Fenômenos elétricos na célula, Notas de estudo de Ciências Biologicas

Baixe Fenômenos elétricos na célula e outras Notas de estudo em PDF para Ciências Biologicas, somente na Docsity!

Denilson C. Resende resendedc@gmail.com

Nesta seção veremos

 Introdução  Potencial elétrico  Potencial de repouso  Capacitores  Origem do potencial de repouso  Concentração iônica dentro e fora da célula  Corrente elétrica  Difusão  Equação de Nernst-Planck  Equilíbrio de Donnan  Concentração iônicas e Potenciais de repouso observados  Bomba de sódio

Potencial elétrico

 Seja uma distribuição de cargas em uma superfície S, como figuras abaixo

A distribuição de cargas, gera um campo ao seu redor, que se colocarmos uma carga q, ela sentirá uma força de origem elétrica dado por

Carga de prova, sujeita a uma força elétrica, devido a ação do campo elétrico.

Potencial elétrico

Por outro lado, sabemos que W = ΔK

Quando não há forças dissipativas, a energia total do sistema é conservada, que chamamos de energia mecânica E= ΔK + ΔU ΔU = Energia potencial elétrica

Assim, havendo variação de energia cinética, haverá também variação de energia potencial, com isso:

Potencial de repouso

 O líquido no interior de uma célula e o fluido extracelular, há uma diferença de potencial, denominado potencial de membrana.  Agora vamos pensar em uma célula, conforme figura ao lado,

ΔV= V – V 0

Fazendo V 0 = 0, temos ΔV= V

Uma carga elétrica ou íon se desloca no sentido das linhas de força. Mas afinal o que isso tem a ver com biologia e interação celular?

V

V 0

Membrana Celular

Potencial de repouso

Na maioria das células, o potencial de membrana V permanece inalterado, desde que não haja influências externas. Quando a célula se encontra nessa condição, dá-se o nome de potencial de membrana V e o potencial de repouso representado por V 0.

Capacitores

 Seja duas placas com uma quantidade de carga Q.

como as cargas estão distribuídas na superfície, com isso, vamos introduzir o conceito de densidade de carga σ, que é definido como:

O campo na superfície do capacitor é dado por:

Capacitores

Mas sabemos que a diferença de potencial é dada por , Substituindo o valor encontrado para o campo elétrico E, temos

Fazendo V 0 = 0

Chamando de c = capacitância

Bom o que isso tem a ver com biologia?

Origem do potencial de repouso

 Com isso Membrana celular

Dentro da célula

Fora da célula

Será o que acontece se aumentar a concentração iônica dentro ou fora da célula?

Preguiçoso

Concentração Iônica dentro e fora da célula

 As concentrações iônicas nos fluidos dentro e fora das células são bem diferentes. Na parte interna a concentração de é bem maio que na parte externa, o oposto ocorre com os íons Devido a mobilidade dos íons, o fluido deve ser neutro. Para uma célula

muscular de uma rã, temos para o íon K 

Cl  e Na 

K 

2 , temos (1) extracelul ar e(2) intracelul ar

1 1

2

Cl

Cl K

K C

C C

C 

Concentração Iônica dentro e fora da célula No ítem anterior foi obtida a densidade de carga σ. Para uma área de A carga elétrica em cada uma das superfícies da membrana considerada é

C

K

x x m x C m

Q x C

m

íons x m

x x íons l

mol CK

• 19
  • 10 2 13 2

4

3

25 3 3

23 2

1e 1,6x

A carga elétrica de umíon é

7 , 7 10 6 10 4 , 6 10

7 , 5 10 10

0 , 124 6 , 02 10 0 , 124



 

  



 



6 x 10 ^10 m^2

Concentração Iônica dentro e fora da célula

3 , 9 10 1 7 , 5 10

2 , 9 10

A razãoentreeles é

os valores obtidos para e nesteítemsão típicos.

2 , 9 10 1,6x

4 , 6 10

5 10

6

6

• 19

13

   



   





x x

x N

N

N N

x íons C

x C e

N Q

Com isso

K

K Esse resultado mostra que apenas uma fração muito pequena dos íons presentes na célula permanece na superfície da membrana, criando o potencial V

Corrente elétrica

Se houver uma diferença de potencial ΔV entre dois pontos de um condutor, haverá nele uma corrente elétrica i. Defini-se resistência elétrica R como:

A cada instante pode-se definir a densidade de corrente elétrica por unidade de área como

( ohms ) Ampere

Volt i

V R (^)    

  

   

A

i

j 

A corrente em um metal se dá pelo deslocamento de elétrons numa solução eletrolítica ao deslocamento de íons

Difusão iônica  Consideramos que a solução iônica como exemplos de condutores elétricos, as concentrações foram consideradas uniformes e homogêneas. Quando isso não ocorrer, haverá uma difusão que poderá uniformizar estas concentrações. O processo de difusão, numa solução a uma temperatura T(K), está relacionada ao movimento de agitação térmica dos íons.