Objetivos: Este curso tem como objetivo central fornecer ao estudante os aspectos básicos do funcionamento da membrana celular, enquanto responsável por trocas de solutos e solvente entre os meios intra e extracelular e pela gênese da atividade elétrica celular. Além disso, serão estudados os processos de transdução do sinal elétrico em sinais químicos, caso da secreção de neurotransmissores. 2)Enfoque de Ensino: O enfoque do curso será nos aspectos biofísicos e bioquímicos da fisiologia celular, relacionados aos tópicos ao assunto. O curso tem muito mais um aspecto formativo que informativo. Espera-se que ao final do mesmo o(a) estudante sinta-se mais confortáveis na leitura de artigos relacionados ao tema. 3- Pré-requisitos: Os seguintes pontos deverão ter sido abordados em outras unidades: 1) Lipídios e sua estruturação numa bicamada. Tipos; cargas; fluidez; etc.. 2) Visão morfológica da membrana celular: “freeze fracture”: modelos, etc.. 3) Proteínas: estruturação; mudanças conformacionais, etc.. – PROGRAMA TEÓRICO Os tópicos listados abaixo têm o propósito de ressaltar ao estudante pontos essenciais que serão abordados durante o curso e que dele serão exigidos. Não têm pretensão de esgotar o assunto em pauta. 1- Introdução ao curso: estruturação; justificação; histórico 2- Difusão de substâncias em meio homogêneo 2.1. A água como solvente biológico: origens da polaridade 2.2. Íons em solução: água de hidratação 2.3. Movimentação de partículas em solução: movimento browniano; distância média de difusão (drms) 2.4. Difusão: coeficiente de difusão. 2.5. Equilíbrio e estado estacionário. 2.6. Potencial químico e eletroquímico. 3- Fluxos através de membranas 3.1. Conceito de fluxo: unidirecional e resultante 3.2. Coeficiente de partição 3.3. Difusão: Lei de Fick, Permeabilidade 3.5. Vias de permeação através de Membranas Biológicas: Canais, Carregadores e Bombas 3.6. Canais iônicos 3.7. Patologias associadas a canais iônicos 4- Transporte de água 4.1 Permeabilidade da membrana à água: aquaporinas 4.2. Osmose e pressão osmótica 4.3. Osmolaridade 4.4. Coeficiente de reflexão 4.5. Equilíbrio de Donnan 5 -Ions e Potencial de Membrana 5.1. Todas as células apresentem uma diferença de potencial elétrico através da membrana: constatação do fato 5.2 Conceitos básicos de eletricidade: potencial, corrente, capacitância. 5.3 O modelo elétrico da célula: ions em solução carregam corrente. 5.3.1 Definição de despolarização e hiperpolarização da membrana: correntes de entrada e de saída 5.4 Lei de Ohm: definição de corrente elétrica, potencial elétrico e condutância (resistência). Gráfico IxV. 5.5 Gradientes iônicos e diferença de potencial elétrico: geração do potencial de equilíbrio eletroquímico - Eletroneutralidade de soluções iônicas: 5.6 Equilíbrio eletroquímico de um íon individual: A equação de Nernst. 5.7 Conceito de Força eletromotriz gerando corrente iônica 5.7.1 Potencial de reversão da corrente: polaridade da corrente 5.8 O potencial de repouso e o fluxo de íons através da membrana 5.8.1 A equação de condutância de corda. 5.8.2 A equação de Goldman, Hodgkin e Katz: relação entre as permeabilidades iônicas 5.9 Alterando o potencial da membrana 5.9.1 Alterando a condutância específica dos íons 5.9.2 A importância da manutenção dos gradientes iônicos 6. Propriedades Elétricas Passivas da Membrana Celular 6.1. Condutância e capacitância da membrana 6.2.O axônio como cabo – propriedades dependentes de tempo e espaço. 6.3. Transmissão passiva da informação elétrica. 7. Bases Iônicas do Potencial de Ação 7.1. Potenciais extracelulares: registro superficial do nervo 7.2. Potencial de ação numa célula – medida intracelular 7.3. Excitabilidade dependente de voltagem 7.4. Limiar de disparo tudo ou nada. 7.5. Períodos refratários 7.6. Correntes iônicas envolvidas no potencial de ação – dissecção farmacológica 7.7. Condutâncias dependentes de voltagem- a técnica de “voltage clamp”. 7.8. Canais iônicos dependentes de voltagem – ativação e inativação 7.9. Condução do impulso nervoso – axônios mielinizados e amielínicos. 8. Canais iônicos e receptores. 8.1 Estrutura molecular dos canais iônicos. 8.2 Seletividade iônica: filtros de seletividade. 8.3 Modelos cinéticos do funcionamento dos canais iônicos. 8.4 Ativação de canais iônicos (gating): sensibilidade a potencial, ligantes e tensão. 8.5 Fechamento, inativação e dessensibilização dos canais e receptores. 8.6 Algumas Patologias relacionadas a canais iônicos. 9 Comunicação entre Células 9.1. Definição de sinapse: lados pré- e pós-sináptico. 9.2. Terminais sinápticos: botão sináptico; sinapse em fita; junção neuromuscular 9.3 Neurotransmissores 9.4. Vesículas sinápticas 10.4.1- Proteínas relacionadas a exocitose 10.4.2-Mecanismos de exocitose vesicular; toxinas que afetam a exocitose 10.4.3-Endocitose e reciclagem das vesículas 10.4.3-Pools vesiculares 9.5. Potenciais e correntes pós-sinápticas excitatórias e inibitórias: bases iônicas 9.6. Somação e integração sináptica 9.7. Interação entre sinapses: Circuitos neurais locais. 9.8. Plasticidade sináptica à curto prazo: depressão e facilitação. 9.9. Plasticidade sináptica à longo prazo: potenciação a longo prazo 9.10. Sinapses elétricas: conexinas 10 - Bibliografia Básica Os livros aqui citados possuem capítulos de interesse para essa parte do curso - Fisiologia –ed. Mello Aires, M. - 5 a edição – Guanabara Koogan – 2018 – Livro de autores nacionais. Contém um detalhamento biofísico maior do conteúdo do curso. - Princípios de Neurociências – E. Kandel; JH Schwartz; TM Jessell; AS Siegelbaum; AJ Hudspeth – 5ª Edição – AMGH editora LTDA – 2014 – Livro de neurociência que aborda parte do conteúdo da disciplina, com um enfoque em neurofisiologia. Livro muito interessante - The Physiology of Excitable Cells – Ed. David J. Adley – 4 edição 1998 – Embora antigo, aborda vários temas relacionados a eletrofisiologia de modo didático. Em Inglês -Cell Physiology Sourcebook – ed. Esperelakis – 4th edition. Academic Press – 2012. Livro completo sobre Fisiologia Celular. 11 - Site que contém material relacionado ao curso: - http://nerve.bsd.uchicago.edu/ - vários simuladores de difusão, canais iônicos, bioeletrogênese e excitabilidade 12 – Algumas constantes e definições que poderão ser utilizadas para resolução de problemas: - constante dos gases (R) – 8,31 j.oK-1 .mole-1 - Número de Avogadro (N) – 6,02 x 1023 particulas por mol. - Constante de Faraday (F) – 96500 coulomb/equivalente F = N A . Carga do Elétron - Carga do Elétron = 1,60217662 × 10 -19 Coulombs - Mol de espécie química (molécula ou elemento químico) É a massa que contém NA (6,02.1023) moléculas ou átomos Concentração molar = mol/l, M Concentração molal = mol/kg H2O - Eq-g de um íon = massa do íon que contém N A de carga - Concentração 1 normal (N) = 1 Eq-g/l - Osmolar = osmol/l - Osmolal = osm/kg.H 2 O 13 – Avaliação Os(as) estudantes serão avaliados de modo escrito, a ser entregue via digital em arquivo pdf. Cada estudante poderá escolher o modo que será avaliado, dentro dessas duas possibilidades: 1) Desenvolver um projeto no programa Axovacs abordando um assunto que mais lhe convenha, dentro do dentro do programa. O respectivo relatório deverá conter uma introdução, o objetivo do projeto, métodos, resultados em forma de tabelas, gráficos, e imagens e discussão. Como você verá no programa, é possível fazer-se uma experiência e salvar os dados numéricos no seu computador para análise em planilhas que mais lhe convenham. 2) Resolver alguns problemas, que lhe serão propostos numa lista, justificando cada ponto a ser abordado de modo extensivo. Incluem-se aqui, gráficos, equações e digressão teórica compatível. Não valem respostas do tipo sim ou não. Obs.: a) cada aluno deverá optar por uma das modalidades e comunicar os Professores sobre sua preferência; b) a prova (em qualquer das modalidades) poderá ser feita com consulta a livros ou outras fontes, a serem citadas ao fim do texto da prova, assim como a colegas do curso. Obviamente é vedada a consulta a colegas não participantes, docentes e outros estranhos ao curso. A correção será feita considerando-se todos os aspectos acima.