Bioeletrogênese

CÉLULAS COMO SISTEMAS ELÉTRICOS
Toda célula é uma resultante eletrificada de dois tipos de fenômenos
elétricos: o primeiro diz respeito à criação ativa, pela célula, de superfícies de
membranas similares a um capacitor carregado através da difusão iônica e da
manutenção das bombas iônicas; o segundo é relativo à eletrostática, isto é, o
campo elétrico criado em torno da membrana celular.
Do ponto de vista elétrico as células são consideradas circuitos úmidos, que
operam em um meio salino, condutivo, e utilizando muitas das propriedades dos
sistemas elétricos, tais como ddp, mantendo esta durante toda a vida
(aumentando ou diminuindo esta ddp conforme a necessidade).
Nos circuitos elétricos, um fenômeno elétrico é uma diferença de concentração de
elétrons entre dois pontos, isto porque os elétrons são o único tipo de carga capaz
de deslocar-se ao longo de condutores metálicos. Nas células, a diferença de
gradiente é criada mediante a separação de cátions com distintos níveis de
concentração em ambos os lados de uma membrana. Esta separação também é
reforçada pelas diferenças nos íons negativamente carregados no interior e no
exterior da célula.
Bioeletricidade: é a área das Ciências Biomédicas que estuda os fenômenos
elétricos em organismos vivos.
Um dos mais extraordinários processos físico/químicos está relacionado ao
excesso de íons nos lados interno e externo da membrana celular, e às diferenças
entre as concentrações iônicas nos meios interno e externo da célula.
Potencial Elétrico: é a quantidade de cargas elétricas, dispostas de tal forma que
criam em torno de si um campo elétrico - são linhas de força (imaginárias)
orientadas conforme a natureza da carga.
Membrana celular como um capacitor: devido à concentração iônica nos dois
lados da membrana celular, pode-se supor a mesma como sendo um capacitor.
Origem do potencial de repouso
As membranas biológicas apresentam permeabilidade seletiva, ou seja,
apresentam uma permeabilidade maior para um determinado tipo de íon do que
para outro. Quando isso acontece, o íon, com uma maior permeabilidade vai fluir
mais rapidamente para o outro lado, em função de seu gradiente químico, do que
um íon com menor permeabilidade.
O íon com maior permeabilidade é o potássio (K+) e o íon com menor
permeabilidade é o cloro (Cl-). Dessa maneira, passado um determinado período
de tempo, haverá uma concentração mais alta de K+ do que de Cl- no lado direito
da membrana e, no lado esquerdo, uma concentração mais alta de Cl- do que K+.
Prof. Marcio S. Rodrigues
Isso gera o aparecimento de uma carga elétrica ao longo da membrana, uma vez
que agora existem mais íons positivos (K+) no lado interno e mais íons Cl- ions no
lado externo. Basicamente, é assim que o potencial de repouso é gerado.
Como existe uma carga polarizada de um lado da membrana em relação ao outro,
os íons tendem a obedecer também seus gradientes elétricos. Dado que o íon K+
é positivo e é repelido por cargas positivas, após um determinado tempo, ele para
de seguir seu gradiente químico porque a carga negativa, que ele contribui para
gerar no interior, vai se opor ao gradiente, devido à repulsão elétrica. O mesmo
acontece com o íon negativo, o Cl-.
Assim, ocorrerá um equilíbrio entre as forças químicas e elétricas que geram o
movimento dos íons K+ e Cl- através da membrana seletivamente permeável e as
concentrações se estabilizam. Como resultado, a polarização também para e se
equilibra.
Nernst, um cientista alemão, descreveu esse fenômeno na forma de uma lei, que
leva seu nome. Ela expressa, em termos matemáticos, que a concentração
química dos íons e suas cargas elétricas estão em equilíbrio para um íon
determinado, e que um potencial em equilíbrio é proporcional ao logaritmo das
concentrações de cada lado da membrana.
Para cada íon, temos um potencial de Nernst. O potencial de repouso da
membrana é, portanto, a resultante dos potenciais de Nerst de todos os íons
envolvidos. A essa lei denominamos de Nernst-Goldman, devido ao nome do
cientista que ajudou a modificá-la.
Prof. Marcio S. Rodrigues
Potencial de Repouso:
Entre o líquido no interior da célula e o meio extracelular há uma diferença
de potencial elétrico, chamada potencial de membrana. Esse potencial pode ser
medido através de micro-eletrodos, ligando-se os pólos de um medidor de tensão
elétrica ao interior da célula e ao líquido extracelular. Os micro-eletrodos são,
normalmente, capilares de vidro, com uma ponta, cujo diâmetro é menor que 1μm,
contendo uma solução condutora. Na maioria das células, esse potencial
permanece inalterado, desde que não haja influências externas. Quando a célula
se encontra nessa condição, dá-se ao potencial de membrana o nome de
potencial de repouso. Numa célula nervosa ou muscular de um animal de sangue
quente o potencial de repouso é sempre negativo, apresentando valores
constantes e característicos, que se situam entre -55 mV e -100 mV. Já nas fibras
musculares lisas esses potenciais estão entre -30 mV e -55 mV.
Bioeletrogênese:
É o estudo que explica a origem do PDR. Os meios interno e externo da
célula estão repletos de soluções salinas, muito diluídas. A maior parte das
moléculas se decompõem em íons, os quais se movem livremente numa solução
aquosa. Essa movimentação é denominada de difusão iônica.
Sendo os fluidos, dentro e fora da célula, neutros, pode-se supor a membrana
celular como um capacitor no qual duas soluções condutoras estão separadas por
uma fina camada isolante, a membrana. Capacitores são dispositivos utilizados
para armazenar cargas elétricas (ex: bateria).
Concentração iônica dentro e fora da célula: No lado interno da célula a
concentração de íons K+ é bem maior que no lado externo. O oposto ocorre com
os íons Cl- e Na+.
Obs: A maior parte dos ânions intracelulares não são de Cl-, mas de grandes
ânions protéicos.
COMPONENTES DOS CIRCUITOS ELÉTRICOS CELULARES
Os principais componentes utilizados pela célula são as membranas, as bombas
iônicas, e os canais de difusão iônica.
1) Membranas como uma placa de capacitor:
Com espessura variando entre 5 a 7 nanômetros (10-9 m) são compostas
por um conjunto super móvel, porém intimamente compacto, de moléculas
proteolipídicas dispostas na forma de uma bicamada, sendo a proteína o canal, e
o lipídio o isolante.
2) Destacam-se as bombas de Na+, K+, Cl- e Ca2+.
3) Os canais iônicos permitem a troca de íons (canais de proteína da
membrana).
Prof. Marcio S. Rodrigues
Potencial de Ação:
O potencial de repouso pode ser anulado pela aplicação de um potencial de
mesma magnitude e polaridade inversa.
Em certos tecidos, chamados de excitáveis após a aplicação desse choque, uma
série de eventos pode ocorrer, envolvendo toda a célula. Esse fenômeno se passa
em três fases que se sucedem rapidamente: despolarização, polarização invertida
e repolarização, e se propaga a partir do local excitado.
Há uma relação entre as variações elétricas do potencial de ação, e os
movimentos iônicos transmembrana. Um resumo dessas relações é:
1. Despolarização: abertura dos canais de Na+, com penetração de uma
diminuta quantidade de íons Na+, suficiente para anular a diferença do
potencial transmembrana;
2. Polarização Invertida: continua a entrada de Na+, e com um pouco mais
desses íons, a parte interna da célula fica positiva;
3. Repolarização: logo em seguida, fecham-se os canais de Na+, e o íon K+
sai da célula, repolarizando-a. A bomba de sódio se encarrega de expulsar
o pequeno excesso de íons Na+ que estava no interior da célula, e tudo
volta ao estado inicial.
O potencial de ação é, portanto, o sinal elétrico gerado pelos movimentos iônicos
transmembrana nas células excitáveis, que se propaga para transmitir informação
ou para iniciar a contração muscular.