7.012 Conjunto de Problemas 8 Questão 1 a) A figura abaixo é um esquema generalizado de um neurônio. Identifique suas partes. 1 Dendritos, 2 corpo da célula e 3 axônio. b) Qual é a função de um axônio? O axônio conduz o potencial de ação da proeminência ao terminal nervoso, retransmitindo a entrada recebida para a célula pós-sináptica. c) Qual é o nome da região especializada onde dois neurônios interagem? sinapse. d) Quais são os dois gradientes existentes em uma membrana nervosa? O gradiente de concentração, para íons (Na +, K +, Ca ++, Cl - ), e o gradiente de carga. e) No potencial de repouso, qual é o gradiente que limita a saída de íons K + da célula? O gradiente de carga. f) Cite duas classes de moléculas de proteína que permitem que os íons atravessem a membrana. Os íons são transportados por 1) proteínas de transporte ou 2) se deslocam através de canais ou bombas de íons. g) Relacione os dois tipos de proteína transmembrana que criam o potencial de repouso. (Não inclua o canal de Ca ++.) Para cada proteína, indique qual íon(s) é transportado e o sentido do movimento (para o interior ou para o exterior da célula). Proteína transmembrana Íon(s) transportado Sentido do movimento 1) Bomba de Na + /K + acionada por Na + para fora da célula ATP Na + e K + K + para dentro da célula 2) Canal de repouso de K + K + Para fora da célula 1
Questão 2 Os invertebrados utilizam livremente as sinapses elétricas, pois muitos de seus neurônios são conectados por junções de lacuna. a) O que é uma junção de lacuna? É um poro ou canal que se estende ao longo da pequena lacuna entre duas células, interconectando diretamente o citoplasma das células. b) Em contraste, os vertebrados geralmente utilizam sinapses químicas para transmitir sinais entre os neurônios. Por que os sinais são transmitidos mais lentamente em sinapses químicas que em sinapses elétricas? Em uma sinapse química, o sinal elétrico deve ser convertido em um sinal químico e, depois, transformado novamente em um sinal elétrico. A junção de lacuna permite que o sinal elétrico seja transmitido diretamente para a segunda célula. c) O influxo de qual tipo de íon tem uma função central na conversão de um sinal elétrico em um sinal químico? Ca 2+ d) Defina os estágios envolvidos na liberação de neurotransmissores após o potencial de ação alcançar o terminal da célula pré-sináptica. A despolarização abre os canais de cálcio sensíveis à tensão. O cálcio entra nas células, ligando-se a uma proteína cinase dependente de cálcio, ativando-a. A proteína cinase fosforila a sinapsina, provocando a fusão das vesículas sinápticas e a liberação dos neurotransmissores. e) O que ocorreria se o neurônio pré-sináptico de d) fosse exposto a bloqueadores de canais de Ca 2+? Sem a entrada do cálcio na célula, a liberação dos neurotransmissores é bloqueada. f) Suponha que neurônios sejam retirados de um mamífero e colocados em placas de Petri com meio para permitir a formação de sinapses com outros neurônios. Explique como os tratamentos a seguir alterariam a transmissão sináptica nas placas. Adicionamento de tetrodotoxina ao meio (consulte a Página 992 em Purves et al.). (BLOQUEIO DOS CANAIS DE Na+, SEM POTENCIAIS DE AÇÃO, SEM SINAIS PARA SEREM TRANSMITIDOS.) Mutação dos receptores de neurotransmissores, anulando sua função. (OS NEUROTRANSMISSORES NÃO PODEM SINALIZAR PARA OS NEURÔNIOS PÓS-SINÁPTICOS.) Inibir enzimas na fenda sináptica, as quais decompõem os neurotransmissores. (PROLONGAMENTO DO SINAL DE UM POTENCIAL DE AÇÃO EVITANDO A TRANSMISSÃO DE SINAIS SUBSEQÜENTES.) 2
Questão 3 A acetilcolina (ACh) é um dos neurotransmissores mais comuns em invertebrados e vertebrados. Sua função varia. Na junção neuromuscular, a acetilcolina é liberada a partir do terminal de um axônio motor présináptico. O efeito sobre a célula muscular esquelética pós-sináptica é excitativo. Entretanto, no coração, a acetilcolina pode ter um efeito inibitivo, desacelerando o batimento cardíaco. a) Como um neurotransmissor provoca respostas opostas em diferentes tipos de célula? EXISTEM DUAS POSSIBILIDADES: 1) DIFERENTES RECEPTORES DE ACh OU 2) DIFERENTES MOLÉCULAS DE SINALIZAÇÃO APÓS O RECEPTOR DE ACh. Para estudar a função da ACh, pode-se isolar toda uma junção neuromuscular. A transmissão sináptica pode ser estudada, posicionando-se um fio em torno do neurônio pré-sináptico para que este seja estimulado por uma corrente elétrica. Então, os efeitos desse estímulo sobre a célula muscular pós-sináptica são medidos. A ACh também pode ser aplicada diretamente na célula muscular para a obtenção do mesmo efeito. b) Durante os estudos, descobre-se que os receptores de ACh estão localizados em um ponto específico na célula muscular. (Aplicar a ACh em outros pontos do músculo não causa nenhum efeito.) Em que ponto da célula muscular os receptores de ACh precisam estar localizados para que funcionem adequadamente? NO PONTO ONDE OCORRE A SINAPSE DO NEURÔNIO. A CÉLULA MUSCULAR SERÁ SENSÍVEL À ACh SOMENTE NESSE PONTO. Agentes farmacológicos (isto é, drogas) também podem ser utilizados para alterar a sinalização da ACh, possibilitando o estudo de sua função. As drogas a seguir são utilizadas nas análises. Curare Uma toxina derivada de uma planta, utilizada como revestimento de dardos venenosos. Bloqueia os receptores de ACh em tecidos musculares. Neostigmina Um componente ativo do gás do nervo. É uma substância inibidora da acetilcolinesterase, a enzima que decompõe a ACh na sinapse. c) No gráfico abaixo, identifique a linha que corresponde ao potencial de membrana da célula muscular após o curare ser adicionado. Identifique a linha que corresponde ao potencial de membrana da célula muscular após a neostigmina ser adicionada. Potencial de Membrana e neostigmina droga Tempo e curare droga 3
Questão 4 Os neurônios alteram seu potencial de membrana em resposta ao estímulo que as células recebem. Quaisquer dos sinais a seguir podem causar uma alteração do potencial de membrana do neurônio correspondente. Sinal Odor perfumado e agradável Vibrações agradáveis no ar Alfinetada acidental Ativação do neurônio Neurônio Correspondente Receptor olfativo no nariz Receptor no ouvido Receptores de dor na pele Neurônio próximo ao neurônio vizinho a) A figura abaixo mostra o perfil de um potencial de ação. Identifique os estágios e descreva o estado dos canais de Na + e K + sensíveis à tensão em cada estágio. Potencial de Membrana Tempo Estágio A. Potencial de repouso da membrana Canal de Na + sensível à tensão (aberto ou fechado/inativo) Fechado/inativo Canal de K + sensível à tensão (aberto ou fechado) Fechado B. Despolarização Aberto Fechado C. Repolarização Fechado/inativo Aberto D. Hiperpolarização ou período refratário Fechado/inativo Aberto/fechado b) O que ocorreria com o potencial de ação se fosse possível abrir canais de potássio sensíveis à tensão no ponto B do gráfico acima? Com o Na + saindo, o K + entraria, e a despolarização da membrana seria inibida. c) No gráfico acima, o estímulo que criou o potencial de ação foi suficiente para permitir à célula alcançar o limiar. O que ocorreria se a célula recebesse outro estímulo de mesma intensidade, mas, dessa vez, no instante correspondente ao ponto D? A célula não conseguiria criar um potencial de ação, pois estaria hiperpolarizada. Portanto, um estímulo de entrada maior seria requerido para que o limiar fosse alcançado. 4
Continuação da Questão 4 d) Quando os canais de íon se abrem, a membrana apresenta inicialmente alguma despolarização, cuja magnitude depende da intensidade do estímulo. A partir de que ponto a magnitude da despolarização se torna independente da intensidade do estímulo? APÓS A MEMBRANA SE DESPOLARIZAR EM RELAÇÃO AO POTENCIAL DE LIMITE. e) Os potenciais de ação em invertebrados como lulas e lagostas podem ser transmitidos muito rapidamente (a até 100 m/s, uma velocidade acima de 200 mph), pois os axônios desses animais são muito grandes. Os mamíferos não possuem neurônios tão grandes e precisam utilizar a mielina, um revestimento isolante depositado pelas células de Schwann, ou células gliais, para agilizar a propagação do potencial de ação. Qual é a diferença entre a propagação de um potencial de ação em um sistema nervoso com base em mielina e a propagação em um sistema não-baseado em mielina? AS CÉLULAS DE SCHWANN REVESTEM SEGMENTOS DO AXÔNIO COM MIELINA. OS CANAIS DE ÍONS ESTÃO CONCENTRADOS ENTRE AS CÉLULAS DE SCHWANN, NOS NODOS DE RANVIER, DE MODO QUE OS ÍONS ENTRAM E SAEM DO AXÔNIO SOMENTE ATRAVÉS DESSES NODOS. O POTENCIAL DE AÇÃO SALTA DE NODO PARA NODO, EVITANDO REGIÕES ISOLADAS. ESSA CONDUÇÃO COM SALTOS É MAIS RÁPIDA QUE A PROPAGAÇÃO CONTÍNUA E IMPEDE QUE OS ÍONS EXCEDAM A EXTENSÃO DO AXÔNIO. 5