Fisiologia Celular: Membrana, Transporte e Neurônios

A Célula

A célula é a unidade fundamental dos organismos vivos. Ela desempenha as funções básicas para a manutenção das condições biológicas do organismo em equilíbrio.

• Está imersa em um meio extracelular denominado Líquido Extracelular (LEC);
• O seu interior (citoplasma + organelas + componentes químicos) é denominado de Líquido Intracelular (LIC);
• Caracteriza-se por apresentar uma estrutura que envolve seus componentes internos: a Membrana Plasmática.

Membrana Plasmática

• Teoria do Mosaico Fluido;
• Composição: Fosfolipídios + Proteínas + Carboidratos;
• Fosfolipídios: possuem caráter anfipático;
• Proteínas: podem ser transmembranas, integrais ou periféricas;
• Carboidratos (Glicocálice): responsáveis pelo reconhecimento celular.

Transporte Através de Membrana

A. Transporte Passivo

Deslocamentos de substâncias a favor de um gradiente eletroquímico (sem gasto de energia).

• A.1. Osmose: deslocamento do solvente do meio menos concentrado para o mais concentrado;
• A.2. Difusão: deslocamento do soluto do meio mais concentrado para o menos concentrado:
  • Simples: o movimento ocorre pelos orifícios e espaços intermoleculares, sem fixação a proteínas;
  • Por canais proteicos: Sódio (rápido – carga negativa na parede) e Potássio (lento – sem carga negativa).

Canais Proteicos:

• Canais tubulares que ligam o espaço extracelular com o intracelular;
• Permitem a passagem por difusão simples;
• São seletivamente permeáveis;
• Importantes: canais de sódio e potássio.

• Difusão Facilitada:
  • Mediada por carreador;
  • Há uma limitação na velocidade de passagem quando aumenta a concentração da substância.

B. Transporte Ativo

Transporte contra o gradiente de concentração. OBS: é o mecanismo de transporte de íons importantes, como sódio, potássio, cálcio, ferro e hidrogênio.

• B.1. Primário:
  • A energia é derivada da degradação de ATP ou de algum outro composto de fosfato de alta energia;
  • Depende de proteínas carreadoras, capazes de transferir energia para a substância.
• B.2. Secundário:
  • Íons sódio transportados para fora das células geram grande gradiente de concentração (maior fora, menor dentro);
  • Esse gradiente significa reserva de energia;
  • A energia de difusão do sódio atrai outras substâncias;
  • Essas substâncias são carreadas para fora da célula junto com o sódio.

Transporte Ativo Primário: Bomba de Sódio e Potássio

• Bombeia íons sódio para fora da célula e, ao mesmo tempo, bombeia íons potássio para dentro;
• Fundamental para a manutenção do meio negativo intracelular;
• Controla o volume celular.

Funcionamento da Bomba

• Três íons sódio se fixam à parede interna da proteína carreadora;
• A função ATPásica da proteína é ativada;
• Uma molécula de ATP é quebrada em ADP, com liberação de energia;
• Há alteração conformacional da molécula da proteína carreadora;
• Sódio é levado para fora da célula e entra potássio.

Bioeletrogênese (Excitabilidade)

• Capacidade de gerar e alterar a diferença de potencial elétrico através da membrana;
• Propriedade exclusiva de algumas células:
  • Neurônios;
  • Células musculares: esqueléticas, lisas e cardíacas.

OBS: A excitabilidade é causada por movimentos de íons através da membrana citoplasmática.

1. Potencial de Membrana

É a diferença elétrica entre o meio intra e extracelular.

• Células, como as neurais e as musculares, são capazes de autogerar impulsos eletroquímicos em suas membranas;
• Se a membrana for permeável a vários íons diferentes, o potencial de difusão depende:
  • Da polaridade da carga elétrica de cada um;
  • Da permeabilidade da membrana a cada um;
  • Da concentração dos íons dentro e fora da membrana.

2. Potencial de Repouso

Diferença de potencial elétrico através da membrana plasmática da célula em repouso.

Importância das Bombas de Na+ e K+ no Potencial de Membrana

• Sendo eletrogênica, mantém mais cargas positivas fora e mais negativas dentro;
• Estabelece um equilíbrio dinâmico: o número de cargas elétricas que saem é o mesmo que entram;
• Mantém o volume celular: mais sódio fora que potássio dentro.

A bomba eletrogênica de sódio e potássio, somada ao papel da difusão, estabelece um potencial de membrana de –70mV.

3. Potencial de Ação

Células com capacidade eletrogênica reagem a estímulos que são transmitidos por variações rápidas do potencial de membrana, que chamamos de potencial de ação.

• O potencial de ação começa por uma alteração abrupta do potencial de repouso (negativo, entre –70 e –90mV);
• Esse potencial da membrana se torna momentaneamente positivo e rapidamente se torna novamente negativo.

Etapas do Potencial de Ação

1. Estado de Repouso: antes de começar a ação, a membrana está “polarizada” negativamente (-70mV). Ocorre a ativação do canal de Na+;
2. Estado de Despolarização: a membrana, ficando permeável aos íons Na+ que entram na célula, é despolarizada;
3. Estado de Repolarização: fecham-se os canais de Na+ e abrem-se os canais de K+, que saem da célula, repolarizando-a.

1. Neurônio

Considerado a unidade anatômica e funcional do sistema nervoso, é composto por:

• Corpo Celular;
• Axônio;
• Dendritos.

Funções básicas: recepção, integração, transmissão e transferência de informação.

Fibras Mielínicas e Amielínicas

• (A) Mielínicas: células nervosas mais calibrosas, as quais possuem seu axônio envolvido por uma membrana que serve como isolante elétrico, reduzindo o fluxo de íons através da membrana;
• (B) Amielínicas: células nervosas cujo axônio não é envolvido por membrana isolante; são mais delgadas em comparação às mielínicas.

Tipos de Neurônios

• Bipolares: célula bipolar da retina no olho (raiz dendrítica e axônio).
  • Subclasse: Pseudo-unipolar (neurônios sensoriais que trazem informações do corpo para a medula espinhal).
• Multipolares: neurônio motor espinhal que inerva fibras musculares esqueléticas.

2. Transmissão Sináptica

• Sinapse: ponto de comunicação funcional ou de associação entre neurônios;
• Nas sinapses, um mensageiro químico ou neurotransmissor é liberado do axônio de um neurônio (pré-sináptico) e é captado pelo dendrito ou corpo celular de outro neurônio (pós-sináptico).

Tipos de Sinapses

• Axossomáticas: comunicação entre um axônio e um corpo celular;
• Axodendríticas: comunicação entre um axônio e um dendrito.

Potencial de ação e liberação de neurotransmissores: O potencial de ação despolariza a terminação, abre os canais de cálcio, ocorre o influxo de cálcio na terminação, fixa a vesícula com a membrana e libera o neurotransmissor por exocitose.

Orientação do Fluxo de Informação nos Neurônios

• Neurônio aferente: traz informação para o sistema nervoso central. Transmitem informações sensoriais;
• Neurônio eferente: retransmitem comandos do sistema nervoso central para a periferia;
• Interneurônios: são a maior classe de neurônios. Transmitem ou processam informações localmente ou para curtas distâncias de um local no sistema nervoso para outro.

3. Neurotransmissor

• Substância que transmite informações de um neurônio a outra célula;
• O processo de liberação e de ação de um neurotransmissor é denominado transmissão sináptica;
• São sintetizados pelos neurônios, armazenados em vesículas nos terminais nervosos e liberados quando os neurônios são despolarizados.

Tipos de Neurotransmissores

• Molécula Pequena: tem ação rápida; causa a maior parte das respostas agudas do sistema nervoso:
  • Acetilcolina;
  • Norepinefrina;
  • Dopamina;
  • Glicina;
  • Ácido gama-aminobutírico (GABA);
  • Glutamato;
  • Serotonina.
• Neuropeptídeos: causam ações prolongadas, como alterações a longo prazo do número de receptores, abertura e fechamento de canais iônicos e alteração a longo prazo do número ou do tamanho das sinapses. OBS: não são sintetizados nas terminações pré-sinápticas, mas sim no soma do neurônio.
  • Hormônios Hipotalâmicos de Liberação;
  • Peptídeos hipofisários (hipófise posterior);
  • Peptídeos do sono.