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Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 1
Gênese da diferença de potenciais elétricos em membranas biológicas
1. Difusão e Eletrodifusão (bicamada e canais)
2. Transporte por carregadores
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 2
Separação de cargas e capacitância
i j
[KCl]=100mM [KCl]=10mM
0
0
dt
dVdt
dQ
se
CVQC
QV
m
m
m
Bezanilla
ATP
3Na+
2K+
ADP+Pi
Cl-
K+
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 3
Quanto de carga é necessário para uma diferença de potencial de -60mV??
22
6 110
cm
f
cm
fC
VCQ
m
Por cm2
)(102.696484
106
10606.010
138
86
molescoulomb
F
Q
coulombVfQ
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 4
Transportes (fluxos) passivos através da membrana
Fluxos
i
e
scoulI
FzJI
s
moles
A
J
scm
molesJ
JJJ
i
irii
ri
ri
eii
iei
ri
/
2
e
dissipativos
Passivos
l
li~
l
0~
li
l
l
i
e
ei
ii
ei
ii
iei
ei
iiie
i
c
c
zF
RTV
z
cc
z
Para
VzFc
cRT
ln
0
0
0
ln~
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 5
Difusão pela bicamada lipídica – espécies lipossolúveis
m
ii
ei
iimii
A
JJ
ccAPJ
)(
cie
iimi cc
cii
Aii Nr
RTD
6
l
DP iii
s
cmD
s
cmP
i
i
2
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 6
Eletrodifusão
dx
dc
dx
dcDM
MMM
sss
ss
es
dss
Nernst-Planck
Fx
RTP s
ss
Equaçao da corrente de Hodgkin-Katz-Goldman
2/
1
cmscoulFJI
e
ecc
RT
VFzPJ
ii
RT
VFz
RT
VFzei
iiii
ii
i
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 7
Se a membrana fosse permeável a um e a um só íon:
Fluxos
0
0,000002
0,000004
0,000006
0,000008
0,00001
0,000012
0,000014
0 20 40 60 80 100
t(s)
J (
mo
les
/s)
Km EV gK
i
j
Cm
Vm
-100-80-60-40-20
020406080
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t(s)
vm (
mV
)
Σgi=0
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 9
Mas a membrana permeável a vários íons....
....0
0
0
ClNaKm
m
m
IIIIdt
dQdt
dV
seC
QV
exClexNaexK
exClicNaicKm ClPNaPKP
ClPNaPKP
F
RTV
ln
Equação de Hodgkin-Katz-Goldman, considerados apenas os efeitos de íons monovalentes
)(
][
][ln
miii
ex
ici
VEGI
i
i
zF
RTE
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 10
Potencial de Repouso: Circuito elétrico equivalente para a membrana
ClKNa
ClCl
NaNa
KK
m
gggG
EG
gE
G
gE
G
gV
Cm
gCl
gK
ic
ex
gNa
ex
ici i
i
zF
RTE ln
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 11
Potencial de Repouso
-90mV<Vm<-20mV
K+ Na+ Cl-
[intracel.]
mM120 25 10**
[extracel]
mM4 145 110
Ei(mV) -90 +60 -60
** Variável com Vm. ECl~Vm
O potencial de membrana é determinado, a cada momento, pelo fluxo resultante de vários íons . A contribuição de cada um deles depende a razão das concentrações e da permeabilidade relativa. A contribuição maior é a do K, conclusão a que se chega pela constatação de que Vm está mais próximo de EK..
exK
Clex
K
Naex
exK
Clic
K
Naic
m
exClexNaexK
exClicNaicKm
ClPP
NaPP
K
ClPP
NaPP
K
F
RTV
ClPNaPKP
ClPNaPKP
F
RTV
ln
ln
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 12
Vi 0,00E+00 ci 1,00E+02gc 2,00E-07 cj 1,00E+01gai 0,00E+00gat 4,00E-07 V0 0,00E+00Cm 1,00E-06
100 10
Cassola v.01, 2007
Vm
-100-80-60-40-20
020406080
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t(s)
vm (
mV
)
Fluxos
-0,00001
0
0,00001
0,00002
0,00003
0,00004
0,00005
0 20 40 60 80 100
t(s)
J (m
ole
s/s)
i j
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 14
Potencial de Repouso: Correntes por canais e pela bomba de Na-K
ATP
3Na+
2K+
ADP+Pi
Cl-
K+
Na+
Se Vm não varia no tempo, para os íons indicados na figura:
Nap
pNaKm
Cl
mCl
p
pClNaKm
II
IIII
I
VE
Se
bombapelaCorrenteI
IIIII
3
1
0
0
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 16
Transporte por estruturas
especializadas, formadas por proteínas, na bicamada: POROS,
CANAIS E CARREGADORES
POROS e CANAIS: difusão ou eletroforese
ou ambos por áreas restritas da membrana.
Alterações conformacionais da proteína abrem ou
bloqueiam o canal. Não promovem a translocação
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 17
Poros: não há oscilações entre estados (‘gating”)
Porina
Aquaporina
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 18
CANAIS
• Seletividade• Estruturas estocásticas nas quais a probabilidade do estado
aberto pode ser modulada (GATING)• Tipos
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 20
A seletividade para um íon específico depende da energia de hidratação nos canais bastante seletivos e melhor conhecidos.
Ionic radius (Å) Número atômico Peso atômico
Na+ 0.95 11 23
Mg2+ 0.65 12 24
K+ 1.33 19 39
Ca2+ 0.99 20 40
Cl- 1.81 17 35
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 22
Canais: “gating”Oscilações térmicas levam a proteína a conformações estáveis em escala de tempo de ms, A e F
A
FA
Modulaçao (“gating”): A conformação A (aberto) pode ser favorecida por variáveis físicas, por ligação de outras moléculas ou íons, por fosforilação, etc.
Canais são estruturas estocásticas
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 23
Probabilidade do estado abertura e condutância
iioii
i
rm
ii
gPNG
pSg
VV
ig
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 24
Nomenclatura dos canaisSeletividade Controle da abertura (“gating”)
K+ • dependente de voltagem • retificadores para dentro• dependente de Ca2+
• dependente de ATP• etc
Na+ • dependente de voltagem• sensíveis a amiloride
Ca2+ • ativados por despolarização forte• ativados em voltagens negativas• operados por estoques
cátions • colinérgico nicotínico• glutamatérgico
Cl- • fibrose cística (CFTR)• dependente de Ca• dependente de voltagem• dependente de glicina
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 27
K+
[K+]=120mM
[K+]=4mM
ATP
3Na+
2K+
ADP+Pi
+++++++++++++++ -------------------------
K+Cl-
2Cl-
Na+
K+
E2~P + K+
E2~P~K+
Pi
E2~K+
E1+K+
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 28
Na+
[Na+]=15mM
[Na+]=145mM
ATP
3Na+
2K+
ADP+Pi
+++++++++++++++ -------------------------
-
A.A.Na+
H+
Na+
Ca2+
3Na+
D-GliNa+
2Cl-
Na+
K+
D-G
liN
a+
Nav
ENaC
Cl -
Na
+
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 29
Ca2+
[Ca2++]=100nM
[Ca++]=1.5mM
ATP
3Na+
2K+
ADP+Pi
+++++++++++++++ -------------------------
-Ca2+
3Na+
ATP
Ca2+2H+
ADP+P
ATP
Ca2
+ADP+P
+++
IPIP33
CaCa2+2+
CaCa2+2+
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