Bioeletricidade

Apresentação

Em seres humanos e animais, a eletricidade se faz presente, atuando no funcionamento das células. Isto é possível graças à diferença de potencial existente na membrana celular e esta é usada para controlar os íons que se encontram no meio intra e extracelular. Portanto, neste conteúdo serão tratados conceitos básicos de eletricidade, os quais servirão como base para explicar os fenômenos elétricos manifestados pelas células.

OBJETIVOS
  • Usar conceitos de eletricidade para explicar os fenômenos elétricos das células.
  • Fazer comparações entre pilha elétrica e célula.
  • Compreender a importância da diferença de potencial nas células.

Ficha técnica

Unidades didáticas às quais este conteúdo pode pertencer:
  • Eletrodinâmica
Outros conteúdos que podem se relacionar a este:
  • Vazão
  • Potência
  • Lei de Ohm
  • Corrente elétrica
  • Resistores
  • Energia elétrica
Níveis de ensino apropriados:
  • Ensino médio e Superior

Créditos

Autores:
Coordenação pedagógica: Profª. Dr. Valeria Iensen Bortoluzzi
Coordenação técnica: Prof. Ms. Iuri Lammel
Instituição: Centro Universitário Franciscano
Data de publicação: Março de 2015
Local: Santa Maria, RS
Como citar este conteúdo:
MAIS UNIFRA. Bioeletricidade. Santa Maria, RS: Unifra, 2015. Online. Disponível em: http://maisunifra.com.br/conteudo/bioeletricidade/.

Bibliografia

Bibliografia que embasa este conteúdo:
  • DURÁN, J. E. R. Biofísica: fundamentos e aplicações. São Paulo: Pearson. 2010.
  • JÚNIOR MOURÃO, C. A.; ABRAMOV, D. M. Curso de Biofísica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009.

Espaço do professor

Olá, professor!
A seção Ideias e Propostas tem você como foco, ao fornecer sugestões de trabalho, em diferentes contextos, com os conteúdos que você encontra no MAIS Unifra. O documento que você vai acessar não é um plano de aula, por isso não pode substituir seu planajemento pessoal. Mas você poderá ter boas ideias a partir das nossas.
Aproveite este espaço e bom trabalho!

Introdução

A natureza é composta por elétrons, prótons e nêutrons, que constituem os átomos. Os elétrons e prótons têm caracteristicas distintas, como o valor da carga elétrica, que para os elétrons vale -1,602 x 10-19 C e para os prótons vale +1,602 x 10-19 C. No entanto, um átomo é conhecido como sendo eletricamente neutro quando possui o mesmo número de elétrons e prótons. Como podemos perceber pelo valor da carga elétrica dos elétrons e prótons, as partículas podem apresentar cargas elétricas positivas ou negativas. Consequentemente, se um conjunto de partículas carregadas estiver interagindo, as forças elétricas que surgem entres elas poderão ser atrativas, quando as cargas elétricas das partículas apresentarem sinais opostos, e repulsivas, quando as cargas elétricas das partículas apresentarem mesmo sinal.

As células que fazem parte do corpo humano são constituídas por íons, em diferentes concentrações no meio intra e extracelular separadas pela membrana celular. É possível medir o potencial de uma membrana celular, ou seja, a diferença de potencial entre os meios intra e extra celular, quando elas estão eletricamente carregadas, sendo que este potencial é importante para manter as concentrações iônicas que fazem parte da célula.

Para entender o funcionamento de uma célula, é possível fazer uma comparação entre uma pilha e a célula. Assim como a pilha, a célula também possui dois pólos, sendo um positivo e outro negativo, o que possibilita as trocas iônicas entre a parte interna e externa da célula (DURÁN, 2010)

Comparando a pilha com a célula

Como é de conhecimento da maioria das pessoas, uma pilha comum possui pólos positivos e negativos, ou seja, no pólo positivo há falta de elétrons, enquanto que no pólo negativo há excesso de elétrons, e quanto maior for essa diferença entre estes pólos, maior será o transporte de corrente entre um pólo e o outro. Para o caso de uma célula, esta também possui um pólo que é chamado positivo e o outro negativo, porém estes pólos estão localizados no meio intra e extracelular, sendo que o pólo positivo localiza-se no meio extracelular enquanto que o pólo negativo está localizado no meio intracelular. Por este motivo, é possível, assim como em uma pilha elétrica, medir a diferença de potencial por meio da membrana celular.

A figura abaixo ilustra uma pilha celular. Uma diferença de potencial de aproximadamente -70 mV é estabelecida entre o pólo negativo (intracelular) e o pólo positivo (extracelular).

Ilustração de uma pilha celular. A imagem mostra a concentração de íons com falta de életrons no meio intracelular
(pólo negativo) e íons com excesso de elétrons no meio extracelular (pólo positivo) (JÚNIOR MOURÃO; ABRAMOV, 2009).


Medindo o transporte iônico

Para medir a quantidade de íons que são transportados através da membrana celular é necessário lembrar que esta apresenta permeabilidade seletiva para determinados íons. Isto pode ser diferenciado em: permeável a pequenos íons inorgânicos e monovalentes, pouco permeáveis a íons multivalentes e impermeável a íons orgânicos e proteínas.

Nas células biológicas, as concentrações de um mesmo íon são diferentes em meios intra e extracelular, o que acarreta em uma diferença de potencial através da membrana. Esta diferença de potencial, conhecida como potencial de Nernst, pode ser medida por meio da expressão:

onde VN é o Potencial de Nernst, K corresponde à constante de Boltzmann e vale 1,38 x 10-23 J/K, T é a temperatura em Kelvin, q é carga do íon, C(1) é a concentração iônica do meio interno e C(2) é a concentração iônica do meio externo.

Para células biológicas, podemos reescrever a expressão acima como sendo:

Neste caso, N corresponde à valência do íon que pode ser positivo ou negativo, dependendo se o íon analisado é ânion (excesso de elétrons) ou cátion (falta de elétrons) (DURÁN, 2010).

Potencial de repouso e ação

A diferença de potencial em uma célula não é alterada quando as forças elétricas entre os meios intra e extracelulares estão em equilíbrio, e isso é possível quando os canais da membrana estão fechados. Neste caso, podemos dizer que a célula está em repouso e o potencial da célula é conhecido como potencial elétrico de repouso da membrana celular.

O potencial de repouso da membrana pode variar de célula para célula, ou seja, as células musculares possuem um potencial de repouso da ordem de -90 mV, enquanto que nos neurônios esse valor varia de -70 a -80 mV. Já nas células epiteliais o potencial de repouso chega a -50 mV.

Com esses valores dos potenciais de repouso, pode-se concluir que todas as células do corpo humano mantêm uma ddp de repouso. Essa ddp é importante nas células, possibilitando que ocorra fluxo de corrente elétrica entre as células, ou seja, a ddp possibilita que os músculos esqueléticos sejam contraídos, o coração bombeia o sangue e os nervos podem transmitir impulsos.

Porém, em algumas situações fisiológicas, a célula poderá sair do repouso elétrico. E quando isso ocorre? Essas alterações no potencial da membrana são determinadas pela passagem de íons pela membrana, que estão condicionadas a várias condições físicas e químicas do meio, como campo elétrico, pH, tensão mecânica sobre a membrana, temperatura, entre outros (JÚNIOR MOURÃO; ABRAMOV, 2009) .

Potencial de Ação: é a variação brusca no potencial de repouso por meio de trocas iônicas que ocorrem entre os meios intra e extracelulares e têm duração de milisegundos. Esse potencial é dividido em quatro fases, conhecidas como despolarização, repolarização, hiperpolarização e repouso.

A despolarização da célula ocorre quando o meio intracelular é constituído por íons com falta de elétrons e o meio extracelular é constituído por íons com excesso de elétrons, ou seja, o meio intra que inicialmente era negativo torna-se positivo e o meio extracelular que era positivo torna-se negativo.

A fase de repolarização celular ocorre quando a bomba de sódio-potássio entra em ação, levando sódio para o meio extracelular, e potássio para o meio intracelular, esta fase é de suma importância para que a célula retorne às condições iniciais (antes da excitação celular). No entanto, com a entrada de íons de potássio em excesso, a célula atinge a fase de hiperpolarização, ficando com concentrações iônicas no meio intracelular, com mais excesso de elétrons que inicialmente. Finalmente, a célula retorna à fase de repouso, ou seja, a ddp da célula volta ao seu valor inicial, antes da excitação celular.

Objeto de aprendizagem externo

Para aprender ainda mais, você pode acessar este recurso do laboratório Phet, da Universidade do Colorado (EUA). Ao clicar no link abaixo, será feito o download de um arquivo. Para executar o arquivo baixado, será necessário ter em seu computador o programa Java.

Aplicações práticas

É possível registrar a bioeletricidade no corpo humano, pois sabemos que uma célula funciona como uma bateria elétrica, então é possível registrar a ddp em um circuito celular e para isso é necessário um multímetro, mas esse multímetro deve ser muito sensível, pois as correntes elétricas dos circuitos celulares apresentam baixa voltagem, ou seja, da ordem de milivolts ou microvolts. Porém, o circuito de células é formado por neurônios ou fibras musculares. Então, pode-se registrar a ddp que se estabelece em um circuito de neurônios por meio de um multímetro que é denominado de eletroencefalógrafo. Já o registro da ddp que se estabelece em um circuito de fibras musculares do coração é feito pelo multímetro denominado eletrocardiógrafo (JÚNIOR MOURÃO; ABRAMOV, 2009).

O eletrocardiograma é um registro da diferença de potencial elétrico entre dois pontos no coração. Este registro oscilante, gerado a partir da despolarização e repolarização, devido aos movimentos cardíacos com o passar do tempo, tem como resultado um gráfico no formato de onda, que possui significado particular na área médica. Da mesma forma, o eletroencefalograma registra a movimentação de cargas elétricas, causadas por uma diferença de potencial entre pontos distintos no encéfalo. O exame é realizado com eletrodos conectados à cabeça do paciente e seu resultado gráfico também se assemelha a uma onda, que é interpretado por profissionais da área.

Saiba mais

Para aperfeiçoar seus conhecimentos sobre transporte em membranas, acesse este conteúdo sobre Transportes Transmembranares.

Atividades

Observação

Para a solução desta atividade, você precisará utilizar a calculadora do Windows, na sua versão científica/avançada.

MAIS

Para aperfeiçoar seus conhecimentos sobre transporte em membranas, acesse o link abaixo:

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Uma resposta para Bioeletricidade

  1. Teste de funcionamento – Bioeletricidade

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