Boer | M1 | Aula 6 | Características especiais das células

6.1 Sinais elétricos

Os neurônios e as células – ou fibras musculares – têm a propriedade da excitabilidade, ou seja, são capazes de gerar sinais elétricos. Existem dois tipos de sinais elétricos: os potenciais graduados e os potenciais de ação. Para melhor entender o assunto, imagine uma bateria de carro. Sabemos que a bateria tem dois polos – um negativo e outro positivo – e a corrente elétrica percorre todo o circuito. Nas células não existe corrente elétrica, mas, sim, iônica; ou seja, os íons se movimentam por meio da membrana plasmática e criam os sinais elétricos (potenciais graduados e de ação).

Os sinais elétricos dos neurônios e das fibras musculares são consequência de uma característica das membranas plasmáticas dessas células: o potencial de repouso.

No entanto, para compreender os sinais elétricos, é necessário, primeiramente, saber como são gerados os potenciais de repouso da membrana plasmática dessas células.

Vários experimentos foram realizados para a determinação desses sinais, sendo os estudos de Nernst e Goldman os mais significativos, visto que suas equações esclarecem a biofísica desses fenômenos.

6.1.2 Potencial de repouso

Na membrana plasmática das células excitáveis, neurônios e fibras musculares, existem proteínas que formam verdadeiros canais que possibilitam a passagem de água e íons de dentro para fora e de fora para dentro das células. São os chamados de canais de vazamento. Eles são específicos, pois deixam passar apenas um tipo de elemento químico, como o canal de vazamento do sódio e o canal de vazamento do potássio.

Esse transporte cria um movimento de íons através da membrana, causado por forças eletroquímicas (íons com cargas elétricas positivas) e também em virtude da quantidade (concentração).

O fato é que, de acordo com as pesquisas científicas da biologia celular e molecular, constatou-se que existem cerca de O fato é que, de acordo com as pesquisas científicas da biologia celular e molecular, constatou-se que existem cerca de 50 a 100 canais de vazamento de potássio para cada canal de vazamento do sódio. Esses achados científicos revelam que, para cada íon sódio que entra (influxo) na célula, saem (efluxo) cerca de 50 a 100 íons potássio. Assim, há uma grande saída de potássio (efluxo de K+), carregando para fora da célula muita carga elétrica positiva (cátion K+); ao mesmo tempo, há pouca entrada de carga elétrica positiva (influxo de Na+). Em termos de comparação, para cada uma entrada de sódio, há no mínimo 50 e no máximo 100 saídas de potássio. Portanto, a saída do potássio (efluxo) é muito mais significativa que a entrada (influxo) do sódio. Desse modo, constata-se um fluxo (corrente) de íons se movimentando para dentro e para fora da célula, criando uma corrente iônica (com carga elétrica) na superfície da membrana plasmática.

Assim, é possível concluir que as células excitáveis perdem muita carga elétrica positiva para o LEC. Dentro dessas células há o predomínio de algumas moléculas carregadas com sinais elétricos, como os íons fosfatos (aniônicos – negativos) e as proteínas (aniônicas – negativas). Em virtude da grande perda (efluxo) de carga positiva por meio do potássio, dentro da célula há a predominância de cargas elétricas negativas (fosfatos e proteínas).

Por meio de um aparelho chamado microvoltímetro, é possível medir a voltagem (volts, V) dentro das células – por ser extremamente baixa, divide-se o volt por mil, chegando a milivolts (mV). Em média, os neurônios e as fibras musculares têm cerca de –70 mV. Esse valor médio representa o potencial de repouso da membrana dessas células. Nesse caso, com –70 mV, a célula encontra-se no estado polarizado.

Enquanto estivermos vivos, esse movimento de íons nas membranas permanece constante. No entanto, o que acontece com todo aquele sódio que entrou na célula e também os íons potássio que saíram? Para resolver esse problema, as células têm em suas membranas plasmáticas uma proteína transportadora do tipo antiporte: a bomba de sódio e potássio.

 A bomba de sódio e potássio regula as trocas iônicas; ou seja, ela carrega de volta o íon para seu local de origem. O potássio que saiu da célula é trazido de volta para dentro, assim como o sódio que entrou é levado para fora. Trata-se de um esforço grande e que gera muito consumo de energia (ATP) da célula, cerca de 30 a 40% do total produzido pelas mitocôndrias. A proporção de trocas iônicas é de 2 íons potássio trazidos para dentro da célula para cada 3 íons sódio que são jogados para fora.

A bomba de sódio e potássio é considerada eletrogênica, mas ela não é a principal responsável pelo potencial de repouso da célula, ficando com uma participação em torno de 5 a 8% dos –70 mV.

O evento mais importante para a geração do potencial de repouso é a saída (efluxo) do potássio pelos canais de vazamento (Figura 1.9).

6.1.3 Potencial de ação

As células excitáveis (musculares e neuronais) têm, além dos canais de vazamento, os canais de comporta ou gates (do inglês, portão). Há três tipos de canais de comporta ou gates:

• Canais quimicamente regulados
• Canais mecanicamente (fisicamente) regulados
• Canais regulados por voltagem.

A diferença básica entre esses canais e os canais de vazamento é que eles têm a capacidade de abrir e fechar o canal de acordo com o estímulo recebido. As células excitáveis podem receber dois tipos de estímulos: físicos (mecânicos) e químicos (Figura 1.10).

Os estímulos físicos resultam de forças contra o corpo humano ou ondas de luz (eletromagnéticas) ou, ainda, ondas sonoras. Os estímulos químicos são provocados por agentes ou substâncias do próprio corpo humano, como os hormônios, citocinas, neurotransmissores ou, então, elementos externos, tais como fármacos e substâncias ilícitas e alguns alimentos.

Quando os neurônios e as fibras musculares recebem um estímulo – físico ou químico –, as comportas ou portões dos canais mecânica e quimicamente regulados se abrem e ocorre uma grande passagem de íons sódio do LEC em direção ao interior da célula (LIC). A entrada (influxo) de muitos íons sódio, carregados positivamente, faz com que aquela milivoltagem de –70 comece a perder força, caindo para –50, –30, –10. Devido ao influxo contínuo de mais sódio (Na+), ocorre o predomínio desse íon (cátion) e, consequentemente, de carga positiva (Na+) no interior (LIC) da célula.

Nesse momento, a carga elétrica no interior da célula passa a ser positiva. Quando os portões dos canais se abriram, uma grande quantidade de sódio (carga positiva) entrou na célula e inverteu a carga, que era negativa, passando para positiva. Ocorre, a partir dessa inversão de cargas elétricas (de negativa para positiva) um evento muito importante: ativação ou acionamento dos canais regulados por voltagem. Esses canais estavam fechados quando a carga elétrica era negativa. Quando houve a inversão, eles automaticamente são abertos (comportas ou portões) e possibilitam mais entrada de sódio no interior da célula.

Existem canais regulados por voltagem em toda extensão da membrana plasmática, os quais obedecem à lei do tudo ou nada: quando um canal regulado por voltagem se abre, automaticamente, todos os outros canais regulados por voltagem também são abertos em toda extensão da célula. Isso faz com que a célula fique “inundada” de sódio, levando a carga para o valor aproximado de +30 mV. Esse fenômeno é realizado muito rapidamente, 0,5 milissegundo, e se espalha pela célula do ponto do estímulo até seu lado oposto.

A inversão de cargas ao longo de toda a célula, de negativo para positivo, –70 mV para +30 mV, é chamada de potencial de ação. A célula agora passa de polarizada para despolarizada. Nos neurônios, o potencial de ação é denominado impulso nervoso. Nas fibras musculares, o potencial de ação gera a contração muscular. Quando os estímulos (físicos ou químicos) param ou são retirados da célula, os portões (gates) dos canais regulados fecham rapidamente. Os íons sódio não entram mais em grandes quantidades e a célula começa a perder a voltagem positiva: +30, +20, +10. Em determinado momento, a saída do potássio supera a entrada de sódio, e a célula retorna ao seu potencial de repouso (–70 mV) (Figura 1.11). A volta ao estado de repouso é chamada de repolarização.

A responsável pela remoção do sódio que invadiu (inundou) a célula é a bomba de sódio e potássio, já estudada aqui.