Potenciais de Membrana - Fisiologia

Boa tarde pessoal,

Após falarmos sobre a Membrana Celular, precisamos entender os potenciais da membrana celular, pois esse conteúdo é essencial para um bom entendimento da fisiologia dos sistemas, como a fisiologia do Sistema nervoso, ou Neurofisiologia.

A matéria sobre a Membrana Celular, falando de sua estrutura e de suas funções, você encontra aqui:

http://plantandociencia.blogspot.com/2021/02/membrana-celular-estrutura-e-funcoes.html

Além dela, vale a pena dar uma olhada na matéria de Transporte Através da Membrana Celular:

http://plantandociencia.blogspot.com/2021/02/transporte-atraves-da-membrana-celular.html

Antes de continuar, reflita sobre uma questão: 

- você consegue associar, quando lê sobre potenciais de membrana, com o transporte de moléculas e água através da membrana celular? 

Eles são a base dos gradientes de concentração, dos potenciais de membrana, do potencial de ação.

Se você não enxerga com clareza a relação, estude a aula anterior a essa, que fale sobre estrutura física da membrana e suas funções, além do transporte através da membrana celular.

Então vamos lá:

Potenciais de Membrana:

Existem potenciais elétricos através das membranas de praticamente todas as células.

Algumas células vão além, como nossos neurônios (células nervosas) e nossas células musculares, que são capazes gerar pulsos eletroquímicos para transmitir impulsos (informações).

Em algumas células, como os macrófagos e as células glandulares, os potenciais de membrana ativam muitas funções celulares.

Potencial de Membrana causado pela Difusão:

O Potencial de Difusão é causado pela diferença entre as concentrações iônicas nas duas faces da membrana (pensando em nosso organismo, os líquidos extracelular e intracelular).

Na figura abaixo, temos um esquema explicando os potenciais de difusão do Potássio e do Sódio.

Vamos falar sobre o do Potássio: a concentração de potássio dentro da célula é maior na face interna da membrana do que na face externa da membrana (Interna em contato com o LIC e externa em contato com o LEC). 

A membrana é permeável ao potássio, e pelo que vimos, a tendência natural de uma molécula, com seu movimento aleatório, é ir do meio mais concentrado para o meio menos concentrado (difusão, tanto simples quanto a facilitada). Quando esses íons potássio saem da célula, levam com eles carga positiva, tornando o interior da célula e da membrana, mais negativos. Em cerca de um milissegundo, a diferença de potencial entre as partes interna e externa, o chamado potencial de difusão, passa a ser suficiente para bloquear a saída do potássio para o exterior, apesar de sua alta concentração.  

Ou seja, a saída inicial do potássio gera um potencial de difusão da membrana que vai bloquear essa saída rapidamente.

Na parte B da figura, o mesmo acontece com o sódio, cuja tendência a se movimentar é para dentro da célula, porque sua concentração extracelular (LEC) é muito maior do que no LIC. Aqui, então, o potencial é gerado para impedir que o sódio continue a entrar na célula.

Assim, pode-se concluir com a figura acima que as diferenças entre as concentrações iônicas nos dois lados da membrana seletivamente permeável podem, sob condições apropriadas, criar potencial de membrana.

Relação do Potencial de Difusão com a Diferença de Concentração - Equação de Nernst.

O valor do potencial de difusão, em toda membrana, que se opõe exatamente ao da difusão efetiva de um íon em particular através dessa mesma membrana é conhecido como potencial de Nernst para esse íon.

Essa grandeza do potencial de Nernst é calculada em uma fórmula, que se baseia na proporção entre as concentrações desse íon específico nos dois lados da membrana. 

É o potencial de difusão baseado na concentração de um íon específico.

Além desse princípio básico, precisamos lembrar do seguinte fato, tudo é fluído quando falamos do LEC e do LIC, como vimos no GIF abaixo:

        

Então, para calcular o potencial de difusão real de uma célula, temos que considerar todos os íons que são permeáveis na membrana dessa célula em particular. Isso pode ser calculado através da equação de Goldman.

Precisa-se sempre lembrar que o cálculo do potencial de difusão total envolve principalmente os íons sódio, potássio e cloreto. O gradiente de concentração de cada um desses íons, através da membrana, ajuda a determinar a voltagem do potencial de membrana.

Se por algum motivo a membrana fica permeável a apenas um íon, o potencial da membrana será diretamente dominado pelo potencial de difusão desse íon.

Esse potencial de membrana pode ser medido, com um método que é simples na teoria mas na prática é bem complicado, visto o tamanho (a dimensão) da maioria das células e fibras.

- Potencial de Repouso das Membranas dos Nervos:

O potencial de repouso das membranas das fibras nervosas é o estado que se encontram quando não estão transmitindo sinais nervosos. 

O potencial de repouso da maioria das fibras nervosas é de - 90 milivolts. Isso é, o potencial de dentro da fibra é 90 milivolts mais negativo do que o potencial no líquido extracelular (lado de fora da fibra).

Para entendermos como as fibras nervosas chegam a esse potencial de repouso de -90 milivolts, precisamos entender a importância da Bomba de Sódio-Potássio na determinação dos valores desse potencial de repouso.

Todas as membranas celulares, de todas as células do nosso corpo possuem bombas de sódio-potássio (lembrem-se, transporte ativo, uso de ATP), repetindo sempre o seu ciclo de jogar três moléculas de sódio para fora enquanto trás duas moléculas de potássio para dentro.

Assim, a cada ciclo, a bomba de sódio deixa o interior da célula mais negativo (bomba eletrogênica). Isso gera o potencial negativo dentro das membranas celulares.

O lado esquerdo da figura mostra o funcionamento da bomba de sódio e potássio, no ciclo citado acima. A parte de direita da figura mostra uma proteína de canal conhecida como Canal de Vazamento de Potássio da fibra nervosa, por onde podem passar pequenas quantidades de potássio, mesmo durante o repouso da fibra. Esses canais são 100 vezes mais permeáveis para potássio do que para sódio, e isso é mais um fator importante na determinação do nível do potencial de repouso normal da membrana.

- Origem do potencial de Repouso normal da membrana:

Para gerar o potencial de repouso normal da membrana, temos que considerar que ele recebe um conjunto de influências, é composto pela potencial de Nernst de diversos íons, constantemente entrando e saindo das nossas fibras nervosas.

Para termos apenas uma ideia, vamos considerar a contribuição do potencial de difusão de alguns íons:

• Contribuição do potencial de Difusão do Potássio (normalmente 100 vezes mais permeável que o sódio);
• Contribuição da difusão do sódio através da membrana;
• Contribuição da bomba de sódio-potássio.

Na figura abaixo, a parte A mostra como seria se  membrana da fibra fosse permeável apenas ao potássio. A parte B mostra a membrana permeável ao Sódio e ao Potássio. Enquanto a parte C demonstra a interação real, onde tanto as difusões de sódio e potássio quanto a ação da bomba de sódio e potássio contribuem para a formação do potencial de repouso da membrana.

Não é tão simples quando observamos com mais detalhes, né?

Mas o conteúdo acima pode ajudar, basta você passar mais um tempinho com ele (rs).

O restante dessa aula continua na próxima publicação, onde falaremos sobre o potencial de ação.

Bons estudos!