03. Le Potentiel de Repos PDF

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Le Potentiel de Repos

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Le Potentiel de Repos I.

Mise en Evidence et Mesure

On peut mettre en évidence le potentiel de repos en mesurant la différence de potentiel entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule (à l’aide d’une microélectrode). Pour un neurone la différence de potentiel est de -65mv. Vm = Em = E int – E ext. Le potentiel membrane s’appelle potentiel de repos pour les cellules excitables. Lorsque le potentiel de membrane (Em) est stable, on le nomme : « potentiel de repos » (Er). Il est en général de -70 mV.

II.

Origine et valeur du potentiel de repos

a) Diffusion des ions. Canaux ioniques. Courant et conductance Diffusion simple (molécule neutre) : Elle se fait dans le sens du gradient de concentration. Ex : le glucose rentre dans la cellule (si pas de glucose à l’intérieur). Dès que le glucose est rentré, 10 molécule de glucose vont ressortir. On a donc un flux entrant et sortant. On s’intéressera toujours au flux net (sortant + entrant). Et on regarde sur le flux net est entrant ou sortant. Ici, il est sortant car la concentration est toujours plus forte à l’extérieur. Rapidement, le flux net devient nul. On dirait que le glucose ne rentre plus et ne sort plus. Mais ce n’est qu’une impression. C’est juste que les concentrations sont à l’équilibre donc les flux sont plus faibles on a autant de sorti que d’entrée d’où le bilan nul et donc un flux net nul.

La loi qui régi la diffusion simple (ou facilité) : la loi de Fick :

Fluxnet=D .

A . ∆ [ S] h

A = surface, H = l’épaisseur ; D = cst propre à la molécule ; [S] = gradient de concentration (moteur) Diffusion des ions : on a plus de K + à l’intérieur qu’a l’extérieur. Donc il va sortir (gradient de concentration). Par contre, K+ est chargé. Donc quand il passe à l’extérieur, le coté intérieur perd une charge + et l’extérieur gagne un +. Donc plus il diffuse, plus le feuillet extérieur est chargé + et plus le feuillet interne est chargé -. Donc ça a une répercution sur la polarité de la membrane. Cette membrane devient polarisé. Ça va avoir une influence sur la molécule chargé. Plus l’intérieur deveint électronégatif, plus il va attirer K + et plus il va être repoussé à l’ext (charges + se repoussent). Donc cela crée une force : le gradient de potentiel. Le K+ va diffsuer suivant ces deux gradient. Et ne va s’arreter de diffuser (flux net = 0) lorsqu’on aura autant de K + qui diffuse de l’int vers l’ext que dans l’autre sens. Lorsque ces deux forces ont la même valeur absolue, le flux net = 0 même si les concentrations ne sont pas égale dans les deux milieux. A l’équilibre [S]int ≠ [S]ext.

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b) Gradients Electrochimiqes des Ions

Quand la membrane est perméable à un ion, il se diffuse pour se mettre à son potentiel d’équilibre. 2

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c) Perméabilité Sélective de la Membrane au K+ et Potentiel de Membrane

Une méthode pour trancher : se référer au potentiel d’équilibre de l’ion ! Si on a une cellule avec un potentiel transmembranaire de -65mV. On sait que la membrane est polarisé. Donc on sait que pour K+ le sens du grandient électrique est entrant. Le - va attirer les charges du K+. On a plus de potatium à l’interieur, donc le gradient de diffusion est sortant. On a donc deux flux opposés. Le K+ veut essayer d’amener la membrane à -70mV. A -65 le seul moyen est de sortir. Donc l’intérieur devient plus electronégatif. Donc on va pouvoir amener la membrane à -70mV avec un flux net de potatium nul.

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Si on est à -90mV. Il faut perdre des charges – ou gagner des + pour aller à -70mV. Donc K+ va entrer. Le gradient électrique est beaucoup plus important que le gradient de concentration (ici sortant). Jusqu’à l’équilibre.

On a d’autre ions qui vont intervenir.

d) Perméabilité de la membrane à plusieurs ions Em baisse → hyperpolarisation Em augmente → dépolarisation

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L’ion qui traverse la membrane créé un courant, il y a donc une résistance. Si les ions ont du mal à traverser le canal, la résistance sera forte et inversement. L’inverse de la résistance est la conductance (γ). Courant unitaire (1 seul canal) = i Courant potassique à travers toute la membrane de la cellule = I → somme de tous les courants i g = conductance de tous les canaux de toute la mb

Pour connaître l’ion qui diffuse le plus facilement à travers une membrane on calcule α. Ici α = 0,2, la conductance K est 5 fois plus grande que la conductance au Na = le potassium passe donc beaucoup plus facilement à travers la membrane que le sodium. Le courant sodique entrant a tendance à dépolariser la cellule. Si gNa augmente, le potentiel de repos Ek se rapproche de Ena. Pour le Cl, le Em est quasiment nul car il est très proche du potentiel de repos de la membrane en général.

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Généralisation aux principaux ions :

Pour le Cl, le Em est quasiment nul car il est très proche du potentiel de repos de la mb en général.

III.

Maintien du Potentiel du Repos

Toutes les cellules qui ont un potentiel membranaire, quand la cellule disparaît le potentiel disparaît aussi. Quand on empêche une cellule de produire de l’ATP la différence de potentiel diminue aussi. Il y a donc un mécanisme qui permet de maintenir le potentiel transmembranaire (potentiel de repos). Ce mécanisme permet de maintenir des différences de concentration d’ions de part et d’autre de la membranaire. Ce sont le Na+ et le K+ qui sont les principaux ions engagés.

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Pour découvrir ce mécanisme les chercheurs ont pris un axone géant de calmar, ils l’ont vidé et ils l’ont rempli avec une solution. Ils ont placé l’axone dans une solution de Na + radioactif. Le sodium veut rentrer dans l’axone, il va donc rentrer et on va attendre. On va charger l’intérieur de la cellule en Na+ radioactif. Si on place l’axone dans un bain de sodium non radioactif. Il y a un mécanisme de la membrane de l’axone qui fait sortir le sodium de l’axone. Pour mesurer cet efflux de sodium il prélève du liquide qui entoure l’axone et ils prélèvent la quantité. L’efflux sortant de sodium en présence de cyanure s’arrête rapidement. Si on rajoute de l’ATP le flux reprend le temps qu’il reste de l’ATP. Quand ils bloquent la production d’ATP on remarque que la fraction de Na+ radioactif diminue. Si on enlève le cyanure l’efflux reprend. Il y a donc aussi un mécanisme qui permet de faire sortir le Na+ contre son gradient de concentration. Il y a bien un transport actif de Na + contre son gradient, ce qui permet de maintenir une faible concentration de Na+ à l’intérieur de la cellule et une forte concentration à l’extérieur de la cellule.

La température a aussi un effet, si on abaisse la température, le flux de Na + s’arrête.

Si on change la composition ionique du milieu extérieur, et si on place l’axone chargé en Na + radioactif dans un milieu sans potassium. Quand le met dans ce milieu l’efflux de Na + s’arrête. Ce qui montre qu’en plus d’avoir besoin d’ATP ce mécanisme a besoin de potassium dans le milieu extérieur. Il faut assurer le flux à de K+. Le flux de potassium est sortant.

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Le gradient électrochimique de K+ veut faire sortir le K+ de la cellule pour descendre le potentiel de repos vers -84mV Ils ont trouvé un flux entrant de potassium (contre son gradient de concentration). Cet influx de potassium ne se fait que s’il y a du Na + à l’intérieur de la cellule. Il y a donc bien un transport actif de potassium et de sodium entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule. Le transport de ces deux ions nécessite la présence de l’autre ion. Il y a un couplage de transport de ces deux ions. D’autres chercheurs ont montré la présence d’une autre protéine transmembranaire (activité enzymatique) qui est capable de consommer de l’ATP. Ils ont comparé la cinétique de l’efflux de sodium, la cinétique de l’influx de potassium avec la cinétique de la protéine à activité ATPasique. Ils ont remarqué que l’un avait la même activité pour l’influx et l’efflux que pour la protéine. Ils en ont donc conclu que l’ATPase transmembranaire et le transporteur du Na + et du K + sont une même et seule molécule. Ils ont donc découvert la pompe Na +/K+ ATPasique. C’est un transport actif primaire.

Nouvelle diapo : incorporation inversée de la pompe Na +/K+ ATPase dans un liposome. On fait ça pour ne pas être embêter par l’ATP. L’ATP ne sera plus un facteur limitant puisqu’on l’ajoute en excès ce qui est plus facile. On a un transport de 2K + pour 3Na+. On perd 3 + mais on ne fait rentrer que 2 charges +. Donc la pompe est électrogène. Elle polarise la membrane. En plus de maintenir les gradients électrochimiques de K+ et Na+, elle participe à la polarisation de la membrane pour environ 10% du potentiel de repos. La pompe Na+/K+ ATP est constituée de 2 sous unités : -

Une petite sous unité β Et une grosse sous unité α (100kd) qui a une activité ATPasique. Donc la pompe est une enzyme capable de transformé de l’ADN et ATP.

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C’est la phosphorylation de la sous unité α qui change l’affinité. Quand elle non phosphorylée, elle a une forte affinité pour Na + et une faible affinité pour K+ ; quand elle est phosphorylée, sont affinité pour le Na+ est faible et l’affinité pour K+ augmente, donc elle va prendre en charge 2 ions K+. Quand elle se phosphoryle, elle transforme de l’ATP en ADP donc elle gagne un phosphate. Puis, elle change de conformation et son affinité change. Elle se déphosphoryle spontanément ; elle retrouve sa conformation et son affinité normal. Il faut absolument les 2 ions pour quelle fonctionne. Ainsi que l’ATP.

On la retrouve dans toutes les cellules des métazoaires. La pompe consomme plus de 15% de l’énergie que l’on consomme. La pompe Na/k est une ATPase membranaire. Elle est électrogénique 3Na + pour 2K+. Il existe donc un flux net de charge. Elle participe au maintien du potentielle de membrane (10%). Elle est inhibée par un alcaloïde végétal : la OUABAINE.

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IV.

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Variation du Potentiel de Repos

En modifiant la concentration extra cellulaire en potassium ou en sodium, on va modifier le potentiel E. ici, on abaisse les 2 concentration. Donc EK et ENa baisse. Ainsi que Erepos.

a) Injection d’un Courant Transmembranaire On implante deux micro électrode dans la même cellule. Grace à la deuxième électrode on va injecter un courant dans la cellule. Si on injecte un courant, ça modifie le potentiel de repos. Ici, la cellule se dépolarise. (Courant +) Si on inverse le sens du courant, on injecte un courant -, et ici, on hyper polarise la membrane. Cette modification du potentiel de repos pour une cellule excitable est ce qui permet de l’activer. Cela va générer un potentielle d’action (si on dépolarise suffisamment).

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b) Perfusion d’Agents Pharmacologiques On enregistre un potentiel de repos à -60mV. Si on injecte de la morphine, on a une hyperpolarisation du neurone. On passe de -60 à -70. La morphine modifie la conductance des neurones au k+. D’où la diminution de la douleur. La batrachotoxine à l’effet inverse. Le potentiel de repos du neurone augmente : elle dépolarise le neurone. Elle va jouer sur le Na +.

c) Variations Spontanées Pour certain neurones ou d’autre cellules excitables (ex musculaire lisse ou cardiaque) : ces cellules ne possèdent pas réellement de potentiel de repos. On a un potentiel pacemaker (cardiaque). Pour l’intestin, on n’a toujours pas de potentiel de repos. Ce sont des cellules qui vont créer une activité rythmique totalement autonome.

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