Q1 - ICB-USP

Curso de Pós-graduação em Eletrofisiologia
2014
Q1. Considere um sistema de dois compartimentos rígidos, 1 e 2, separados por uma membrana
permeável a K+ e a Cl- e impermeável ao ânion A e à água. As concentrações iniciais, em mM,
nos dois compartimentos são dadas na tabela
1
2
A100 0
Cl50
150
K+
150 150
 Os íons estão em equilíbrio? Discuta quais seriam, para estas concentrações, as condições
de equilíbrio para cada um deles
 Se o sistema não estiver em equilíbrio, qual serão as direções dos fluxos resultantes e
quais serão as condições finais do equilíbrio atingido.
 Qual será a diferença de potencial elétrico entre os dois compartimentos no equilíbrio.
AClK+
1
100
2
0
Q2. Suponha um neurônio de um molusco marinho. As concentrações intra e extracelulares dos
íons permeantes é dada na tabela:
Intracel. Extracel.
(mM)
(mM)
K+
168
6
Na+
50
337
Cl41
340
 Nas presenças de bloqueadores de canais para K+ e para Na+, simultâneas, qual será a
diferença de potencial elétrico na membrana. Assumindo um valor qualquer de
permeabilidade a Cl-, desenhe a relação entre a corrente e voltagem de membrana
modificada em um experimento de "voltage clamp". Há retificação? Discuta-a. Discuta
também o valor de potencial de membrana no qual a direção da corrente muda.
 Removendo-se os bloqueadores dos canais para Na+ e K+, restabelecem-se as relações de
permeabilidade, que são de PK:PNa:PCl=1:0,019:0,381. Qual será a diferença de potencial na
nova condição. A condição agora é de equilíbrio? Se não, como será mantida?
Q3 Limiar, Recuperação da inativação. No corpo celular de um neurônio o potencial de repouso é de -65
mV e o limiar para o disparo do potencial de ação é de -35 mV. Explique o que define este valor para o
limiar. Considere, em seguida, o mesmo neurônio despolarizado para -60mV, seja por ação persistente de
sinapses excitatórias, seja por uma elevação da concentração extracelular do K +. Compare os potenciais
de ação disparados a partir de potenciais de repouso de -65 mV e de -60 mV. Explique as diferenças.
Q4. Dois axônios longos, A e B, são mostrados na figura. Ambos têm os canais para Na +
localizados nas áreas assinaladas, correspondentes aos nós de Ranvier. Entre as regiões a
condução depende das propriedades passivas do axônio. Um potencial de ação de duração
longa (3 * m) é disparado à esquerda. O potencial de repouso nos axônios é de -70mV e o pico
do potencial de ação atinge 30 mV. A próxima região de canais para Na + está localizada a 2
(constante de espaço) na região que está disparando o potencial de ação.
 Assumindo um limiar de -50 mV, o potencial de ação se propagará para a direita,
produzindo um outro potencial de ação? Explique.
 Em B membrana extras envolvem o axônio (célula de Schwann) aumentando a resistência
de membrana de um fator de 4. O potencial de ação se propagará para a direita? Explique.
 Como ficariam as respostas às questões anteriores se o diâmetro da fibra fosse aumentado
de duas vezes, mantendo-se a resistência específica da membrana e a resistividade do
axoplasma?
Q5. Considere o potencial ação no soma de um neurônio, mostrado na figura abaixo
Elabore as alternativas de canais iônicos que, combinados, resultariam em um transiente elétrico
destes. Qualitativamente, mostre, para cada modelo,
como as correntes iônicas se
expressariam em um experimento de "voltage clamp". Do que se sabe sobre bloqueadores
sugira os que pudessem interferir em um ou outro modelo para este potencial de ação.
2
3
1
4
Q6. A figura reproduz as correntes pela membrana de um axônio gigante de lula, submetido
a"voltage clamp", em solução de composição próxima à do meio interno do animal. O potencial
de membrana é rapidamente levado de -70 mV para 0 mV.
Desenhe gráficos semelhantes, explicando
as diferenças, nas seguintes condições
experimentais TTX é adicionado à solução banha o axônio.
 TEA é adicionado ao interior do axônio.
 A concentração de Na+ no banho é ajustada de modo a ser igual à concentração do
citoplasma.
 A concentração extracelular de K+ é elevada e igualada à concentração intracelular.
 Ouabaína é adicionada ao banho vários minutos antes do experimento.
 O experimento é repetido nas mesmas condições que o controle, porém a membrana é
mantida em -55 mV antes do pulso para 0 mV.
 Proteases são acrescentadas à solução intracelular por curto intervalo de tempo. Estas
protease cortam as terminações N de boa parte dos canais para Na+.
Q7. Na figura tem-se correntes por canal unitário, em "patch” excisado, na configuração "insideout". Corrente passando pelo canal corresponde a deflexões para baixo. No conjunto o ATP na
concentração indicada é acrescentado ao banho. Em b adiciona-se ao banho AMP-PNP, um
derivado não hidrolizável do ATP. Os registros são feitos com KCl 140 mM em ambas as
soluções, pipeta e banho. A diferença de potencial é mantida em -70mV (face citoplasmática
negativa)
 A que tipo de canal este que aqui se expressa pertence?
 Com base na identificão proponha a estrutura primária para este canal.
 Como se poderia calcular a probabilidade de abertura deste canal.
 Variando a diferença de potencial como variaria a corrente por este canal? Há alguma
circunstância em que poder-se-ia detectar retificação?
 Como ficaria a relação I-V (em termos qualitativos, é óbvio), se a concentração do K+ na
solução do banho (correspondente à intracelular) fosse reduzida para 50 mM?
 Que funções canais deste tipo poderiam cumprir em um fenótipo celular?
Q8. Correlacione o modelo de Hodgkin-Huxley para a condutância a Na+ e a K+ de axônios com
o conhecimento atual da estrutura e modelo dos canais, apontando as coincidências e as
divergências. Tente analisar como as divergências não impediram que o modelo simulasse
aceitavelmente o potencial de ação nos axônios.
Q9. A relação I-V abaixo é a de uma população de canais para Ca2+ :
 A que família pertencem os canais? Como, dentro da família, poder-se-ia distinguir o tipo?
 Discuta a relação I-V: o potencial de reversão, as diferentes condutâncias para as
diferentes voltagens.
 Investigue o efeito do isoproterenol. Qual seria o significado para a fisiologia celular de um
efeito deste tipo.
 Reveja a estrutura dos canais para Ca2+ dependentes de Ca2+ , comparando com a de
outros canais para cátions, dependentes de voltagem.
Q10. Desenhe e analise um circuito elétrico equivalente para a membrana celular que inclua as
condutâncias e forças motrizes para Na+, K+ e Ca2+ , a corrente da bomba de Na+-K+, e a
capacitância de membrana. Discuta as relações entre condutância e permeabilidade. Ao
expressar a diferença de concentração para um íon como força eletromotriz que fundamento
termodinâmico se utiliza. Avalie a contribuição direta e indireta da bomba. Investigue como a
capacitância interfere nas variações da diferença de potencial elétrico de membrana.
Q11. Suponha um circuito com resistência e capacitância em paralelo, de 50 MΩ e de 20 pf,
respectivamente. O circuito é explorado medindo-se a corrente para pulsos retangulares de
voltagem, num intervalo de -100 a 100mV. A duração dos pulsos é suficiente para se ter um
valor estável das correntes. Entre os pulsos o potencial é mantido em 0 mV. Os pulsos são
sucessivos, crescentes, de 10 em 10 mV. O “voltage clamp” é efetuado por um conversor
corrente voltagem e a resistência de acesso ao circuito incógnito é de 10 MΩ. Para cada pulso,
discuta o padrão qualitativo das correntes. Construa relação I-V, e discuta o significado, para a
parte estável da corrente.
Q12. Em uma área de membrana há 100 canais para Na+. A condutância de cada canal é de
10pS. Trace a relação I-V para a área de membrana considerando um potencial de reversão de
35mV e que a probabilidade do estado aberto dos canais varia com o potencial de membrana
segundo uma função de Boltzmann, cujo V0.5 é de -25 mV e cuja inclinação é de 20 mV/e
(k=20). Calcule a relação I-V para pulsos crescentes, em 10mV, entre -100 e 100mV. Entre os
pulsos mantém o potencial de membrana em -90 mV, por tempo suficiente para a transição
completa do estado inativado para o estado fechado. Em que parte da curva a variância do sinal
é maior? Por que?