Potencial de repouso

O potencial de repouso descreve a voltagem através da membrana celular de uma célula em repouso. 

O potencial de repouso descreve o estado do potencial negativo de uma célula nervosa não excitada. Esse potencial negativo pode ser atribuído a um desequilíbrio de carga dos íons entre o espaço extracelular e o citoplasma.
Sem a manutenção do potencial de repouso, a transmissão dos impulsos nervosos no âmbito do potencial de ação não seria possível.

Se você medir a voltagem do interior da célula de um axônio de uma célula nervosa, obterá um potencial negativo de cerca de -70 mV (milivolt). Isso é causado por uma distribuição desigual da concentração de íons fora e dentro do axônio.

Dentro da célula do axônio estão principalmente K ⁺ (potássio) e A ^–(ânions orgânicos). Fora da membrana, são encontrados principalmente íons Na ⁺ (sódio) e Cl ^– (cloreto). O interior e o exterior da célula são separados um do outro por uma membrana semipermeável .

As células nervosas e as células musculares podem estar em dois estágios. Eles podem estar descansando ou excitados. Isso significa o potencial elétrico de uma célula.

O potencial de repouso descreve o potencial de membrana de uma célula em repouso. Este estado de calma pode ser alterado por uma excitação temporária. Então se fala de umpotencial de acção.

Está em um estado desanimado citoplasma de uma célula carregada negativamente em relação ao seu ambiente.

Um potencial elétrico é criado pela distribuição desigual de íons. Para que isso seja possível, é necessário um quarto fechado do lado de fora. No caso de uma célula, o membrana celular como tal barreira.

Tanto em citoplasma uma célula, bem como fora da membrana celular uma certa concentração de íons é predominante. no citoplasma Em uma célula você encontrará uma alta concentração de íons de potássio carregados positivamente (K ⁺ ) e ânions carregados negativamente. Os ânions são vários íons de proteínas e aminoácidos (na figura A ^– ).

Fora da célula existem principalmente íons sódio carregados positivamente (Na ⁺ ) e íons cloreto carregados negativamente (Cl- ⁾ diretamente  na membrana .

Quatro fatores desempenham um papel importante na manutenção do potencial de repouso:

• Gradiente químico Os íons lutam pelo equilíbrio das partículas devido ao movimento browniano. 
• Gradiente elétrico Não apenas as partículas tendem a se equilibrar, as cargas elétricas também tendem a se equilibrar. 

Uma vez que os gradientes químico e elétrico não podem ser claramente separados um do outro, eles também são chamados de gradientes eletroquímicos. 

• Permeabilidade seletiva Os íons são impedidos de distribuição uniforme pela membrana semipermeável. A bicamada lipídica é permeável apenas a íons pequenos. Íons grandes, como íons de aminoácidos, precisam de seus próprios transportadores para membrana celular acontecer. No entanto, a célula precisa desses íons carregados negativamente para vários propósitos e os retém citoplasma. Íons de potássio, íons de sódio e íons de cloreto podem membrana celular passar por canais iônicos.
• Bomba de sódio-potássio No membrana celular Além dos canais iônicos, existem também as bombas iônicas, que são responsáveis ​​pelo transporte ativo de certos íons através da membrana. A energia, principalmente na forma de ATP, é necessária para o transporte ativo. A bomba de íons sódio-potássio transporta os íons sódio para fora da célula e os íons potássio para dentro da célula. Isso mantém o desequilíbrio de íons de sódio e potássio. 

Potencial de repouso simplesmente explicado  

Vários íons, como íons de sódio, potássio ou cloreto, ocorrem dentro e fora de nossas células . Uma distribuição diferente de íons dentro e fora da célula leva à criação de um potencial (voltagem) na membrana celular . A voltagem de uma célula não excitada é chamada de potencial de repouso. O potencial é negativo e está em torno de -70 mV em uma célula nervosa . 

Você está falando sobre o potencial de repouso de células excitáveis, como células nervosas ou células musculares. A manutenção do potencial de membrana em repouso é particularmente importante para esses tipos de células. Caso contrário, não seria possível transmitir estímulos elétricos na forma de potenciais de ação (alterações no potencial de repouso). Definição de potencial de repouso

O potencial de repouso (também potencial de repouso, potencial de membrana em repouso) descreve o potencial de membrana de uma célula excitável em repouso. 

Potencial de repouso de distribuição de íons  

A base para o potencial de repouso é a distribuição desigual de íons através da membrana celular. Então, vamos dar uma olhada na distribuição de íons em um axônio: 

• dentro da célula: alta concentração de íons potássio (K ⁺ ) e ânions orgânicos (A ^– )
• fora da célula: alta concentração de íons sódio (Na ⁺ ) e íons cloreto (Cl ^– )
• Uma membrana semipermeável (semipermeável) separa o interior e o exterior da célula

A tabela mostra em qual faixa as concentrações de íons são aproximadamente: 

Concentração de íons [mmol / l]	K +	Na+	Cl- _	A–
Dentro	155	10	5	155
Lado de fora	5	145	120	–
proporção aproximada (dentro/fora)	30 : 1	1 : 15	1 : 25	–

Você pode ver que existem íons positivos e negativos dentro e fora da célula. Isso significa que as cargas estão equilibradas lá. Mas através da membrana há uma diferença de carga que explica o potencial de repouso negativo.

Vistas individualmente, as cargas totais dentro e fora da célula são equilibradas. Significa: Dentro da célula, as cargas de K + e A – equilibram-se mutuamente ; Do lado de fora da célula, as cargas de Na + e Cl – se equilibram .
A diferença de carga entre essas duas cargas (intracelular versus extracelular) é causal para o potencial de membrana em repouso. Como já mencionado, isso se deve à distribuição desigual dos íons carregados positiva e negativamente entre o interior e o exterior da célula.

O neurônio deve primeiro acumular uma carga negativa em seu interior e depois mantê-la permanentemente. Canais de potássio, cloreto e sódio existem na membrana . No entanto, os dois últimos são fechados no potencial de repouso.

Devido ao movimento browniano, K + movimento Íons através dos canais de potássio abertos para o exterior (e apenas para o exterior; a entrada reversa é impedida pelos canais iônicos), fazendo com que o potencial de carga no axônio se torne mais negativo (correspondentemente, torna-se mais positivo do lado de fora).
Do lado de fora, no entanto, os íons Na + fluem para a célula através das chamadas correntes de fuga e, mais cedo ou mais tarde, garantiriam que as cargas no espaço extracelular e no citoplasma fossem equilibradas, o que destruiria o potencial de repouso.

A razão para isso é a difusão de partículas. Moléculas e portadores de carga sempre se esforçam para equilibrar a concentração.

As bombas de sódio-potássio
na membrana asseguram que o Na + que entra seja transportado de voltaíons. Quando o ATP é consumido, três íons Na + são transportados para fora e, em troca, dois íons K + são transportados para dentro. Desta forma, o potencial de membrana negativo de aproximadamente -70mV é mantido. Você pode descobrir por que isso é necessário com o potencial de ação

emergência potencial de repouso  

Mas como surge a diferença de potencial e por que os íons simplesmente não são distribuídos uniformemente? Vários fatores estão envolvidos na distribuição dos íons e, portanto, também na formação do potencial de repouso:

• gradiente eletroquímico: gradiente químico (gradiente de concentração) e gradiente elétrico
• permeabilidade seletiva (permeabilidade) da membrana
• Bomba de sódio-potássio

Vamos dar uma olhada em como esses fatores interagem.

Força motriz eletroquímica  

Existe um gradiente de concentração dos diferentes íons através da membrana. Os íons potássio, por exemplo, estão presentes em uma concentração significativamente maior dentro da célula do que fora (= potencial de difusão dos íons potássio). Os íons se movem aleatoriamente (= movimento browniano ) e tendem a se espalhar uniformemente. Então você quer garantir um equilíbrio de concentração . Para fazer isso, eles se movem do local de alta concentração para o local de baixa concentração ( difusão ). Se os respectivos íons podem se difundir ao longo do gradiente de concentração depende da permeabilidade da membrana. Isso ocorre porque não é igualmente permeável a todos os íons. 

Mas se , por exemplo, os íons K ⁺ carregados positivamente saem da célula, a carga dentro da célula diminui. Isso significa que um campo elétrico se acumula devido à separação de cargas . Você pode igualar isso com uma voltagem através da membrana celular. Para diminuir a tensão , as diferenças de carga tendem a se igualar. O gradiente elétrico neutraliza o gradiente químico e retém o íon potássio. Ao mesmo tempo, a carga positiva que é criada fora da célula também repele os íons K ^{+ que escapam.} Em contraste, com o íon sódio, tanto o gradiente elétrico quanto o químico apontam para o interior da célula. 

Eventualmente haverá um equilíbrio entre essas duas forças. O potencial resultante corresponde então ao potencial de equilíbrio do respectivo íon. Por exemplo, o potencial de equilíbrio do sódio (= +60 mV) ou o do potássio (= -91 mV). O potencial de membrana de repouso é determinado principalmente pelo potencial de equilíbrio do potássio. Isso se deve ao fato de a membrana ser mais permeável ao potássio em repouso devido aos canais iônicos. 

Permeabilidade seletiva  

No entanto, a membrana não é igualmente permeável para todos os íons, mas tem uma permeabilidade relativa para cada tipo de íon. No estado de repouso, a membrana celular é permeável principalmente aos íons potássio e possivelmente aos íons cloreto. A membrana é menos permeável para íons de sódio e praticamente não para os grandes ânions orgânicos.

Isso se deve aos canais iônicos na membrana, que são permeáveis ​​a diferentes íons. Em repouso, apenas os canais iônicos de potássio estão abertos. Portanto, os íons potássio são os principais responsáveis ​​pelo desenvolvimento do potencial de repouso. Eles se movem para fora através dos canais abertos. No estado de repouso, os canais de sódio na membrana estão fechados. No entanto, o sódio pode fluir através da membrana para a célula em certas quantidades. Estas são as chamadas correntes de fuga . 

Bomba de sódio e potássio  

A longo prazo, as correntes de fuga levariam à equalização de carga e não haveria potencial quiescente. Portanto, a célula precisa da bomba sódio-potássio (bomba Na K). Quando a energia é consumida, ela mantém a concentração de íons ou o potencial de membrana e bombeia os íons de sódio para fora da célula novamente. Para fazer isso, a enzima ATPase sódio-potássio transporta três íons de sódio para fora e, ao mesmo tempo, dois íons de potássio de volta. 

mantendo o potencial de repouso

Além dos íons potássio, os íons sódio e cloreto também contribuem para a manutenção do potencial de repouso. 

Devido ao gradiente de concentração, os íons cloreto se difundem do lado de fora da membrana para o interior da célula. No entanto, isso acontece apenas em pequena medida, uma vez que a membrana celular por um  lado, é apenas ligeiramente permeável aos iões cloreto. Por outro lado, o interior da membrana já está carregado negativamente. No entanto, esta distribuição de carga aumenta a diferença de potencial.

O mesmo acontece com os íons sódio. Eles também se difundem de fora para dentro ao longo de seu gradiente de concentração. No entanto, uma vez que estes são carregados positivamente, a diferença de potencial é reduzida como resultado. 

Essa migração de íons de sódio é chamada de corrente de fuga de sódio. Isso aumenta as cargas positivas na célula e, por sua vez, faz com que os íons de potássio fluam para fora da célula (corrente de fuga de potássio).

A longo prazo, isso levaria a um potencial de repouso positivo. Para evitar isso, a bomba de sódio-potássio bombeia três íons de sódio através do membrana celular para o exterior e dois iões de potássio para o interior. Como resultado, uma carga líquida positiva é liberada no espaço extracelular e o potencial de repouso permanece negativo.

Como isso acontece contra o gradiente de concentração dos dois íons, a bomba sódio-potássio precisa de energia para isso. Isso é fornecido na forma de ATP. 

Figura 2: Corte longitudinal através do membrana celular com poros de sódio e potássio e uma bomba de sódio-potássio

Potencial de repouso na célula nervosa

A teoria descrita acima se aplica a todas as células excitáveis. Estas são principalmente células nervosas e células musculares. 

O potencial de repouso em células excitáveis:

• Células nervosas: – 70 mV
• Células do coração e do músculo esquelético: – 90 mV
• células musculares lisas: – 50 mV

O potencial de repouso se aplica a todo o membrana celular uma célula nervosa. Então está no corpo celular, no Axônio e no Sinapse idêntico.

O potencial de repouso permite que um potencial de ação seja ativado na célula nervosa . Somente alterando a voltagem negativa para positiva a célula pode ser excitada e a informação transmitida. 

Potencial de descanso – a coisa mais importante

• o potencial de repouso descreve o estado inativo de uma célula. É negativo para o espaço extracelular
• baseia-se na permeabilidade seletiva do membrana celular, os potenciais elétricos e químicos e a bomba de sódio-potássio
• o gradiente de concentração dos íons potássio faz com que eles fluam para fora da célula ➝ a diferença de potencial que se acumula neutraliza a difusão dos íons potássio
• quando o potencial químico e elétrico estão em equilíbrio, o potencial de repouso é alcançado
• a bomba sódio-potássio mantém o potencial de repouso sob consumo de energia, transportando íons sódio e potássio através da membrana contra seu gradiente de concentração.