicos, como por exemplo o canal de potssio, alterando a sua atividade.

Transporte de molculas atravs das membranas por difuso

Algumas molculas atravessam a membrana celular por

simplesmente difundir atravs desta passam atravs dos

fosfolpidos que constituem a bicamada fosfolipdica enquanto que

outras necessitam de protenas especficas, presentes na membrana,

que permita a sua passagem atravs desta.

Ex: O2 uma pequena molcula apolar que altamente solvel em

solventes apolares da que facilmente atravessa a membrana por

difuso. A glucose, em contraste, uma molcula muito maior e que,

apesar de no ter carga, pouco solvel nos lpidos da membrana e

da esta entrar para a clula atravs de transportadores.

Sempre que existe um gradiente entre dois lados de uma fronteira (ex: membrana semi-

permevel) este tender, segundo as leis da termodinmica, em dissipar-se. De ponto de vista

fisiolgico, os gradientes mais importantes so:

1. Concentrao

2. Presso osmtica

3. Presso hidroesttica (diferena de nvel)

4. Voltagem

Difuso

1.Deve-se o movimento trmico dos tomos ou molculas (Movimento Browniano)

2.Tem como finalidade a distribuio uniforme dos elementos (equilbrio dinmico)

3. A difuso atravs das membranas celulares tendem em tornar iguais as concentraes

do meio interno e externo.

4. A gua atravessa a membrana por difuso de forma muito mais rpida que o esperado

(100x mais rpido) havendo 2 razes para isso: H2O uma molcula pequena e sem carga

(apesar de polar) e para alm disso existem protenas integradas purinas que formam

canais permitindo a passagem livre de gua atravs da bicamada.

Conceito de fluxo de soluto atravs de uma membrana:

O fluxo, , diretamente proporcional ao gradiente de

concentrao (diferena de concentraes da substncia

em difuso nos dois lados) e inversamente proporcional

espessura da membrana, X.

A espessura da fronteira crtica para o fluxo que passa

atravs dela

Lei da difuso de Fick (ver equao de fluxo)

O coeficiente de difuso D, inversamente proporcional ao

raio da molcula e viscosidade do meio, isto , quanto

maior a molcula e mais viscoso for o meio, mais

dificilmente esta atravessa a fronteira, portanto a passagem

atravs da membrana dificultada (ver equao de Stokes-

Einstein).

A esta equao est associado um sinal negativo que uma

conveno: indica que h dissipao de gradiente

O tempo que leva a difuso diretamente proporcional ao

quadrado da distncia e inversamente proporcional a 2D

(quanto maior for o coeficiente de difuso menor o tempo)

Existe sempre fluxo nos dois sentidos: se forem iguais, significa que se atingiu em

equilbrio dinmico e o fluxo net zero, se forem diferentes, o fluxo net a diferena

entre os dois fluxos.

Osmose

Passagem de gua atravs de uma membrana semi-

permevel (membrana permevel a gua e impermevel a

solutos) de um compartimento de menor concentrao de

solutos para outro de maior concentrao. Se a membrana

fosse permevel a solutos, haveria simultaneamente um

fluxo contrrio de migrao destes para o compartimento

de menor concentrao de soluto.

Potencial qumico da gua decresce com a presena de

solutos; tem-se uma menor quantidade de molculas de

gua num compartimento contendo solutos que num

compartimento igual sem solutos, da que neste ltimo o

potencial qumico da gua maior.

Direo fluxo de H2O sentido menor potencial qumico

Presso osmtica depende do nmero de partculas em

soluo! O grau de ionizao de determinado soluto deve

ser levado em conta

Ex: Para um mesmo volume:

[glucose]=1M

[NaCl]=0,5M

[CaCl2]=0,33M

Estas trs solues tm a mesma presso

osmtica: CaCl2 dissocia-se a Ca+ e 2Cl- (3

partculas em soluo/mol de CaCl2, logo

uma menor concentrao corresponde a

um maior presso osmtica); Glucose no

se dissocia (sendo necessria uma soluo

mais concentrada para atingir a mesma

presso osmtica que CaCl2) e por fim o

NaCl dissocia-se a Na+ e Cl- (2 partculas

em soluo) sendo necessria uma

concentrao maior que a soluo de CaCl2

e menor que a de glucose.

Transporte de molculas atravs da membrana mediado por protenas

Como referido anteriormente: molculas mdias/grandes, neutras, polares e espcies inicas

no conseguem difundir livremente a membrana, seja do meio extracelular para o citoslico

ou o contrrio. Ento, nestes caso, so necessrias protenas intrnsecas na membrana

plasmtica transportadores ou canais especializadas no transporte de cada molcula

particular ou tipo de molcula.

Transportador protena que se liga substncia a ser transportada, seguindo-se uma

alterao conformacional que permite moldar-se molcula de forma a poder

transport-la para o outro lado da membrana.

Canal no altera a sua conformao, no entanto pode estar aberto ou fechado

dependendo isso da posio do gate; quando o canal est aberto, o io pode

atravessar a membrana em ambas as direes.

Canal inico canal especializado no transporte de ies e pode ser de dois tipos:

Voltage gated abre-se, permitindo

a passagem de ies mediante o

potencial transmembranar (a favor do

gradiente eltrico), ver figura ao lado.

Ligand gated abre mediante a

ligao de um ligando que regula o

canal (ex: neurotransmissor,

hormona); ex: acetilcolina,

neurotransmissor, promove abertura

de canal inico mediante a sua ligao

a este.

Propriedades gerais do transporte mediado:

1. O substrato transportado muita mais rapidamente que um substrato com a mesma

massa e solubilidade apolar que atravessa a membrana por difuso simples.

2. A velocidade de transporte segue uma cintica de saturao (hiprbole retangular

idntica de Michaelis-Menten) sendo a velocidade mxima atingida quando

transportador est saturado com o composto. Nota: o transporte por difuso simples

segue uma cintica linear)

3. O transportador tem especificidade qumica absoluta ou no, seja pelo tamanho ou

espcie qumica.

4. Molculas estruturalmente relacionadas podem competir para um mesmo

transportador (anlogo ao que se passa na inibio competitiva enzimtica).

5. O transportador pode ainda ser inibido por molculas no relacionadas com o

substrato. O inibidor ao ligar-se ao transportador diminui a sua afinidade para o

substrato.

6. Para o transporte ativo, pode ocorrer inibio do transporte por inibidores que atuam

no metabolismo de sntese de energia.

Tipos de transporte mediado:

o Transporte facilitado/passivo:

transporte a favor do gradiente qumico ou

eltrico (dependendo do tipo de molculas

que o transportador deixa atravessar);

tende em estabelecer a igualdade de

gradiente atravs da membrana (para que o

fluxo net dos solutos e gua sejam nulos);

no h consumo de energia (ATP);

Exemplo: purinas (canal), os canais inicos

voltage-gated e outros transportadores;

funcionam no sentido da dissipao de

gradiente.

funcionam no sentido da dissipao de

gradientes: os canais inico tendem em dissipar

o gradiente eltrico enquanto que os transportadores trabalham para a dissipao do

gradiente de concentrao.

o Transporte ativo:

transporte contra o gradiente qumico/eltrico;

necessrio o consumo de energia (ATP) por parte da clula.

este transporte pode ser inibido por qualquer composto que interfira com a

capacidade de produo metablica de energia.

Exemplo: transportadores inicos ATPases (como a bomba de sdio e potssio) que

usam a energia obtida por hidrlise do ATP para transportar uma ou mais espcies

inicas.

Transporte ativo pode ser sub-classificado em:

1. Transporte ativo primrio transporte ligado diretamente ao metabolismo celular

(uso direto do ATP para aproveitamento de energia que torna possvel o

transporte).

2. Transporte ativo secundrio o gradiente de concentrao deve ser mantido

entre o meio intra e extracelular, sendo isso conseguido pelo transporte ativo; no

entanto quando o transporte dado a favor do gradiente de concentrao, h

dissipao de energia que, por sua vez, pode produzir trabalho, nomeadamente o

transporte de molculas.

Exemplo: O Na+ liga-se ao transportador

que o transporta a favor do gradiente de

concentrao, isto , do meio extra para

intracelular, o que vai levar dissipao de

energia que aproveitada para transportar

a glucose contra o seu gradiente de

concentrao, para dentro da clula.

Bomba de sdio e potssio (Na+K+ATPase):

Presente nas membranas plasmticas de todas

as clulas;

Transporte ativo primrio (contra o gradiente

de concentrao)

A sua conformao varia entre uma

conformao (E1) em que o local de ligao ao

io est virado para o citosol e tem grande

afinidade para o Na+ e baixa afinidade para o

K+ e uma segunda conformao (E2) na qual o

local de ligao est virado para o meio

extracelular com elevada afinidade para o K+ e

baixa afinidade para o Na+.

Quando o transportador passa de E1 para E2

lana 3Na+ para o meio extracelular quando o contrrio o transportador lana 2 K+ para o

meio intracelular.

Em cada ciclo, hidrolisada uma molcula de ATP

Devido assimetria da concentrao entre o meio intra e extracelular o Na+ tende em difundir

passivamente de volta para o citosol, visto este ter uma baixa concentrao deste io, e o K+

para o meio extracelular, na tentativa de equilibrar as concentraes. No entanto, nas

condies normais da clula, em estado de equilbrio dinmico (definido pelo potencial

eletroqumico da membrana, ver mais adiante), as concentraes de cada um dos ies

mantm-se constante no citosol ao longo do tempo porque a taxa de transporte ativo e da

difuso so iguais em magnitude e direes opostas.

Na+K+Cl- co- transporte:

Muitas clulas, tanto epiteliais como no epiteliais,

contm uma protena transmembranar que media o

transporte simultneo de Na+, K+ e 2Cl- do fludo

extracelular para o citosol. O transporte

eletroneutro (2 cargas positivas e 2 cargas negativas).

uma forma de transporte ativo secundrio em que a

entrada de Na+ segundo o seu gradiente

eletroqumico leva dissipao de energia que

usada simultaneamente para o transporte do K+ e Cl-

contra o gradiente. Geralmente, este co-

transportador est associado regulao do volume

da clula: o influxo destes ies aumenta a presso

osmtica intracelular levando entrada de gua para

dentro da clula de modo a restabelecer o seu volume.

Epitlio. Transporte nas clulas epiteliais.

Funo: O tecido epitelial constitudo por camada de clulas que cobrem as superfcies

expostas dos rgos e o organismo vivo, protegendo o meio interno delimitado do meio

externo sendo, tambm, responsvel por regular a troca de materiais. Cada tipo de epitlio

especializado numa funo: a pele responsvel para manter a gua no organismo e para

proteger o meio interno de invasores como bactrias e outros agentes patolgicos; outros

epitlios so responsveis pela secreo de substncias qumicas no sangue ou para o meio

externo como o caso do suor e da saliva (glndulas sudorparas e salivares) e das hormonas

que so lanadas para a corrente sangunea.

Estrutura:

O epitlio consiste em uma ou mais camadas de

clulas conectadas lado a lado por junes tight

junctions e unidas a uma lmina basal que uma

matriz extracelular que conceta a camada de clulas

epiteliais e as clulas adjacentes.

O epitlio pode ser classificado como permevel a

impermevel dependendo da facilidade com que esta

deixa passar substncias de um lado da camada do

epitlio para o outro.

O epitlio transportador:

As clulas dos epitlios tm uma face da que

est em contacto com o exterior ou lmen

membrana apical - enquanto que a outra

face da membrana est em contacto com o

interior membrana basolateral. Estes

tecidos apesar de poderem ser constitudos

por mais que uma camada, funcionam quase

como se fosse uma s camada, uma s

clula.

A membrana plasmtica estrutural e quimicamente

assimtrica - clulas epiteliais so polarizadas: os lpidos

da membrana apical no so todos iguais da membrana

basal tal como o contedo proteico, nomeadamente,

tipos de transportadores. Esta assimetria estrutural

influencia muito as propriedades funcionais, conferindo,

assim, o efeito de polaridade clula. Isto faz com que

certas substncias sejam transportadas preferencialmente

para fora ou para dentro do sistema, havendo assimetria

de fluxo das mesmas. A assimetria mantida graas aos

complexos de juno. Portanto, os epitlios so barreiras

funcionais especializadas que devido ao transporte

assimtrico, permitem a manuteno da homeostasia.

Existem duas formas de transporte atravs das clulas

epiteliais:

Transporte transtecido a substncia vai da membrana

apical at basolateral migrando no interior da clula

Transporte paracelular realizado atravs das tight

junctions, isto entre as clulas passando a substncia, por

exemplo, do lmen do intestino (mucosa) diretamente para o

fludo intersticial onde esto inseridos os capilares sanguneos

(serosa).

Classificao estrutural dos epitlios

1. Se o epitlio for constitudo por uma s

camada de clulas, este designa-se por

epitlio simples e por ser subdividido

em 3 classes:

Escamoso ou pavimentado

Cubide

Colunar

2. Se o epitlio for constitudo por mais

camadas de clulas, este designa-se por

epitlio estratificado e pode ser

subdividido em 4 classes:

Escamoso

Cuboide

Colunar

Pseudocolunar

Epitlio de transio tipo especial de epitlio que varia a sua morfologia; est presente,

exclusivamente, no sistema urinrio: quando a bexiga est vazia, as clulas do epitlio tm um

aspeto escamoso e quando a bexiga est cheia, passam a apresentar um aspeto cuboide.

Equilbrio inico eletroqumico. Equao de Nernst

No transporte de uma espcie inica tem que se ter em conta no s o gradiente de

concentrao mas tambm o gradiente eltrico. Em contraste, nas espcies neutras apenas se

deve ter em conta o gradiente de concentrao.

Equilbrio inico exemplificaes:

Figura 1: o io X+ est em maior concentrao no

compartimento A do que em B. Se No existir

diferena de potencial eltrico entre os dois

compartimentos, o io tender em difundir de A

para B, ou seja, no sentido da dissipao de

gradiente (local de maior concentrao para o de

menor concentrao). No equilbrio teramos as

concentraes de X+ e quantidade de carga em A e B

iguais.

Figura 2: se o compartimento A for mais negativo que

o B a situao torna-se mais complexa embora X+

tende em difundir de AB a favor do seu gradiente

de concentrao (potencial qumico), este vai ter

tender, tambm, em difundir de BA segundo o

gradiente eltrico criado devido diferena de carga

(potencial eltrico) entre os compartimentos.

A direo net do fluxo de X+ depender, ento, de quando a diferena de potencial qumico

tem maior ou menor efeito que a diferena de potencial eltrico.

Potencial eletroqumico, :

Corresponde ao valor que nos permite comparar as contribuies relativas do gradiente de

concentrao inico (efeito do potencial qumico) e do gradiente eltrico (efeito do potencial

eltrico) para prever a direo do movimento do io.

Diferena de potencial eletroqumico de X+ atravs da membrana:

(X+) = A(X+) - B(X

+) =

A primeira parcela da equao corresponde e a segunda parcela corresponde diferena de

portencial eltrico atravs da membrana.

Primeira parcela da equao: corresponde tendncia dos ies X+ se moverem devido

AB devido diferena de concentrao nestes 2 compartimentos;

A segunda parcela da equao: corresponde tendncia dos ies X+ se moverem de

AB devido diferena de potencial eltrico (gradiente eltrico) entre A e B.

Os ies X+ tendem em mover-se espontaneamente no sentido de potencial eletroqumico

mais baixo.

Equilbrio eletroqumico Equao de Nernst

atingido o equilbrio atravs da membrana

quando =0, ou seja, no h uma net force

no io nem por parte do gradiente de

concentrao nem por parte do gradiente

eltrico.

A equao de Nernst d-nos o valor de um

potencial de equilbrio, mais precisamente, o

potencial de membrana ideal para que se

estabelea o equilbrio eletroqumico.

Na maior parte das experincias em biologia:

O ln convertido escala logartmica: lny=2.303logy

Os potenciais eltricos so expressos em Mv

Para T=29,2C (temperatura absoluta): 2.303RT/F = 60mV

Exemplos do uso da equao de Nernst:

a) A eq. de Nernst d-nos o valor da diferena de potencial

(potencial de membrana) que deve existir para que os

compartimentos que a membrana separa estejam em

equilbrio eletroqumico.

b) Quando os ies no esto em equilbrio eletroqumico, a

eq. de Nernst pode ser utilizada para prever a direo do

movimento do io que vai sempre tender no sentido de

restabelecimento do equilbrio:

Em primeiro lugar temos de ver se HCO3- est em equilbrio eletroqumico:

Equao de Nernst +60mv (significa que o compartimento A, no equilbrio,

60mV positivo relativamente ao B o que significa que a fora do gradiente superou

a fora eltrica)

Como a diferena de potencial fora do equilbrio est a +100mV (de acordo com o

exemplo da figura) significa que o compartimento A tem +40mV que o equilbrio.

Para se atingir esta voltagem de +100mv foi necessria a migrao do HCO3- a

favor do gradiente de concentrao. Para restabelecer os +60mV, necessrio que

o io migre a favor do seu gradiente eltrico, isto para o compartimento com

mais carga positiva (A).

Regulao do volume celular

No citoplasma tem-se outras espcies inicas presentes, como nucletidos e protenas s quais

membrana plasmtica impermevel. Porque no ocorre lise celular, visto a concentrao do

meio intracelular ser superior ao do meio extracelular? A resposta est nas bombas de Na+K+

que bombeia 3Na+ para o meio intracelular ao mesmo tempo que transporta 2K+ para o

citosol. A expulso de 3 moles de Na+ para fora da clula diminui a presso osmtica dentro do

citoplasma ao mesmo tempo que aumenta a mesma no meio extracelular, havendo assim um

balano de fluxo de gua atravs da membrana. Quando a produo de ATP na clula

comprometida ou a bomba inibida por outros fatores, Na+ entra mais rapidamente do que

sai, aumentado a presso osmtico no interior da clula com consequente entrada de gua

lise celular.

Potenciais de repouso de membrana

Na maior parte das clulas, o citoplasma, geralmente, eletricamente negativo relativamente

ao fluido extracelular, ou seja, as clulas mantm uma diferena de potencial eltrico atravs

da membrana plasmtica (potencial de membrana0). A essa diferena de potencial

caracterstica da membrana em repouso dado o nome de potencial de repouso da

membrana e tem uma importncia relevante nas clulas excitatrias nervosas e clulas

musculares.

As clulas de concentrao:

Seguindo o exemplo da figura:

Inicialmente no h diferena de potencial

eltrico atravs da membrana.

Como a concentrao de K+ em A maior que em

B, ento K+ vai difundir de AB.

Como resultado ir ser transferida carga positiva

para o compartimento B e o compartimento A ir

ficar com um pequeno excesso de carga negativa

oferecida pelo Cl-.

A fica eletricamente negativo relativamente a B

Quando mais K+ se deslocar de AB, maior ser a fora eltrica que se ope a esse

movimento conduzindo pelo gradiente de concentrao. O equilbrio atingido quando a fora

eltrica equivale fora da concentrao. O valor do equilbrio corresponde diferena de

potencial atravs da membrana que, por sua vez, corresponde ao potencial de repouso da

membrana.

Em maior parte das clulas, alguns ies no esto em equilbrio qumico entre o citosol e o

meio extracelular.

Quando um certo nmero de ies so distribudos atravs da membrana, e todos so

removidos (afastados) do seu equilbrio eletroqumico, cada io tender em forar o

potencial de membrana para o seu prprio potencial de equilbrio (valor obtido pela

equao de Nernst). Quanto mais permevel for a membrana a dado io, maior ser a

sua vantagem sobre os outros ies, isto : maior a capacidade dele em trazer o

potencial de membrana para o seu potencial de equilbrio.

Exemplo: no msculo de r, o Na+ tende em trazer o potencial de membrana (-90mV)

para +59mV que o seu potencial de equilbrio (valor obtido pela equao de Nernst);

o K+ tende em puxar o potencial de membrana para -101mV e Cl- para -99mV. Como

iremos ver adiante, quanto maior a permeabilidade (condutncia) da membrana a

dado io, mais prximo o valor do potencial de membrana ao valor do potencial de

equilbrio desse io, o contrrio vlido.

Equao de Goldman e Equao de Chord (exemplo: ies K+,Cl- e Na+)

Pela equao de Nernst, obtm-se o potencial de equilbrio para cada io individualmente, ou

seja, permite o estudar apenas um io. No entanto esta equao no permite prever qual o

potencial real da membrana, isto , o potencial tendo em conta os diversos ies que esta

delimita. Tem de se ter em conta o fator permeabilidade, visto as membranas biolgicas no

serem permeveis de igual modo para todos os ies. A equao de Goldman leva em conta a

permeabilidade das membranas para casa um dos ies em anlise.

Equao de Goldman:

Em potencial de repouso da membrana

Px permeabilidade da membrana ao io X

Equao de Chord:

Outra forma de olhar para a equao de Goldman.

Quanto mais permevel a membrana a um dado io, maior a condutncia, g, da

membrana para esse io, logo P g.

No equilbrio:

A equao de Chord indica que quanto maior for a condutncia da membrana para um

io particular, isto , quanto mais permevel for a membrana a esse io, maior a

capacidade deste em tornar o potencial de membrana mais prximo do seu potencial

de equilbrio.

Obteno da expresso da equao de Chord:

1. Quando o potencial de membrana = potencial eletroqumico do io X: Em=Ex, no h

fluxo net de ies atravs da membrana.

2. Quando o potencial de membrana potencial eletroqumico do io X: EmEx,

Em-Ex= diferena de potencial que representa o driving force do io.

3. Como os ies transportam carga, a migrao inica equivalente corrente eltrica:

Tcnica de Corrente de Curto-Circuito (SCC)

Estudo do transporte ativo atravs dos epitlios;

Pele de r preparao prottipo no estudo do transporte inico transtecido em

muitos tecidos epiteliais e glandulares;

A pele de r desempenha um papel fundamental na manuteno da homeostasia

interna (funo comum a todos os epitlios);

As bombas de ies, nomeadamente Na+,K+ATPase, so muito importantes na

manuteno de um gradiente inico atravs das membranas biolgicas, pois

contrariam a dissipao permitindo ao todo uma dinmica constante de movimento

inico entre os meios intra e extracelulares. Como j vimos, as bombas de Na+K+ so

vitais na manuteno do volume celular;

Aspetos tericos:

A pele de r isolada mantm uma diferena de potencial entre o

lado externo (lado da mucosa, exterior) e o lado interno (lado

da serosa, sangue), de cerca de 100mv positivo no lado da

serosa relativamente ao lado da mucosa.

Estudos demostraram que a manuteno do gradiente inico

deve-se ao transporte ativo de sdio propondo-se que o

aumento de potencial no lado da serosa (os tais +100mv) se

deva a uma assimetria do transporte de Na+:

a membrana apical do epitlio permevel ao Na+

havendo entrada passiva, a favor do gradiente de

concentrao, de fora para dentro da clula;

a membrana basolateral do epitlio, em contraste,

muito pouco permevel ao Na+, ou seja, a passagem

deste para o sangue (mais concentrado em Na+) ocorre

de forma ativa.

Transporte transtecido de Na+ envolve duas fases:

1. Passagem de Na+ do meio exterior para o meio intracelular de forma passiva, isto , a

favor do gradiente de concentrao, atravs de canais seletivos (altamente especficos

para o Na+) como Nac existentes na membrana apical.

2. Sada de Na+, de forma ativa, isto , contra o gradiente de concentrao, do meio

citoslico para o lado da serosa atravs de bombas Na+K+ existentes na membrana

basolateral (sensvel a oubana- inibidor).

O K+ que entrou por transporte ativo volta a sair do meio intracelular para a serosa de forma

passiva, ou seja: a membrana basolateral pouco permevel ao io Na+ e muito permevel ao

io K+. Estudos verificaram que um grande aumento de concentrao de K+ no lado da mucosa

no iria influenciar o potencial de membrana, ou seja a membrana apical pouco permevel

aos ies K+.

Da surge que:

- membrana apical eltrodo de sdio (condutncia de Na+ francamente dominante)

- membrana basolateral eltrodo de potssio (condutncia de Na+ francamente dominante)

O transporte de Cl- ocorre a favor do seu potencial eletroqumico da surge a ideia de que o

gradiente de Cl- atravs da membrana epitelial mantido e s possvel devido bomba de

Na+K+.

A corrente de curto-circuito:

o Quando o epitlio de r separa dois compartimentos contendo exatamente a mesma

soluo (sol. Ringer) com concentraes de Na+, K+ e Cl- idnticas e igual volume (de

forma a eliminar a presso hidrulica) previsvel que se crie uma diferena de

potencial entre a mucosa e a serosa.

o Quando a diferena de potencial acertada a zero (ddp=0) aplicando uma corrente

externa controlada, anulado o gradiente que se est a formar devido passagem de

ies de forma passiva (net flux=0) e a corrente criada pela pele de r corresponde

exatamente ao transporte ativo de Na+ = net flux do Na+.

o O transporte de Na+ do meio intracelular das clulas epiteliais para o meio extracelular

claramente ativo visto o influxo de Na+ da mucosa ser de 20 a 100x maior que o efluxo

para a serosa, ou seja, a membrana basolateral controla rigorosamente, por transporte

ativo, a passagem de ies do citosol para o sangue.

Montagem do circuito:

Pilha = bomba de Na+K+ com o polo positivo para o lado

da mucosa e o negativo para o lado serosa

Voltmetro colocado entre a mucosa e a serosa; mede a

diferena de potencial entre as duas hemicmeras;

mantido sempre a zero enquanto que se est a medir a

corrente no ampermetro.

A = ampermetro - regista a corrente ( frente do

ampermetro est a resistncia que por ser controlada

manualmente)

Interruptor aberto ampermetro regista valor zero para a corrente

Interruptor fechado ampermetro regista uma valor 0 para a corrente; por cada Na+ que

passa para o lado da serosa, um io de Cl- cede o seu eletro para o eltrodo correspondente;

os eletres que passam no circuito equivalem ao nmero de Na+ que passaram para o lado da

serosa.

Os epitlios de absoro para transportarem gua de fora para o meio interno aumentam o

influxo de Na+ e Cl- para que a presso osmtica intracelular aumente tendo como

consequncia a entrada de gua.

Relao eletrlito no eletrlito. Transporte ativo secundrio de glucose

Aspetos da experincia de Schulz e Zalusky:

Descoberta da bomba de Na+-Glucose

que permite entrada de glucose

contra o seu gradiente de

concentrao para o meio

intracelular, por transporte ativo

secundrio;

Uso de clulas epiteliais do intestino

de coelho (epitlio de absoro);

Fato: diferena de potencial entre a

mucosa (negativo) e serosa (positivo);

A glucose leva estimulao da

corrente de curto-circuito aps adio de 10Mm de glucose em ambas as hemicmeras;

Idade da preparao fator importante na estimulao da corrente;

Na ausncia de Na+ no se deteta corrente o que levou a deduzir que o transporte de

glucose est diretamente ligado ao transporte de Na+;

Quanto maior a concentrao de glucose maior a corrente, no entanto h um ponto de

saturao em que o aumento de concentrao no

produz efeito.

Estes dados no chegaram para acoplar o transporte de

Na+ ao transporte de glucose porque como a glucose

fonte principal de ATP e a hidrlise do ATP essencial

no funcionamento do Na+K+ATPase seria de esperar que

um aumento de glucose no meio intracelular

estimulasse a bomba para um transporte ativo mais

rpido. A questo : o aumento de corrente deve-se ao

fato de a glucose ser fonte de ATP ou se o fato da

glucose ser transportada simultaneamente com Na+

(reparar que: o Na+ ao ir a favor do seu gradiente de

concentrao, fornece energia para que a glucose seja transportada contra o gradiente de

concentrao. No entanto necessrio repor o nvel normal de Na+ intracelular e isso s

possvel atravs da bomba de Na+K+ que bombeia Na+ para o meio extracelular; assim o

simporte de Na+ e glucose estimula a bomba de sdio e potssio).

Para analisar a questo: adicionou-se, em vez de glucose uma ose estruturalmente

semelhante a esta, aldose (3-O-metil glucose), no metabolizvel. Observou-se que havia

estmulo de corrente na presena deste composto o que indica que a sua presena

aumentava a atividade da bomba de Na+K+ o que s seria possvel se o transporte da aldose

fosse acoplado ao transporte de Na+.

O aumento da concentrao de Na+ leva ao estmulo do uptake de glucose que linear,

com um delive 1, o que indica que a estequiometria da bomba de glucose de

1Na+:1glucose.

Sistema Nervoso. Clulas constituintes

O sistema nervoso o principal responsvel pela manuteno da homeostasia interna dos

organismos vivos. Contrirui uma rede que permite a comunicao de forma apropriada entre o

organismo e o meio que o circunda, seja ele externo ou interno. A nvel celular, constitudo

por um complexo agregado de clulas, uma parte delas responsveis pela rede de

comunicao, criando numerosos circuitos neuronais, enquanto que a outra forma uma matriz

de suporte.

Breve introduo do sistema nervoso, um sistema de feedback autntico

Sistema nervoso perifrico (SNP) Sistema nervoso central (SNC)

1. Componente sensorial:

Constituda pelas clulas nervosas sensorias que

funcionam como recetores, responsveis por

detetar estimulos provenienetes do meio

ambiente;

Filtros de transduo/ informao;

Perifricos ou viscerais;

2. Componente integrativa:

Responsvel pelo processamento da informao

sensorial, isto interpretao da informao

obtida a partir do recetor e envio de sinal com

codificao de uma resposta ao estmulo;

Encfalo e medula espinal

3. Componente motora:

Corresponde ao efetor;

Responsvel por pr em prtica a resposta:

gerao de movimento e/ou secreo glandular.

A deciso funo do SNC

O sistema nervoso central constitui a parte integrativa do sistema nervoso. Recebe sinais a

partir da zona perifrica, nomeadamente a partir das clulas sensoriais perifricas e viscerais,

integradas no SNP. A este sentido de fluxo de informao d-se o nome de via aferente, de

fora para dentro. Aps processamento do sinal aferente, o SNC cria um sinal feedback, ou seja,

toma uma deciso, enviando-a, de seguida, para o SNP via de resposta uma via eferente.

Dependendo do tipo de resposta a executar o SNP, subdividido numa parte somtica

responsvel pelo movimento controlado/voluntrio (efetor= msculo esqueltico) - outra

autnoma dividido em simptico, parassimptico e entrico, responsvel por processos vitais

do organismo (efetores= msculo liso, cardaco e glndulas). Tudo o que sensorial entra pela

espinal medula e tudo o que motor entra pela raiz ventral.

Clulas do Sistema Nervoso

Neurnios:

1. Estrutura: corpo celular envolto de

dendrites (salincias) de comprimento

varivel e axnio (prolongamento do corpo

celular, pode ser revestido ou no por

bainha de mielina uma clula de Schwann

que cobre o axnio com mais de 100

camadas de membrana plasmtica).

2. Outras estruturas: grande diversidade

morfolgica alguns tipos de neurnios

no tm axnios, o agrupamento de uma

quantidade relevante de corpos celulares

constituem os ncleos (SNC) ou gnglios

(SNC e SNP); os axnios podem dispor-se

camadas sendo dominados por tracts (SNC)

ou nervos (SNP)

3. Funo: processamento (SNC) e conduo

de informao (SNP). De modo geral, os

neurnios so responsveis pela

comunicao que consiste em circuitos

neuronais formados por neurnios

sinapticamente conectados transmisso

sinptica por intermdio de potenciais de

aco (mais adiante) entre a clula pr e ps

sinptica.

A conduo de uma resposta para o efetor correto depende do tipo de estmulo e do local

estimulado.

Clulas da glia:

cerca de 10x mais abundantes que os neurnios;

capacidade de diviso celular;

do suporte fsico aos neurnios e bioqumico em processos de transmisso nervosa

No SNC dividem-se em 3 tipos de clulas:

1. Astrcitos clulas bastante ramificadas, constituem cerca de metade do encfalo;

assumem vrios papeis: podem realizar sinapses, fornecer substratos aos neurnios

para produo de ATP (isto porque os aristrcitos constituem uma barreira hemato-

enceflica, uma espcie de isoladores dos vasos sanguneos cerebrais o que permite

controlar trocas de substncias e captao de nutrientes), ajudam a manter a

homeostasia do lquido extracelular do SNC.

2. Oligodendrcitos sustento estrutural e isolamento dos axnio enrolando-se volta

deste e formando a mielina que est envolvida na acelerao da transmisso nervosa;

a diferena destas clulas para as clulas de Schwann que os oligodendrcitos

formam mielina volta de vrios axnios enquanto que as ltimas apenas se dedicam

a um nico axnio.

3. Microglia espcie de clulas imunitrias especializadas, responsveis pela remoo

de clulas danificadas e invasores; clulas fagocticas.

Produo e Conduo de Potenciais de Ao

O potencial de ao uma alterao rpida no potencial

de membrana seguida pela reposio do potencial de

repouso da membrana.

A extenso e forma dos potenciais de ao variam

consideravelmente de um tecido para outro.

Caractersticas:

propagado com a mesma forma e extenso ao

longo do comprimento das clulas nervosas e

musculares;

responsvel pelo transporte de sinal (impulso

nervoso) atravs das clulas nervosas percorre

os tais circuitos-neuronais;

nas clulas musculares, o potencial de ao

permite a contrao simultnea de todo o

comprimento da clula;

os canais inicos voltage-gated presentes nas

membranas plasmticas das clulas excitatrias

so os responsveis pela gerao e conduo de

potenciais de ao;

por conveno, o potencial de membrana= (Ein)-

(Eout);

para produzir um potencial de ao necessrio

que o estmulo seja igual ou superior a um limiar

Respostas Locais

Impulsos de corrente:

1. Despolarizante a diferena de potencial

da membrana diminui. (ex: passa de -90mV a

-70mV ou a valores positivos)

2. Hiperpolarizante a diferena de potencial

aumenta, ou seja, h uma maior polarizao

da membrana (ex: passa de -90mV a -

100mv)

O tipo de impulso depende da direo da corrente

inica, isto , do sentido do movimento (meio intra

ou extracelular e vice-versa), atravs da

membrana, dos ies envolvidos.

Quanto mais intenso ou maior for o impulso,

maior ser a diferena de potencial causada na

membrana, ou seja, mais afastado estar o

potencial de membrana relativamente ao seu

valor de equilbrio.

Para que ocorra o potencial de ao

necessrio:

Que o impulso despolarizante tenha um

valor igual ou superior a um limiar

correspondente ao valor treshold, abaixo

do qual o impulso designado por

subthreshold, que insuficiente para que

se d o disparo do

potencial de

ao.

O que acontece se o impulso for subthereshold?

Resposta local quando se d um impulso abaixo do

valor limiar, isso vai levar depolarizao da membrana

(embora insuficiente para que o potencial de ao dispare)

que se vai propagar na regio de membrana adjacente,

despolarizando-a.

A extenso (altura) da diferena de potencial depende

da distncia percorrida pelo impulso relativamente ao local

inicial, ou seja: se tivermos um eltrodo de registo, medida que este se distancia

relativamente ao eltrodo que passa corrente, observa-se uma diminuio sequente

da diferena de potencial de ao da membrana.

Ao contrrio do que acontece com o potencial de ao, o

impulso conduzido com decremento, isto , s se deteta

corrente perto do local de impulso inicial, e a diferena de

potencial vai diminuindo de intensidade medida que

percorre a membrana.

Figura ( direita) foram introduzidas duas correntes

despolarizantes, uma de intensidade subthreshold e outra

igual ou superior ao threshold; no eltrodo de registo V1,

que est localizado muito prximo ao local de estmulo,

observa-se a passagem de duas correntes: uma de maior

intensidade (disparo) correspondente ao potencial de ao

e outra de muito menor intensidade correspondente a uma

resposta local; observa-se, tambm, que no eltrodo V2,

localizado a uma distncia razovel do local de estmulo,

apenas detetado o potencial de ao o que significa que a

resposta local foi conduzida com decremento e nesse

ponto extinguiu-se totalmente.

Como determinar a constante de comprimento?

Constante de comprimento:

distncia em que a resposta 1/e da resposta mxima (local de impulso inicial).

Uma clula nervosa ou fibra muscular pode ser comparada a um cabo eltrico: correntes que

atravessam a resistncia da membrana so perdidas do interior do cabo, correntes que migram

longitudinalmente, carregam eletricidade, ao longo deste e esto sujeitas a alguma resistncia por

parte do contedo interno do cabo (se pensarmos no axnio, esta resistncia longitudinal

oferecida pelo citoplasma). Assim pode comparar-se a membrana que isola o cabo membrana

plasmtica da clula nervosa e o interior do cabo ao citoplasma.

Seja:

rm= resistncia da membrana

rin= resistncia do citoplasma

Quanto maior a razo , ou seja,

quanto maior a resistncia da membrana,

mais isoladora e menor a quantidade de

corrente perdida atravs da membrana

plasmtica. Assim sendo, a clula conduz mais

corrente e maior a distncia que esta

percorre sem decremento significativo, logo

maior a eficincia da transmisso de sinal

maior a constante de comprimento.

O potencial de ao difere da resposta local em 2 aspetos muito importantes:

1. A resposta muito maior (pode comparar-se o potencial de ao a um disparo em que

o som de sada da bala muito mais intenso e provoca um eco muito mais prolongado

do que se o puxador da arma ficar encravado: o som s ouvido pelo indivduo que

tem na posse a arma);O potencial de membrana geralmente revertido, isto , o

interior da clula nervosa fica positivo relativamente ao exterior que se torna negativo;

2. O potencial de ao propagado sem decremento e um aspeto fundamental que a

extenso/intensidade deste no aumenta com o aumento da intensidade do estmulo:

o potencial de ao um mecanismo de tudo ou nada no sentido de que debaixo de

um limiar, qualquer que seja a intensidade do estmulo no ocorre potencial de ao, e

acima do limiar, qualquer que seja a intensidade do estmulo, o potencial de ao tem

a mesma extenso e forma (relembrar que os transportadores seguem uma cintica

Michaeliana de saturao).

Potencial de ao num axnio de lula gigante:

Mecanismo inico:

Pela equao de Goldmas e Chord viu-se que o potencial de repouso da membrana a soma

dos potenciais de equilbrio dos ies K+, Cl- e Na+ (entre outros). O fator que mais pesa para

cada uma das parcelas a permeabilidade da membrana a cada um de ies, que se traduz pela

condutncia individual dividida pela condutncia total da membrana.

No axnio da lula gigante, o potencial de ao

causado por sucessivos aumentos na condutncia da

membrana plasmtica para os ies de Na+ e K+: a

permeabilidade ao sdio aumenta muito durante a

primeira parte do potencial de ao entrada de

Na+ para dentro da clula a favor do gradiente de

concentrao diminuio contnua e rpida na

diferena de potencial at zero e depois passa a

valores positivos (overshoot) at se atingir um pico

cujo valor do potencial potencial de equlibrio do

Na+ (+65mv) ; na segunda parte do potencial de

ao aumento da permeabilidade da membrana

ao K+ provoca a sada de K+ para fora da clula

diminuio de cargas positivas no meio intracelular

aumenta a diferena de potencial a curva do

potencial de ao decresce quase to depressa

quanto aumentou e o decrscimo deve-se fora

hiperpolarizante induzida pela passagem de K+ para

fora da clula.

Aspetos relacionados:

O pico do potencial de ao no chega a atingir os +65mV (potencial de equilbrio do

Na+) porque a condutncia do Na+ rapidamente decresce para o valor de repouso e

porque o aumento progressivo da condutncia do K+ provoca uma tendncia oposta

despolarizao hiperpolarizao.

Como poderemos confirmar, quanto maior a condutncia da membrana a um dado

io, maior a tendncia de o potencial de repouso da membrana se aproximar do

potencial de equilbrio do io.

Hyperpolarizating after potential no fim do potencial de ao a membrana fica

hiperpolarizada, o que se deve ao fato de gNa+ j ter atingido a baseline e o gK

+ ser

superior o seu nvel base (repouso), logo a permeabilidade ao K+ superior, nesta

altura, do Na+, puxando o potencial de repouso para o seu potencial de equilbrio (-

100mV).

Potencial de ao no msculo cardaco e liso:

Msculo cardaco:

Primeiro ocorre uma rpida despolarizao com overshoot devido entrada rpida de

ies Na+ para dentro da clula (canais rpidos);

Aps o overshoot, o potencial de ao decresce de forma lenta devido ao decrscimo

da condutncia da membrana para o Na+ e pelo aumento da condutncia da

membrana para o K+.

Observa-se uma espcie de patamar que causado por uma srie de outros canais,

designados por canais lentos, que permitem a lenta entrada de outros caties como o

Ca2+ (ex: canais tipo Ca2+L).

O Ca2+ que entra na clula ajuda a iniciar a contrao das clulas do msculo cardaco

ao estimular a libertao de mais Ca2+ do retculo sarcoplasmtico (reticulo

endoplasmtico das clulas musculares).

A repolarizao d-se com o fecho destes canais lentos e rpidos de Na+ e devido ao

transporte de K+ para fora da clula.

Msculo liso:

Os potenciais de ao varia consideravelmente para diferentes tipo de msculo liso,

tendo menor velocidade de despolarizao e repolarizao (declives menos

acentuados) que nas clulas do msculo esqueltico, e tambm um overshoot menor;

Muitas das clulas excitatrias do msculo liso no possuem canais Na+ sendo a fase

de despolarizao causada pelo aumento da permeabilidade da membrana ao Ca2+ e

consequente entrada deste catio, atravs dos canais L lentos, para dentro da clula

(justifica um processo mais lento);

O Ca2+, tal como acontece no msculo cardaco, vital para a excitao-contrao das

clulas do msculo liso pelos mesmos motivos;

A repolarizao d-se devido ao fecho progressivo dos canais de Ca2+ e abertura dos

canais K+.

Fases do potencial de ao:

Perodos refratrios perodo de hesitao de resposta

a estmulos durante um potencial de ao.

Durante a maior parte do potencial de ao a

clula totalmente refratria estimulao,

independentemente da intensidade do estmulo

fase refratria absoluta = estado de total

desprezo por qualquer estmulo. Este perodo

deve-se ao fato de a maior parte dos canais de

Na+ estarem ocupados (fase de despolarizao) e

inativados (fase de repolarizao) pois estes

aps fecharem ficam um perodo do tempo

inativados, visto a clula estar num processo de

repolarizao e, logo, incapacitados de

responder. Portanto, trata-se de uma situao de indisponibilidade dos canais Na+ para

que se d um novo potencial de ao.

Fase refratria relativa ocorre mais para o fim do potencial de ao, por volta da

altura em que o potencial de repouso da membrana est quase restabelecido; nesta

fase um novo estmulo consegue desencadear um novo potencial de ao, pois os

canais inicos j se encontram disponveis para o evento. No entanto, h dificuldade

em gerar o novo potencial de ao, sendo necessria que a intensidade do estmulo

seja superior ao estmulo normal:

o Nem todos os canais esto recuperados, uma parte significativa pode estar

ainda numa estado de voltage-inactivated;

o um perodo em que a permeabilidade da membrana ao K+ superior

contrariando e dificultando a despolarizao (no esquecer que deve ser

atingida uma despolarizao = ou superior ao threshold).

Efeito de acomodao:

Ocorre quando a clula despolarizada lentamente, o threshold pode ser ultrapassado sem

que haja potencial de ao a esta propriedade d-se o nome de acomodao e justifica-se

pelo facto de que quando a despolarizao ocorre de forma lenta, o nmero crtico de canais

Na+ abertos requeridos para se desencadear um potencial de ao pode nunca chegar a ser

atingido. O efeito de voltage-inactivation que tem como objetivo o restabelecimento das

quantidades inicas num valor de repouso, atua contrariando o disparo. Portanto, para haver

potencial de ao, so necessrios um mnimo de canais de Na+ abertos.

Potencial de ao como Self-reinforcing signal

Estmulo/Impulso Despolarizao local da membrana Threshold Potencial de ao

Repolarizao Despolarizao da membrana adjacente Threshold Potencial de

ao Continuao da propagao do impulso nervoso ao longo da membrana em ambas

as direes.

Os potenciais de ao so regenerados continuamente de

modo a permitir a sua propagao ao longo de grandes

distncias, mantendo a mesma forma e extenso.

Devido ao fato de os potenciais de ao serem constantes

quanto sua forma e extenso, apenas a frequncia de

chegada que pode descodificar a informao que traz

consigo. A frequncia mxima limitada pela durao da fase

refratria absoluta, o que limita a capacidade de ser gerado

um novo potencial de ao.

Velocidade de propagao do potencial de ao

1. Efeito do dimetro da fibra quanto maior

o dimetro, maior a velocidade de conduo.

2. Efeito de mielinizao a bainha de mielina

(oligodendrcitos no SNC), tal como analisado

anteriormente, por ser isoladora tem a

capacidade aumentar muito a velocidade da

propagao do impulso nervoso.

A mielinizao tem um peso muito superior no

aumento da velocidade de conduo que o raio da

fibra. Ex: uma fibra com 10m mielinizada tem uma

velocidade de conduo de 50m/sec que muito

superior a 25m/sec do axnio da lula gigante que tem

um dimetro de 500m no mielinizada.

Propagao aos saltos

Os canais Na+ e K+ que participam no disparo do potencial de ao esto altamente

concentrados nos ndulos de Ranvier. Assim sendo, como se os potenciais de ao fossem

regenerados apenas nos ndulos de Ranvier em vez de serem regenerados em cada segmento

da fibra, como acontece nas clulas desmielinizadas. O potencial de ao rapidamente

conduzido de um ndulo para outro onde pousa para ser regenerado a cada ndulo.

Tcnica de Voltage Clamp

Tcnica desenvolvida por Hodgkin e Huxley;

Procura estudar o fluxo de ies Na+ e K+ atravs

da membrana do axnio para diferentes valores

de potenciais de membrana;

Permitiu verificar que as alteraes dos

gradientes inicos devem-se alterao da

condutncia da membrana a cada io;

Estabeleceu a noo do limiar que deve ser

atingido para que haja potencial de ao;

Permitiu o esboar as curvas do potencial de

ao que traduzem a abertura/fecho dos canais

inicos K+ e Na+ e que hoje em dia conhecemos.

Mtodo:

1 eltrodo inserido no interior do axnio e 1 no

meio extracelular, conectados entre si e ao plo

negativo de um amplificador permitem medir o

potencial de membrana (mV) o amplificador ou

controlo de voltagem analisa o potencial de

membrana caso este no seja igual ao potencial

comando (potencial escolhido como constante para

a experincia) o amplificador injeta uma corrente

feedback que contraria a variao do potencial de

membrana de modo a manter Em constante,

atravs de um 2 eltrodo para o interior do axnio a partir do seu plo positivo permite

medir a corrente introduzida para Em=Econtrolo com Em constante a um valor controlo e

diferentes valores de I (corrente) medidos ao longo do tempo, pela lei de Ohm: Em=IR com

R=1/g Em=I/g g=I/Em daqui obtm-se a condutncia da membrana em funo do

tempo.

Resultados:

Entrada de Na+ para dentro do

axnio corrente baixa =

corrente de entrada;

Sada de K+ do meio interno do

axnio corrente elevada =

corrente de sada;

Estudo com inibidores para o

Na+ e K+, TTX e TEA,

respetivamente, permitiu

analisar individualmente cada

uma das correntes: entrada e

sada ensaio experimental

para diferentes valores de Em constantes com medio de corrente ao longo do

tempo partir do equilbrio fez-se o clculo do n de ies monovalentes em trnsito

por segundo em cada tipo de corrente chegando-se ao valor enorme de 108.

Quanto menos negativo for Em, menor o influxo de Na+ (baixa corrente de entrada) e

maior o efluxo de K+ (elevada corrente de sada) de forma a repor o potencial de

repouso;

O threshold pode ser atingido de duas formas:

1. Inserir corrente fraca durante um longo perodo de tempo

2. Inserir corrente forte durante um instante de tempo

Casos:

Retirar todo o Na+ do meio exterior e posterior substituio com outro sal verifica-se

apenas corrente de sada

Substituio da soluo exterior por K+ no se verifica corrente de sada (indcio de que

se trata de um transporte passivo)

Patch Clamp

Tcnica que permite estudar individualmente os canais inicos das membranas

biolgicas;

A tcnica consiste em encostar membrana plasmtica numa espcie de micropipeta,

contendo uma soluo muito idntica ao citosol no seu interior; de seguida ocorre

suco de uma pequena parte da membrana para dentro da micropipeta o que vai

provocar rutura da mesma seguida de regenerao da bicamada fosfolipdica o

objetivo ter apenas um nico canal inico contido no fragmento de membrana que

est na posse da micropipeta;

Permite o estudo da conformao aberta/fechada do canal inico, tendo-se

observado, em condio de potencial de repouso, oscilaes entre as duas

conformaes;

Estudos ao longo do tempo, o que permitiu o estudo da durao da conformao

aberta/fechada dos canais de inicos: observou-se que todos os canais de Na+ abrem

no incio do potencial de ao, mas ao longo do tempo so inativados permanecendo

assim por um intervalo definido; no cado o canal K+ observa-se que levam mais tempo

a abrir mas mantm-se abertos por mais tempo (praticamente durante toda a

extenso do potencial de ao).

Sinapses e Modulao

Msculo esqueltico, liso e cardaco

As clulas musculares so especializadas na converso de

energia qumica (ATP) em energia mecnica que permite a

realizao de trabalho como: locomoo, bombardeamento

de sangue e movimento peristltico.

Trs tipos de msculo:

1. Esqueltico

2. Liso

3. Cardaco

1. MSCULO ESQUELTICO

Constitui cerca de 40% do peso de um indivduo;

Est associado ao movimento voluntrio como:

locomoo, manuteno da postura, falar,

respirao, etc.;

A nvel microscpico assume a forma de inmeros

feixes de clulas, as microfibrilas, a aparncia

estriada resulta de uma organizao de filamentos

de actina e miosina altamente organizada.

Organizao estrutural do msculo:

Epimsio - camada de tecido conjuntivo que envolve o msculo.

Fascculos agrupamento de 10 a 100 filamentos musculares envoltas por uma bainha de

tecido conjuntivo designado por perimsio.

Fibra muscular constitui a unidade celular; contm uma membrana plasmtica designada

por sarcolema, mitocndrios, ncleo, retculo sarcoplasmtico (equivale ao retculo

endoplasmtico), capilares associados parte externa do sarcolema.

Microfibrilas microfilamentos contidos no citoplasma das fibras musculares, formando

conjuntos. Contm no seu interior uma grande quantidade de filamentos altamente

organizados de molculas de actina, miosina e titina que formam unidades repetitivas o

sarcmero; so responsveis pela aparncia estriada da fibras musculares e devida ao

elevado grau de organizao as microfibrilas empurram o ncleo e mitocndrios para a

periferia da clula muscular.

Sarcmero

unidade bsica do msculo esqueltico;

responsvel pelas estrias altamente repetitivas que aparecem na superfcie das

microfibrilas;

responsvel pela contrao muscular;

delimitado por 2 discos Z, contm uma banda H localizada a meio e caracterizada pela

ausncia de cabeas de miosina

Estrutura:

- microfilmentos de actina (filamento fino)- possui locais de ligao para a cabea da miosina

contendo monmeros de:

1. actina constitui o esqueleto principal do microfilamento, tem locais de ligao ao

Ca2+ e est complexada com as protenas a seguir.

2. nebulina

3. tropomiosina protena longa e fina, enrolada, formando uma hlice em torno do

filamento de actina, volta do qual tem alguma flexibilidade, isto , possibilidade de

movimento giratrio que permite expor ou esconder os locais de ligao miosina.

4. Troponina a protena chave para o incio da contrao muscular, tem 3 centros de

ligao: um com grande afinidade de ligao tropomiosina (local T), outro que

permite a ligao a ies Ca2+ (local C) e, por ltimo, um local que cobre o centro de

ligao da actina miosina

- microfilamentos de miosina (filamento espesso) ATPase que mediante a hidrlise do ATP

permite a contrao muscular (deslocamento do filamento de actina relativo ao filamento de

miosina). Constitudo por duas partes:

1. cabea leve que possui um stio de ligao ao ATP, outro actina e ainda outro centro

de regulao;

2. Cauda pesada que se liga membrana e a outras caudas para formar um filamento

grosso.

- filamentos de titina elevado grau de elasticidade, tem como objetivo evitar que ocorra o

estriamento excessivo e consequente possvel rotura do msculo; fixa a miosina ao disco Z.

Contrao muscular, um evento caro

Mediante um estmulo, o SNC envia

impulsos nervosos que percorrem

caminho at medula espinal e da para

o SNP somtico que se encarrega de

conduzir o sinal, atravs dos neurnios

motores, que lhe chegou para o efetor

correspondente, neste caso o msculo

esqueltico. A parte terminal do axnio

ramifica-se e cada ramificao forma,

naseu terminal uma espcie de boto

que aumenta a rea de troca - fenda

sinptica. zona de invaginao do

axnio terminal na fibra muscular

chamado de placa motora ou junes

neuromusculares, dando-se o nome de

unidade motora ao conjunto neurnio

fibras que este enerva.

No s a frequncia de disparo como o nmero de unidades motoras recrutadas para o evento so responsveis por uma maior ou menor contrao muscular

Cada conjunto de miofibrilhas estimulado por um nico neurnio motor, no entanto um nico neurnio motor consegue estmular simultaneamente vrias microfibrilhas.

A despolarizao da membrana ps-sinptica permite a propagao do potencial de ao ao lango das fibras musculares

A despolarizao transiente devido ao facto de a acetilcolina ser rapidamente hidrolizada a colina e acetato por enzimas acetilcolinesterases, presentes em grandes concentraes na membrana ps-sinptica.

A acetilcolina vai difundir na fenda sinptica at chegar aos recetores ligand-gated especfico ao qual se vai ligar. A ligao vai estimular a abertura dos canais Na+ e, posteriormente, K+ ocorrendo a despolarizao da membrana da fibra muscular

O aumento de Ca2+ vai causar a fuso das vesculas sinpticas, contendo o neurotransmissor acetilcolina, com a membrana pr-sinptica seguida de libertao da acetilcolina para a fenda sinptica

A membrana plasmtica na parte terminal do axnio, ao despolarizar estimula a abertura de canais Ca2+ o que vai permitir influxo, segundo o gradiente eletroqumico, destes ies para o interior do axnio a partir do lquido intersiticial

Potencial de ao conduzido ao longo do axnio do neurnio motor at chegar zona terminal pr-sinptica deste

PROCESSO DE ENERVAO DAS CLULAS MUSCULARES

A despolarizao das fibras nervosas vai estimular a

entrada de Ca2+ para o interior da clula muscular, que por

sua vez, vai estimular a libertao de mais Ca2+ a partir do

reticulo sarcoplasmtico. Este aumento de concentrao

de Ca2+ no citoplasma leva ao processo de contrao

muscular:

Os ies Ca2+ ligam-se troponina C que por sua vez vai

estimular o movimento giratrio da tropomiosina que

vai permitir expor os centros de ligao cabea da

miosina dos monmeros de actina.

A cabea de miosina, ao hidrolisar a molcula de ATP

ligada a ela, vai aproveitar a energia libertada para se

movimentar at ao local de ligao na actina. Os

produtos da hidrlise: ADP e Pi, permanecem ligados.

A dissociao do ADP e Pi dos centros de ligao, na cabea de miosina, vai

impulsionar esta para a frente e, ao estar fortemente ligada actina, o filamento de

actina acompanha o movimento da cabea da miosina, deslizando. Este deslocamento

relativo cauda pesada que se mantm esttica.

Para que a cabea de miosina se desprenda da actina necessria a ligao de uma

nova molcula de ATP primeira.

Libertada e ligada a uma molcula de ATP, a miosina fica disponvel para um novo ciclo

de contrao muscular.

O

tempo de resposta depende muito do mecanismo envolvido na passagem atravs da

membrana, se no for o caso da difuso:

Sinalizao eltrica s

Recetor ionotrpico mseg

Recetor acoplado a protena G seg

2s mensageiros min

Sntese proteica Horas/dias

.

Ver comunicao neuroendcrina pag. 39

Tecido muscular e nervoso pag.116

Transportes pag. 164

Tipos de receptores ps-sinpticos: pag.6 sebenta fisiologia (parte 1) e aula 4 caderno

Sinapses pag23 sebenta e Ca2+ (fuso das vesculas)

Recetores muscarnicos pag.30