Les phénomènes ioniques à la base des potentiels membranaires

Les potentiels membranaires

La composition en ions des milieux intra et extracellulaires

Le potentiel de repos

Le potentiel d'action; début

Le potentiel d'action; fin.

Schémas de synthèse

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

les potentiels membranaires

 La communication nerveuse repose sur la génèse et la propagation de signaux électriques par les neurones. La naissance de ces signaux est tributaire de l'état initial, non excité, du neurone, caractérisé par son potentiel de repos. Il faut d'abord comprendre les mécanismes à l'origine du potentiel de repos pour saisir ceux qui assurent la naissance des potentiels d'action.Pour mesurer les potentiels membranaires on utilise des neurones géants de Calmar. Le montage suivant est utilisé dans ces mesures.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

le potentiel de repos

  cliquez sur les parties sensibles du schéma pour avoir des informations complémentaires.

Dessinez l'évolution du potentiel de repos de la membrane en fonction du temps. Vérifiez en cliquant ici.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

le potentiel d'action; début.

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Dessinez l'évolution du potentiel d'action de la membrane en fonction du temps. Vérifiez en cliquant ici.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

le potentiel d'action; fin.

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Dessinez la suite de l'évolution du potentiel d'action de la membrane en fonction du temps. Vérifiez en cliquant ici.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

la pompe sodium, potassium est une protéine allostérique qui permet, par un transport actif, consommateur d'énergie, de contrebalancer la diffusion passive des ions Na+ et K+. Elle assure le transfert couplé d'ions Na+ de l'intérieur de la cellule vers le milieu extérieur et d'ions K+ en sens inverse. Les gradients de concentration ioniques sont ainsi maintenus et le potentiel de repos est stabilisé.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

diffusion passive d'ions K+ du milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire, à cause des gradients de concentrations ioniques de part et d'autre de la membrane plasmique. La membrane plasmique a une plus grande perméabilité passive aux ions K+ qu'aux ions Na+. (Ceci est simulé par une flèche au trait épais).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

diffusion passive* d'ions Na+ par des canaux de fuite suivant leur gradient de concentration. La membrane plasmique a une moins grande perméabilité passive aux ions Na+ qu'aux ions K+. (Ceci est simulé par une flèche plus fine).

* Le mouvement passif des ions ne dépend pas seulement du gradient de concentration transmembranaire mais aussi de leur charge et de la d.d.p. qui existe. En fait le mouvement dépend de la différence de potentiel électrochimique transmembranaire de l'ion.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La composition en ions des milieux intra et extracellulaires

 

concentration dans le milieu extracellulaire.

sang de Calmar

(en millimoles. l-1)

concentration dans le milieu intracellulaire.

axone de Calmar

(en millimoles.l-1).

Na+

440

 

50

K+

20

 

400

Cl-

560

52

 

Les concentrations en ions Na+ et Cl- du liquide interstitiel extracellulaire sont très supérieures à celles du milieu intracellulaire. Inversement la cellule est beaucoup plus riche en ions K+. Les anions présents à l'intérieur de la cellule sont des anions organiques (protéinates); la membrane est totalement imperméable à ces anions organiques.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sous l'effet d'une dépolarisation locale, un certain nombre de canaux Na+ voltage dépendants s'ouvrent en premier. Si la dépolarisation est suffisante (supérieure à un seuil), le nombre de canaux Na+ voltage dépendants qui s'ouvrent est suffisant pour augmenter de façon appréciable la perméabilité de la membrane au sodium et les Na+ vont passer* dans le milieu intracellulaire grâce au gradient de concentration ionique.. Ceci a pour effet de dépolariser la membrane en surface.

 *L'ouverture des canaux potentiel dépendants n'entraîne pas des mouvements "massifs" d'ions, très peu d'ions sont impliqués et les milieux extracellulaire et intracellulaire présentent une électroneutralité"macroscopique.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

les canaux K+ voltage dépendants s'ouvrent après les canaux Na+. La dépolarisation entrainée par les canaux sodiques est toujours suffisante pour provoquer l'ouverture de la totalité des canaux K+ voltage dépendants. Les K+ s'échappent alors vers le milieu extracellulaire suivant le gradient de concentration.  Ceci a pour effet de repolariser la membrane. La sortie massive de K+ causée par l'ouverture des canaux K+ voltage dépendants, ajoutée à la diffusion passive des K+ qui continue, a pour effet de créer un excès de charges positives externes, c'est l'hyperpolarisation de la membrane.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pendant que les canaux K+ voltage dépendants s'ouvrent, les canaux Na+ voltage dépendants se trouvent dans une configuration particulière dite inactivée. Ils ne pourront redevenir actifs que lorsque la membrane aura récupéré son potentiel de repos. Pendant cette période où ils sont inactivés la cellule nerveuse est inexcitable: c'est la période réfractaire.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

la pompe  Na+-K+ continue de fonctionner pendant l'ouverture séquentielle des canaux voltage dépendants.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mesure du potentiel de repos

 

On enregistre la ddp entre la microélectrode fichée dans la fibre (interne) et l'électrode de référence externe. Dans ce cas il n'y a pas de stimulation Voir montage.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mesure du potentiel d'action; début

 

On enregistre la ddp entre la microélectrode fichée dans la fibre (interne) et l'électrode de référence. Dans ce cas il y a eu stimulation. Voir montage.

entrée du sodium: début de la dépolarisation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mesure du potentiel d'action; fin

 

On enregistre la ddp entre la microélectrode fichée dans la fibre (interne) et l'électrode de référence. Dans ce cas il y a eu stimulation. Voir montage.

sortie du potassium: repolarisation et hyperpolarisation de la membrane.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

schéma du montage pour mesurer le potentiel de repos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

schéma du montage pour mesurer le potentiel d'action

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

potentiel d'action et perméabilité aux ions Na+ et K+

cliquez sur les parties sensibles de ces schémas de synthèse pour vérifier vos explications.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

la stimulation n'a pas encore provoqué le changement de perméabilité de la membrane au niveau de la microélectrode d'enregistrement. Le potentiel enregistré est toujours le potentiel de repos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La perméabilité de la membrane au Na+ a changé, celui-ci va rentrer dans la cellule, ce qui provoque une dépolarisation externe. C'est le début de l'enregistrement du potentiel d'action.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La perméabilité de la membrane a encore évolué; c'est le potassium qui sort désormais et provoque la repolarisation externe constatée.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La sortie massive de K+ va même jusqu'à provoquer une hyperpolarisation externe de la membrane.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La membrane a retrouvé sa perméabilité initiale au sodium et au potassium, il y a retour au potentiel de repos.

                                                                                                                 

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