Explicando o POTENCIAL DE EQUILÍBRIO dos íons

E aí pessoal, tudo bem com vocês?

Nesse vídeo, eu vou tentar explicar o que é o potencial de equilíbrio dos íons, um conceito muito importante pra entender o potencial de repouso da membrana, que eu irei explicar em um outro vídeo.

Pra entender o conteúdo desse vídeo, vocês precisam saber como os íons são transportados através da membrana celular. Se você quiser fazer uma revisão sobre esse assunto, é só clicar aqui no card (ou aqui). Mas se você já sabe como acontece o transporte de íons através da membrana, bora tentar entender o que é o potencial de equilíbrio dos íons.

Pra isso, primeiro a gente precisa definir o que é o potencial de membrana.

Potencial de membrana é a diferença de potencial elétrico, ou a voltagem, que existe através da membrana de uma célula. Essa voltagem através da membrana celular, pode ser medida usando um voltímetro.

O voltímetro, pra quem não sabe, tem dois eletrodos, um eletrodo de referência que é colocado fora da célula, e um eletrodo de registro que é colocado dentro da célula. Dessa forma, o voltímetro registra a voltagem através da membrana tendo como referência o lado externo da membrana, ou seja, o líquido extracelular.

Então, se o lado interno estiver com excesso de cargas elétricas negativas, o voltímetro registrará valores negativos. Mas se o lado interno estiver com excesso de cargas elétricas positivas, o voltímetro registrará valores positivos.

Agora que sabemos o que é potencial de membrana e como podemos medir esse potencial, vamos tentar entender o que é o potencial de equilíbrio dos íons.

Pra isso, vamos imaginar uma célula cuja membrana é formada apenas pela bicamada lipídica, ou seja, não tem nenhuma proteína transportadora nessa membrana. Portanto, inicialmente, ela é impermeável aos íons.

Ainda nessa célula, o liquido intracelular tem muito mais potássio do que o líquido extracelular, assim como acontece nas células do organismo. Mas aqui, pra cada íon potássio, dentro ou fora da célula, existe uma carga negativa, nesse exemplo, um ânion qualquer. Então, se eu medir o potencial elétrico da membrana nesse momento, o seu potencial será igual a zero, pois não há cargas elétricas despareadas, não há cargas elétricas sobrando.

Agora, vamos adicionar um canal iônico seletivo pro íon potássio. De acordo com o gradiente de concentração desse íon, existe uma força de difusão, ou força química, que movimenta o potássio pra fora da célula. E, toda vez que um íon K+ sai da célula, ele deixa uma carga negativa despareada, e o líquido intracelular começa a ficar com excesso de cargas negativas. E como a gente sabe, negativo atrai? Positivo. E o potássio é o que? Um íon positivo, um cátion. Dessa forma, surge uma força elétrica oposta que tenta segurar o potássio dentro da célula. Mas como a força química ainda é maior, o potássio continua saindo.

Mas, conforme o potássio sai, o interior da célula fica cada vez mais negativo e a força elétrica que se opõe a força química aumenta. Quando a força elétrica alcança a mesma magnitude da força química, isto é, quando a força elétrica se iguala a força química, o movimento efetivo de potássio será zero, ele não vai mais sair da célula. Nesse momento, se a gente medir o potencial de membrana, teremos um valor negativo de aproximadamente -90 mV (milivolts).

Esse potencial de membrana, medido quando a força elétrica é igual a força química do íon, é o que chamamos de potencial de equilíbrio do íon, nesse exemplo, potencial de equilíbrio do íon potássio. Ou seja, nesse valor de potencial de membrana a força elétrica está em equilíbrio com a força química e não há movimento efetivo de potássio através do seu canal.

Assim, só pra reforçar, o potencial de equilíbrio de um íon é o valor do potencial de membrana medido quando a força elétrica é igual à força química desse íon, e o movimento efetivo do íon através do seu canal é zero.

Definido o que é o potencial de equilíbrio, agora eu faço uma pergunta importante.

"E se eu alterar as concentrações de potássio, no líquido intracelular e no líquido extracelular? O que acontece com o potencial de equilíbrio desse íon?"

A resposta está nesta famosa equação que consegue prever o potencial de equilíbrio de um íon: a equação de Nernst.

Calma pessoal, não se assustem com essa equação.

Vejam bem, R é uma constante, F também é uma constante, ou seja, são valores que não mudam. T (que é a temperatura em Kelvin), também é constante se considerarmos um organismo em homeostase. Dessa forma os únicos componentes dessa equação que irão variar de íon pra íon é o z, ou a valência do íon (que seria a carga elétrica do íon) e as concentrações do íon no líquido extracelular e intracelular. Mas, se considerarmos um determinado íon, o z (a valência do íon) é o mesmo, não muda, pois eu estou falando de um único íon.

Por exemplo, a valência do potássio é +1 (pois este íon só tem uma carga elétrica positiva sobrando). Se a valência não muda a única coisa que pode agora modificar o potencial de equilíbrio do potássio são as concentrações desse íon, dentro e fora da célula.

Então olhem só que legal. Se a gente substituir as concentrações de potássio aqui na equação, pelas concentrações usadas no nosso exemplo, chegaremos no valor de -0,091 V (volts). E pra ter o valor em milivolts, é só multiplicar por 1000, e teremos o valor de -91 mV, que é exatamente o valor do potencial de equilíbrio do potássio que o voltímetro mediu no nosso exemplo.

Agora prestem atenção. Olha só o que acontece se eu mudar as concentrações de potássio nos líquidos extra e intracelular. O potencial de equilíbrio desse íon é alterado. Então, essa equação de Nernst é importante pra mostrar pra vocês que, se o gradiente de concentração do íon for alterado, o potencial de equilíbrio desse íon também será alterado. E lembrem-se que essa equação pode ser usada pra calcular o potencial de equilíbrio de qualquer íon, não apenas do potássio.

Por exemplo, imaginem agora uma outra célula envolta por uma bicamada lipídica. No líquido extracelular agora há muito mais íons sódio do que no líquido intracelular, como ocorre no organismo. Assim como no exemplo anterior, pra cada íon sódio tem uma carga negativa, um ânion qualquer.

Agora, se eu adicionar um canal iônico seletivo pro sódio na membrana dessa célula, pra onde o sódio será transportado?

Bom, se ele está mais concentrado fora, existe uma força química que direciona o sódio pra dentro da célula... Então o sódio vai entrando na célula; e novamente, para cada sódio que entra, uma carga negativa fica lá fora disparada. Dessa forma, surge uma força elétrica na direção oposta à força química. Enquanto essa força química for maior que a força elétrica, o sódio continua entrando, até que as duas forças se igualam e um equilíbrio se estabelece.

Nesse momento, se eu colocar um voltímetro pra medir o potencial de membrana, ele vai marcar agora um valor positivo, +68 mV, pois há um excesso de carga positiva no interior da célula. Esse valor é o potencial de equilíbrio do sódio, quando esse íon se encontra nessas concentrações. E se a gente usar a equação de Nernst pra calcular o potencial de equilíbrio do íon sódio nessas mesmas concentrações, chegaremos ao mesmo valor medido pelo voltímetro, +68 mV.

Pessoal, esses valores de potencial de equilíbrio dos íons potássio e sódio, ajudam a explicar por que o potencial de repouso da membrana tem valores negativos. Mas isso a gente fala em um outro vídeo.

Bom, então resumindo tudo a gente viu nesse vídeo, lembrem-se que:

• O potencial de membrana é a voltagem através da membrana celular, que pode ser medida por um voltímetro.

• O potencial de equilíbrio de um íon é o potencial de membrana medido quando a força elétrica se iguala a sua força química, e o movimento efetivo através do canal iônico é igual a zero.

• A equação de Nernst prevê o potencial de equilíbrio pra qualquer íon de acordo com suas concentrações extra e intracelular. Por isso, se o gradiente de concentração de um íon for alterado, o seu potencial de equilíbrio também será alterado.

Bom, se vocês ficaram com alguma dúvida podem deixar aí nos comentários que a gente tenta responder, beleza?

A gente se vê num próximo vídeo. Abraço!

Sobre a autora

Mirian Ayumi Kurauti é apaixonada pela fisiologia, com uma trajetória acadêmica admirável. Ela se formou em Biomedicina pela Universidade Estadual de Londrina (UEL), fez mestrado e doutorado em Biologia Funcional e Molecular com ênfase em Fisiologia pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), e ainda atuou como pesquisadora de pós-doutorado na mesma instituição. Além disso, já lecionou fisiologia humana na Universidade Estadual de Maringá (UEM) e biologia celular na UEL. Atualmente, é professora de fisiologia humana na Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR) e a mente criativa por trás do MK Fisiologia.

Apaixonada pela docência, Mirian adora dar aulas de fisiologia, mas de um jeito mais descontraído e se diverte muito ensinando fisiologia. Ela está sempre buscando aprender algo novo não só sobre fisiologia, mas sobre qualquer coisa sobre a vida, o universo e tudo mais. Por isso, é uma consumidora compulsiva de conteúdos de divulgadores científicos. Nas horas vagas, você pode encontrá-la na piscina, treinando e participando de competições de natação. Para Mirian, a vida só tem graça, se ela tiver desafios a serem superados. Hoje, o seu maior desafio é ajudar o maior número de estudantes a entender de verdade a fisiologia humana.