Funcionamento dos Fenômenos Elétricos das Células

Canais Iônicos
Por exemplo na membrana celular neural (membrana dos neurônios), existe canais iônicos para passagem de cátions como Sódio (Na+), Cálcio (Ca++) e Potássio (K+), e também para passagem do ânion Cloreto (Cl-).

Bomba de Na+/K+
A bomba de sódio e potássio é um mecanismo de transporte de cátions pela membrana, a parte dos canais iônicos, pois age inclusive de forma diferente. Ela propicia um transporte ativo.

Ou seja a bomba manda 3 cátions de Na+ para fora da célula e 2 de K+ para dentro, gastando energia.
É necessário o gasto de uma molécula de ATP a cada novo funcionamento da bomba, pois a concentração de sódio no meio extracelular é alta e empurrando mais Na+ para fora é difícil, isso é chamado de transporte contra o gradiente de concentração.
Onde os cátions são enviados para onde a concentração deles é mais alta, sendo que para isso é necessário o gasto de energia.

O potássio também tem seu transporte feito pela bomba, contra seu gradiente de concentração.




Concentração de Íons
O Na+, Ca++ e o Cl- existem em maior concentração no meio extracelular (fora da célula), por isso tendem a entrar nela (sofrem influxo), entrando pelos seus devidos canais iônicos.

Porém o Potássio existem em maior concentração dentro da célula, por isso tende a sair dela, indo ao meio extracelular (sofre efluxo).




Condições de Repouso

Em condições de repouso os canais de Sódio, Cálcio e Cloreto se mantém fechados, não deixando nenhum deles entrar na célula.

No entanto os canais de Potássio permanecem abertos no repouso.
Assim tem uma saída constante de K+ da célula para o meio extracelular. Essa saída de cargas positivas deixa a célula mais negativa dentro do que fora, tendo uma diferença de potencial elétrico de 70-90mV (milivolts).

No caso do neurônio, é 70 mV a diferença, ficando -70mV mais negativo dentro do que fora da célula.
Forma-se assim um gradiente elétrico.

Nesse momento que o neurônio está em repouso, ele é chamado de estado polarizado, pois existe a polarização entre os dois lados da membrana, um lado ficando negativo (o interior) e o lado exterior ficando positivo.

A saída de potássio não é completa, pois ele sairá até que a concentração desse cátion fique equilibrada entre os dois lados da membrana.

Então como ele é sempre mandando para dentro da célula pela bomba de Na+/K+, ele logo sai o suficiente para se manter em equilíbrio.

Normalmente esse equilíbrio químico de potássio não é completo, não existindo a mesma quantidade exata de potássio dos dois lados da célula (no meio extracelular e intracelular).

Porque a saída de potássio também é parada pelo gradiente elétrico (não só pelo gradiente químico, que é a diferença de concentração de potássio dentro e fora da célula), sendo que o excesso de cargas positivas fora faz com que ocorra uma repulsão com o Potássio que tenta sair por efluxo, permitindo somente que uma certa quantidade saia até alcançar um equilíbrio que mantém normalmente como já dito, em torno de 70 a 90 mV de diferença de cargas entre a membrana.

Alcançando assim o equilíbrio elétrico da célula, mantendo o estado de repouso.



Excitação Celular


Para sair do estado de repouso tem que haver uma excitação dessa célula.

Nos neurônios por exemplo a excitação começa pela ativação de receptores no terminal pós-sináptico por um neurotransmissor.

Esse neurotransmissor quando ativa receptores em um neurônio, pode começar um processo que resultará no aumento da permeabilidade da membrana a cátions mais concentrados no meio extracelular, principalmente o Sódio.
Ou seja, os canais de Na+ começam a se abrir e o Sódio, por difusão, entra no neurônio.
(São chamados de receptores acoplados a canais iônicos, eles resultam na abertura desses canais e consequente excitação dessa célula)

Quando esse estado de excitação, que modifica a permeabilidade da membrana, chega em um terminal pré-sináptico, ocorre entrada principalmente de Cálcio, que ajuda em processos de ativação de vesículas cheias de mais NT (neurotransmissores), a serem acopladas à membrana e por exocitose, liberarem esses NT para a sinapse e começarem assim um novo ciclo de excitação e despolarização em um novo neurônio.


Porém existe receptores acoplados a certos canais iônicos que causarão um estado inibitório nessas células, aumentando sua diferença de potencial (aumentando as cargas negativas dentro em comparação a fora), dificultando uma próxima e possível excitação dessa célula de ocorrer.

Esses receptores são acoplados a canais de Cloreto ou de Potássio, aumentando quando ativados, a permeabilidade desses íons pela membrana, que agirão de acordo com seu equilíbrio tanto químico quanto elétrico.

Com maior permeabilidade para o Cl-, ele entrará na célula por existir em maior concentração no meio extracelular, buscando um maior equilíbrio químico.

Com a maior permeabilidade de potássio, ele poderá ter mais espaço para sair, buscando um maior equilíbrio químico e também negativando ainda mais o interior da célula.

Isso é chamado de estado inibitório ou hiperpolarização, existem certos NT que provocam fisiologicamente esse estado em neurônios. 



Despolarização


Quando a despolarização da membrana atinge cerca de 30 mV, pela entrada de cargas negativas abaixarem a diferença de cargas entre os dois lados da membrana.
Nesse ponto a inversão de polaridade torna-se mais abrupta, sendo gerado o chamado potencial de ação.

Que irá se propagar pela célula, causando a abertura de cada vez mais canais sódio voltagem-dependentes.
Que causará a despolarização e gerará potencial capaz de seguir depolarizando, cada vez uma nova parte do neurônio, seguindo até chegar em um de seus terminais pré-sinápticos.

Então Geração de Potencial é: Quando chega-se a uma quantidade de cargas positivas dentro da célula que é capaz de propagar essa despolarização que ocorreu nessa parte da célula, para outras partes da membrana, próximas a ela.

Isso ocorre por essa quantidade de cargas positivas dentro, ser capaz de abrir canais de sódio voltagem-dependentes, com facilidade o bastante, que passa até a abrir alguns mais distantes do local onde a despolarização ocorreu.




Canais Iônicos Dependentes de Voltagem

São canais que servem para propagar o potencial de ação pela célula, já que se abrem devido a modificação da polarização da membrana.

Os canais que permitem a entrada de Cálcio, nos terminais pré-sinápticos, são canais de cálcio voltagem-dependentes.

Quando a despolarização chega até eles, eles passam a permitir a passagem de cálcio, que pela sua concentração alta no meio extracelular, passa a entrar na célula.