Gênese da diferença de potenciais elétricos em 
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i j 
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Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 13
Potencial de Repouso: Correntes por canais e pela bomba de Na-K 
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Transporte por estruturas 
especializadas, formadas 
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Poros: não há oscilações entre estados (‘gating”) 
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Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 17
CANAIS 
• Seletividade 
• Estruturas estocásticas nas quais a probabilidade do estado 
aberto pode ser modulada (GATING) 
...
Canais: Seletividade 
Discriminaçao de carga elétrica 
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 19
A seletividade para um íon específico depende da 
energia de hidratação nos canais bastante seletivos e 
melhor conhecidos...
Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 21
Canais: “gating” 
Oscilações térmicas levam a proteína a conformações estáveis em escala de tempo de 
ms, A e F 
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Nomenclatura dos canais 
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Estrutura do KcsA – Canais para K+ 
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Na+ 
+--+-+--+--+--+-+--+--+--+-+--+--+--+-+- 
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ATP 
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2K+ 
ADP+ 
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Na+ 
Ca2+ 
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Ca2+ 
+--+-+--+--+--+-+--+--+--+-+--+--+--+-+- 
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CCaa22++ 
[Ca2++]=100nM 
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ATP 
3Na+ 
2K+ 
ADP+ 
Pi ...
Propriedades dos principais (quantitativamente) íons em 
sistemas biológicos. 
Pauling Ionic 
radius (Å) 
Número atômico P...
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Parte 1 potenciais eletricos

  1. 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 1
  2. 2. Separação de cargas e capacitância i j [KCl]=100mM [KCl]=10mM V = Q C m Q = V ´ C m 0 0 = = se dQ dt dV m dt Cl- K+ Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 2 Bezanilla ATP 3Na+ 2K+ ADP+ Pi
  3. 3. Quanto de carga é necessário para uma diferença de potencial de -60mV?? Q = C ´ V - 10 6 1 f C f = = m 2 2 cm cm m Por cm2 - - 6 8 Q = 10 f ´ 0.06 V = 6 ´ 10 coulomb - coulomb moles = ´ = ´ - 13 - 6.2 10 ( ) 6 10 8 96484 Q F Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 3
  4. 4. Transportes (fluxos) passivos através da membrana Fluxos i e ie i r i J J J ei i = - J moles 2 cm ´ s moles s r i J r i A r = = I J z F i = i i I coul s i / = Passivos i m ~ D l dissipativos l l l 0 D m ~ i = l i e i RT c ~ ln ie i i D = + D e i i i c c e i m = D = e i Para z m i i 0 ie i c c = c 0 0 ¹ V RT zF z zF V ln D = - Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 4
  5. 5. Difusão pela bicamada lipídica – espécies lipossolúveis J P A c c = = ( - ) i i m i i J J A m i e i i ci e m ci = b c i i ci i P Di i i = b l D = RT i 6ph r N i A ù úû P cm é = êë é êë s i D = cm ù úû s i 2 Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 5
  6. 6. Eletrodifusão = + s s = - -w y c d dx d M M M M D dc s dx s s s s e s Nernst-Planck P =w RT b s s s Fx e i i = - -æ c c e æ ç ç ç i i i ö çè i i 1 -æ e J PzVF RT zVF i RT zVF ö RT çè è - ( / 2) = ´ I FJ coul s cm i i ÷ø Equaçao da corrente de Hodgkin-Katz-Goldman ö ÷ ÷ ÷ ø ÷ø Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 6
  7. 7. Se a membrana fosse permeável a um e a um só íon: Fluxos 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,000014 0,000012 0,00001 0,000008 0,000006 0,000004 0,000002 0 0 20 40 60 80 100 t(s) J (moles/s) m K g V = E K i j Σgi=0 Cm Vm 100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -100 t(s) vm (mV) Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 7
  8. 8. Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 8
  9. 9. Mas a membrana permeável a vários íons.... i E RT = - D ln [ ] = - i i I G E V [ ] ic ex zF ( ) i i i m V Q [ ] [ ] [ ] 0 C = 0 = = se dV m dt dQ dt I I I I = = + + + 0 .... m m K Na Cl P K P Na P Cl = - ln + + K ic Na ic Cl ex [ ] [ ] [ ]K ex Na ex Cl ex V RT m F P K + P Na + P Cl Equação de Hodgkin-Katz- Goldman, considerados apenas os efeitos de íons monovalentes Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 9
  10. 10. Potencial de Repouso: Circuito elétrico equivalente para a membrana [ i ] [ ]ic ex E = RT ln i zF i = + Na + E g G V g = + + m K G g g g K G Na K Cl E g E G Cl Cl Na gK gCl gNa Cm ic ex Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 10
  11. 11. Potencial de Repouso -90mV<Vm<-20mV K+ Na+ Cl- [intracel.] mM 120 25 10** [extracel] mM 4 145 110 Ei(mV) -90 +60 -60 ** Variável com Vm. ECl~Vm P [ K ] P [ Na ] P [ Cl ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]ex = - + + K ic Na ic Cl ex P K + P Na + P Cl K ex Na ex Cl ex Na P + + ic P Na P + + ex K P Na P K K P Na P K ic ex V RT m F V RT m F = - ln ln 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.. Cl K Cl P K ex Cl Cl Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 11
  12. 12. Vi 0,00E+00 ci 1,00E+02 gc 2,00E-07 cj 1,00E+01 gai 0,00E+00 gat 4,00E-07 V0 0,00E+00 Cm 1,00E-06 100 10 i j Cassola v.01, 2007 Vm 100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 t(s) vm (mV) Fluxos 0,00005 0,00004 0,00003 0,00002 0,00001 0 -0,00001 0 20 40 60 80 100 t(s) J (moles/s) Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 12
  13. 13. Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 13
  14. 14. Potencial de Repouso: Correntes por canais e pela bomba de Na-K Cl- K+ ATP 3Na+ 2K+ ADP+ Pi Na+ Se Vm não varia no tempo, para os íons indicados na figura: I = 0 = I + I + I + I m K Na Cl p I Corrente pela bomba p Se º × × E = V Cl m Cl I 0 = I = I + I + I m K Na p 1 I = I p Na 3 Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 14
  15. 15. Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 15
  16. 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 16
  17. 17. Poros: não há oscilações entre estados (‘gating”) Porina Aquaporina Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 17
  18. 18. CANAIS • Seletividade • Estruturas estocásticas nas quais a probabilidade do estado aberto pode ser modulada (GATING) • Tipos Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 18
  19. 19. Canais: Seletividade Discriminaçao de carga elétrica Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 19
  20. 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 20
  21. 21. Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 21
  22. 22. Canais: “gating” Oscilações térmicas levam a proteína a conformações estáveis em escala de tempo de ms, A e F A A«F Canais são estruturas estocásticas Modulaçao (“gating”): A conformação A (aberto) pode ser favorecida por variáveis físicas, por ligação de outras moléculas ou íons, por fosforilação, etc. Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 22
  23. 23. Probabilidade do estado abertura e condutância g i i V - V m r i i i = g pS i = G = N P g i i o Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 23
  24. 24. Nomenclatura dos canais Seletividade 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 24
  25. 25. Estrutura do KcsA – Canais para K+ Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 25
  26. 26. “Gating” do Canal Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 26
  27. 27. K+ +--+-+--+--+--+-+--+--+--+-+--+--+--+-+- [K+]=120mM [K+]=4mM ATP 3Na+ 2K+ ADP+ Pi Cl- K+ K+ 2Cl- Na+ E2~P + K+ E2~P~K+ Pi E2~K+ E1+K+ Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 27
  28. 28. Na+ +--+-+--+--+--+-+--+--+--+-+--+--+--+-+- [Na+]=15mM [Na+]=145mM ATP 3Na+ 2K+ ADP+ Pi D-Gli Na+ Ca2+ - A.A. Na+ H+ Na+ 3Na+ D-Gli Na+ K+ 2Cl- Na+ ENaC Nav Cl- Na+ Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 28
  29. 29. Ca2+ +--+-+--+--+--+-+--+--+--+-+--+--+--+-+- CCaa22++ CCaa22++ [Ca2++]=100nM [Ca++]=1.5mM ATP 3Na+ 2K+ ADP+ Pi ATP Ca2+ ADP+P Ca-2+ 2H+ 3Na+ ATP Ca2 + ADP+ P +++ IIPP33 Eletrofisiologia 4 A. C. Cassola 29
  30. 30. Propriedades dos principais (quantitativamente) íons em sistemas biológicos. Pauling 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 30

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