BIOELETRICIDADE NA CÉLULA

1 BIOELETRICIDADE NA CÉLULA

Eletricidade é fenômeno físico originado por cargas elétricas estáticas, ou em movimento, e por sua interação. Quando uma carga se encontra em repouso, produz forças sobre outras situadas à sua volta. Se a carga se desloca, produz também campos magnéticos. Há dois tipos de cargas elétricas : positivas e negativas. As cargas de mesmo sinal se repelem e as de sinais diferentes se atraem.

A eletricidade se origina da interação de certos tipos de partículas sub-atômicas, os elétrons, que leva carga elétrica de -1,60217646x10 − 19C.

A Bioeletricidade refere-se à voltagem estática de células biológicas e às correntes elétricas que fluem em tecidos vivos, tal como nervos e músculos, em conseqüência de potenciais de ação.

A existência de potenciais elétricos através das membranas de todas as células do corpo é comprovada cientificamente, e algumas células como as do sistema nervoso e as musculares são excitáveis, ou seja, são capazes de autogerar impulsos eletroquímicos em suas membranas.

1. Potencial de ação

As células apresentam potenciais de membrana que decorrem da concentração e da movimentação de íons sódio Na+, potássio K+, cálcio Ca2+ e cloro Cl- através da membrana entre o ambiente extracelular e o intracelular. A movimentação destes íons, que possuem carga positiva e negativa, determina diferenças elétricas entre o interior e o exterior celular. Os principais íons responsáveis por essa diferença de potencial elétrico são o sódio e o potássio, os quais se movimentam através das membranas celulares por vários caminhos:

• Difusão passiva: a membrana celular apresenta uma maior permeabilidade ao potássio que ao sódio. Como a concentração de íons potássio é maior dentro das células, existe uma tendência a difusão do potássio de dentro para fora da célula. Com relação ao sódio, a difusão se dá de fora (onde é maior a concentração) para dentro, mas isto se dá de forma menos intensa dada a menor permeabilidade da membrana ao sódio. Como a proporção de potássio que sai é maior que a de sódio que entra, ocorre a manutenção da diferença de cargas entre a membrana tornando-a mais negativa dentro e mais positiva fora.

[pic 1]

Figura 1: lado esquerdo é o exterior da célula, com grande concentração de sódio e o lado direito é o interior, com alta concentração de potássio. O esquema demonstra como acontece a difusão passiva.

• Transporte ativo: além da difusão passiva, existem na membrana dos neurônios bombas de sódio e potássio que trabalham de forma ativa (com gasto de energia na forma de ATP) bombeando potássio para dentro da célula e sódio para fora. Esse bombeamento é ativo e com gasto de energia porque se dá contra o gradiente de concentração do íon. Para cada dois íons potássio que a bomba transporta para o meio intracelular, três íons sódio são transportados para fora. O resultado de interação desses dois mecanismos que ocorrem nas células nervosas resulta um maior fluxo de cargas positivas de dentro para fora da célula tornando o ambiente intracelular negativo em relação ao extra.

[pic 2]

Figura 2: representação de uma bomba de sódio-potássio que usa ATP para transportar esses íons contra o gradiente de concentração.

• Canais voltagem dependentes: são canais de sódio e potássio que entram em ação quando existe uma alteração no potencial de repouso da membrana. Quando o potencial de membrana interno torna-se menos negativo que o normal, os canais de sódio se abrem permitindo um grande influxo desse íon. Os canais de potássio voltagem dependentes são mais lentos que o de sódio. Quando há alteração do potencial de ação, ele se abrem para o efluxo de potássio. Entretanto, isso ocorre após os canais de sódio já estarem fechados. Os de potássio permitem a saída desse íon após ter parado a entrada de sódio, desempenhando importante papel na repolarização, ou seja, no restabelecimento do potencial de membrana normal.

[pic 3]

Figura 3: esquema de dois canais voltagem dependentes, os quais só se abrem quando o potencial da célula atinge uma certa voltagem.

• Canais de cálcio
• Canais de cloro

Na ausência de perturbações externas, os potenciais de membranas permanecem constantes. Entretanto, um estímulo externo as células nervosas e musculares produz uma variação em seus potenciais de membrana. Essa variação rápida, que se propaga ao longo de uma dessas células, é denominada potencial de ação.

Em todos os potenciais de ação medidos, partindo do potencial de repouso, o potencial se eleva rapidamente a um valor positivo e volta mais lentamente ao potencial de repouso. Em geral o valor máximo atingido é de +30mV. A duração do potencial de ação, por outro lado, difere bastante de célula para célula, pois nas células nervosas essa duração é de aproximadamente 1ms, enquanto que nas células musculares cardíacas ela é maior que 200ms, sendo que toda essa velocidade é possível por causa da presença da bainha de mielina no neurônio.

Quando a célula se encontra neste equilíbrio diz-se que está em repouso. As informações neurais são transmitidas por meio de potenciais de ação, que são variações rápidas do potencial da membrana, o qual ocorre em três fases:

• Repouso: membrana polarizada (mais negativa internamente e mais positiva externamente) A diferença de potencial entre o interior e o exterior da membrana é de -90mV.

[pic 4]

Figura 4: representação da membrana celular em repouso ou polarizada.

• Despolarização: Aumento da permeabilidade da membrana ao íon sódio através da abertura dos canais de sódio voltagem dependente e o influxo de sódio para dentro da célula. A membrana torna-se extremamente permeável ao íon sódio e ocorre o influxo deste para dentro da célula. Com esse influxo de sódio, muda o valor do potencial de membrana. O interior deste que estava em -90mV no repouso começa a ficar menos negativo. Quando esse potencial atinge valores de -70mV a -50mV os canais de voltagem dependentes de sódio e potássio são ativados. Esses canais ativados abrem-se abruptamente para a entrada de sódio. Ocorre uma enxurrada de sódio que se soma à entrada pelo aumento da permeabilidade. Enquanto isso, a bomba de sódio e potássio continua sua ação. Com o aumento do influxo de sódio para o interior da célula, ocorre uma inversão do potencial de ação e a membrana torna-se mais positiva no interior e negativa no exterior.

[pic 5]

Figura 5: esquema da despolarização da membrana celular.

• Repolarização: diminuição da permeabilidade da membrana ao íon sódio e aumento da permeabilidade ao íon potássio, isso ocorre, pois os canais de sódio voltagem dependentes começam a fechar e os canais de potássio voltagem dependentes começam a abrir, com o consequente efluxo de potássio. Dentro de poucos décimos de milésimos de segundo após o influxo de íon sódio, os canais se sódio voltagem dependentes fecham-se abruptamente e para a entrada de sódio. Entretanto, os canais de potássio voltagem dependentes, por serem mais lentos que os de sódio, continuam abertos jogando potássio para fora da célula. Esta ação (canal de potássio tirando carga positiva de dentro da célula) associada a da bomba de sódio (retira esse íon de dentro da célula) contribui para que o potencial de membrana retorne ao seu estado de equilíbrio.

[pic 6]

Figura 6: esquema da repolarização da membrana celular.

Muitas plantas também exibem potenciais de ação. Eles viajam por meio de seu floema para coordenar atividades. A principal diferença entre os potenciais de ação de animais e vegetais são os íons. As plantas utilizam primariamente íons de potássio e cálcio, enquanto animais utilizam mais íons de potássio e sódio.

...