1. PONTOS PRINCIPAIS
1.1. Um neurônio em repouso (sem sinalização) tem uma voltagem em sua membrana chamada de potencial de repouso da membrana, ou simplesmente potencial de repouso.
1.2. O potencial de repouso é determinado pelos gradientes de concentração de íons na membrana e através da sua permeabilidade para cada íon.
1.3. Em um neurônio em repouso, existem gradientes de concentração na membrana para Na+ e K +. Os íons se deslocam de acordo com seus gradiente através de canais, ocasionando uma separação de cargas que resulta no potencial de repouso.
1.4. A membrana é muito mais permeável ao K+ do que ao Na+, por isso o potencial de repouso é próximo ao potencial de equilíbrio do K+ (o potencial que seria gerado pelo K+ se ele fosse o único íon no sistema).
2. O QUE ACONTECE SE SOMENTE O K+ ATRAVESSAR A MEMBRANA?
2.1. Se canais de potássio na membrana abrem, K+ começará a se mover de acordo com seu gradiente de concentração e para fora da célula.
2.2. Um pequeno excesso de carga positiva se forma fora da membrana celular, e um pequeno excesso de carga negativa se forma dentro da célula.
2.2.1. Toda vez que um íon K+ deixa a célula, o interior celular perde uma carga positiva.
2.3. Os íons K+ positivamente carregados serão atraídos pelas cargas negativas livres no interior da membrana da célula e repelidos pelas cargas positivas no exterior, oferecendo resistência ao seu movimento em direção ao gradiente de concentração. As forças elétricas e difusas que influenciam os movimentos de K+ através da membrana em conjunto formam o seu gradiente eletroquímico (o gradiente de energia potencial que determina em qual direção o K+ fluirá espontaneamente).
2.3.1. No final, a diferença de potencial elétrico através da membrana da célula acumula-se a um nível alto o suficiente para que a força elétrica que conduz o K+ novamente para o interior da célula seja igual à força química conduzindo K+ para fora da célula. Quando a diferença de potencial através da membrana da célula alcança este ponto, não há nenhum movimento fluido de K+ em nenhuma direção e o sistema é considerado em estado de equilíbrio.
2.3.2. O estabelecimento da diferença de potencial elétrico através da membrana dificulta a saída dos íons K+ remanescentes da célula.
3. PONTO DE EQUILÍBRO
3.1. Para uma célula em que existe apenas uma espécie iônica permeante, o potencial de repouso da membrana será igual ao potencial de equilíbrio para esse íon.
3.1.1. Espécie iônica permeante única: apenas um tipo de íon que consegue atravessar a membrana.
3.2. Quanto mais acentuado é o gradiente de concentração, maior o potencial elétrico que o equilibra deve ser.
4. TANTO O K+ QUANTO O Na+ CONTRIBUEM COM O POTENCIAL DE REPOUSO DOS NEURÔNIOS
4.1. A permeabilidade ao Na+ é a principal razão pela qual o potencial de repouso da membrana é diferente do potencial de equilíbrio do potássio.
4.1.1. O potencial de equilíbrio do sódio — a diferença de potencial elétrica através da membrana celular que equilibra exatamente o gradiente de concentração de Na+ — será positivo. Então, em um sistema onde o Na+ é o único íon permeante, o potencial da membrana será positivo.
4.2. PERMEANTES
4.2.1. Na+ vai tentar alterar o potencial da membrana em direção ao seu potencial de equilíbrio (positivo).
4.2.2. K+ vai tentar alterar o potencial da membrana em direção ao seu potencial de equilíbrio (negativo).
4.3. O potencial da membrana real estará entre o potencial de equilíbrio do Na+ e o potencial de equilíbrio do K+. No entanto, o potencial da membrana real será próximo ao potencial de equilíbrio do íon com maior permeabilidade, ou seja, aquele que pode atravessar a membrana mais facilmente.
5. ABERTURA E FECHAMENTO DOS CANAIS DE ÍONS ALTERA O POTENCIAL DE MEMBRANA
5.1. A alteração do número de canais iônicos abertos fornece uma maneira para controlar o potencial da membrana da célula e uma ótima maneira de produzir sinais elétricos.
5.1.1. Se mais canais de potássio se abrirem, a membrana iria se hiperpolarizar, ficando ainda mais perto do potencial de equilíbrio do potássio.
5.1.2. Se os canais de sódio adicionais se abrirem, a membrana celular seria despolarizada em direção ao potencial de equilíbrio do sódio.
6. POTENCIAL DE REPOUSO
6.1. Despolarizada: se o potencial da membrana se torna mais positivo do que está no potencial de repouso.
6.2. Hiperpolarizada: se o potencial da membrana se torna mais negativo do que está no potencial de repouso.
6.2.1. Todos os sinais elétricos que os neurônios usam para comunicar são despolarizações ou hiperpolarizações do potencial de repouso da membrana.
7. DE ONDE VEM O POTENCIAL DE REPOUSO DA MEMBRANA?
7.1. Íons carregados positivamente (cátions): Sódio (Na+) e potássio (K+).
7.2. Íons carregados negativamente (ânions): Cloreto (Cl-) e ânions orgânicos.
7.2.1. Na maioria dos neurônios, K+ e os ânions orgânicos (tais como aqueles encontrados em proteínas e aminoácidos) estão presentes em maior concentração no interior da célula do que fora dela. Em contraste, o NA+ e Cl- geralmente estão presentes em altas concentrações fora da célula. Isso significa que existe um gradiente de concentração estável através da membrana para todos os tipos mais abundantes de íon.
8. COMO OS ÍONS ATRAVESSAM A MEMBRANA?
8.1. Usam canais proteicos especializados que fornecem um túnel hidrofílico que atravessa a membrana.
8.1.1. TIPOS DE CANAIS
8.1.1.1. Canais de potássio: permitem a passagem de K+.
8.1.1.2. Canais de sódio: permitem a passagem de Na+.
8.1.2. Alguns canais, conhecidos como canais de vazamento, são abertos em neurônios em repouso. Outros estão fechados em neurônios em repouso, e só abrem em resposta a um sinal.
8.1.2.1. Nos neurônios, o potencial de repouso da membrana depende principalmente do movimento de K+ através dos canais vazantes de potássio.
9. O POTENCIAL DE MEMBRANA É EQUIVALENTE AO POTENCIAL DE EQUILIBRO DO K+?
9.1. Nas células gliais, que fornecem suporte às células do sistema nervoso, o potencial de repouso da membrana é igual ao potencial de equilíbrio do K+.
9.2. Nos neurônios, o potencial de repouso da membrana é próximo, mas não idêntico ao potencial de equilíbrio do K+. Em condições fisiológicas, os potenciais de repouso da membrana dos neurônios são ligeiramente menos negativos que o potencial de equilíbrio do K+.
9.2.1. Isso significa que, em um neurônio, outros tipos de íons além do K+ devem contribuir significativamente para o potencial de repouso da membrana.
10. A BOMBA DE SÓDIO-POTÁSSIO MANTÉM OS GRADIENTES DE Na+ e K+
10.1. Os gradientes de concentração de Na+ e K+ através da membrana da célula (e, portanto, o potencial de repouso da membrana) são mantidos pela atividade de uma proteína chamada Na+-K+ATPase (bomba de sódio-potássio). Se a bomba for desligada, os gradientes de concentração Na+ e K+ se dissiparão e o potencial da membrana também.
10.2. Ao contrário dos canais de potássio e de sódio, a bomba de sódio-potássio não fornece apenas uma direção para que Na+ e K+ movimentem seus gradientes eletroquímicos. Em vez disso, ela transporta ativamente essas substâncias contra seus gradientes eletroquímicos.
10.2.1. A energia para esse movimento vem da hidrólise do ATP. Para cada molécula de ATP que é quebrada, 3 íons de Na+ são movidos do interior para o exterior da célula, e 2 íons de K+ são movidos do exterior para o interior.
10.3. CONTRIBUIÇÕES DA BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO
10.3.1. Direta: como os 3 Na+ são exportados para cada 2 K+ trazidos para o interior da célula, a bomba faz uma pequena contribuição direta com o potencial de repouso da membrana (tornando-a um pouco mais negativa do que seria).
10.3.2. Indireta: ela mantém os gradientes de Na+ e K+ estáveis, os quais dão origem ao potencial da membrana à medida que Na+ e K+ diminuem seus respectivos gradientes de concentração através de canais de vazamento.