TD1 - Equilibre électrique : osmotique, gradient électrochimique, potentiel de repos et potentiel d\'action PDF

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Travaux dirigés de neurophysiologie et endocrinologie...

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TD1 - Equilibre électrique / osmotique, gradient électrochimique, potentiel de repos et potentiel d'action Exercice 1 : 1. Définition molarité : nombre de moles / quantité de matière de soluté par unité de volume avec N = 6,02.10^23 2. Analyse dimensionnelle pour avoir la quantité de sel à peser : g = (g/ mmol) / ((mmol/L) x V) 3. Principe de l'électroneutralité : autant de cations que d'anions de part et d'autre de la membrane ! Exercice 2 : 1. Etape de la création d'une différence de potentiel transmembranaire lors d'un mouvement d'ions grâce à la semi-perméabilité de la membrane! : • [ionA] > [ionB] --> GRADIENT DE CONCENTRATION --> passage des ions du compartiments A vers le compartiment B --> on parle de FLUX D'IONS • Apparition d'un GRADIENT ELECTRIQUE --> le compartiment le moins concentré à l'origine va prendre le signe de l'ion le plus rapide à se déplacer… • … FLUX D'IONS continu jusqu'à l'égalité des concentrations et égalité des potentiels (ddp) 1. Gradient électrique : différence de potentiel de part et d'autre de la membrane mesurable par Voltmètre 2. Mouvement d'ions (porteurs de charge) engendre courant électrique mesurable par Ampèremètre 3. Courant électrique : en Ampère ( Coulomb / temps ) --> quantité de charges traversant la membrane par unité de temps 4. Relation : U = R x I ! Exercice 3 : 1. Conséquence des gradients chimiques / de concentration (altération de l'éléctroneutralité de part en d'autre de la membrane mais ne se percute pas à l'échelle du compartiment, phénomène local) --> mouvement des ions d'un compartiment à un autre … … puis des gradients électriques --> création d'un CHAMPS ELECTRIQUE et d'une DIFFERENCE DE POTENTIEL 1. Un voltmètre mesure une DIFFERENCE DE POTENTIEL avec Volt = Watt / Ampère = Joule / Coulomb

2. Quand les ions sont à l'équilibre (Flux d'ions = 0) les 2 gradients se compensent : Gradient de concentration = Gradient électrique Gradient de concentration - Gradient électrique = 0 i.e. W1 = -W2 On peut exploiter la situation à l'équilibre grâce à l'équation de Nernst : E = RT / ZF x ln (ion extérieur / ion intérieur) = 2,3 RT / ZF log (ion extérieur / ion intérieur) 1. Au potentiel d'équilibre, le potentiel de membrane Vm = EK+ car la membrane est perméable au ions K+ ! Exercice 4 - gradient électrochimique : 1. Il y a une création de différence de potentiel si la membrane est semi-perméable aux ions grâce à des canaux 2. Mise en place et maintient du gradient de concentration grâce aux POMPES qui contrent les effets des CANAUX Exemple pompe Na / K - ATPase qui utilise l'ATP pour maintenir les gradients contre le gradient 1. Calcul potentiel d'équilibre d'un ion grâce à la formule de Nernst : E = = 2,3 RT / ZF log (ion extérieur / ion intérieur).!!! D'où ENa = + 60 mV / EK = -90 mV 2. Potentiel de repos de la cellule ne dépend que des ions possédant des canaux de fuites au travers de la membrane. Il correspond au moment où I Na = I K I Na - I K = 0 Calcul du potentiel de repos de la cellule grâce à la loi d'Ohm : I on = g ion x (Vm - E ion) avec g ion la conductance de l'ion telle que g ion = N0 x alpha ion = N x P0 x alpha ion Avec No : le nombre de canaux ouvert = N nombre de canaux totaux x P0 le probabilité d'ouverture D'où I Na - I K = 0 g Na(Vm - E Na) - g K(Vm - E K) = 0.! on pose alpha = gNa / gK Vm = ( alphaE Na + E K) / ( alpha + 1) = - 65mV = potentiel de repos de la cellule --> potentiel de repos plus proche de E K que de E Na car membrane 5 fois plus perméable aux ions K que Na 1. Sens et Nature des flux nets à travers la membrane : • Calcul de le fem = Vm - E ion • Calcul de I ion = g ion x fem --> or on sait que g ion > 0 d'où Si fem > 0, I > 0 --> sortie d'ions + (cations K, Ca) # entrée d'ions (anions Cl) Si fem < 0, I < 0 --> entrée d'ion + (cation Na) # sortie d'ions -

♥ par convention, le sens du courant électrique est celui du cours de charges + (cations) ! Exercice 5 : 1. Calcul de E Na grâce à la formule de Nernst : E Na = 2,3 RT / F x log (Na extérieur / Na intérieur) = 60 x log (480 / 24) = 60 x log 20 = 60 * (log (2) + log (10)) = + 78 mV E K = 60 x log (10/ 400) = 60 x log (0,025) = 60 x (log 0,1 - (log 2 + log 2)) = - 96 mV E Cl = 60 x log (500 / 25) = 60 x (log ( 0,02) + log (10)) = - 78 mV 1. Cl à l'équilibre passif i.e. Vm (potentiel de repos de la cellule) = E Cl = - 78 mV On a g Na / g K = alpha = (E K - Vm) / (Vm - E Na) = 22 / 156 = 0,11 ++ Vm = (alpha x E Na + E K ) / ( alpha + 1) Vm + Vm x alpha = alpha x E Na + E K … 1. [Na]e = 96 (on diminue Na à l'extérieur) d'où E Na = 60 x log (96 / 24) = 60 x (log (2) + log (2)) = 60 x (0,3 + 0,3) = 36,0 + 36 mV D'où Vm = (alpha x E Na + E K ) / ( alpha + 1) = ( 0, 11 x 36 - 96) / (1 + 0,11) = -83 mV • Vm ([Na] = 480) - Vm ([Na] = 96) = - 5 mV < 0 ->HYPERPOLARISATION 2. [K]e = 50 (on augmente K à l'extérieur) d'où E K = 60 x log (50 / 400) = 60 x (log (0,125) =! - 54 mV D'où Vm = (alpha x E Na + E K ) / ( alpha + 1) = (0,11 x 78 -54) / 0,11 + 1 = - 41 mV • Vm ([K] = 10) - Vm ([K] = 50) = - 78 + 41 = 37 mV > 0 --> DEPOLARISATION 3. La variation de [K]e impacte d'avantage Vm que une variation de [Na]e car la membrane possède 5 fois plus de transporteur K (canaux) et est plus perméable aux ions K que Na ! Exercice 6! le PA sodique (Na) : 1. Potentiel de membrane < -50 mV par hyper ou dépolarisation --> REPONSE PASSIVE INFRALIMINAIRE 2. Déclenchement d'un PA après passage du seuil, DEPOLARISATION SUPRALIMINAIRE 3. Quand on augmente la puissance de la stimulation (courant), on augmente la fréquence des PA mais pas l'amplitude. Le PA répond à

la loi du tout au rien, l'encodage du message se fait par fréquence de PA 4. Neurone cellule excitable car capable de générer un PA tout comme les cardiomyocytes cardiaques, les myocytes squelettiques et les cellules endocrines 5. Signaux physiologiques à l'origine du PA --> POTENTIEL DE RECEPTEUR Accumulation de PPSE 1. a . Décours temporel du PA : ouverture rapide canaux Na, dépolarisation, passage du seuil, ouverture lente canaux K ET inactivation canaux Na, hyperpolarisation par ouverture d'un peu plus de canaux K et + sortie ions K b . En présence de TTX --> bloque canaux Na --> isole courant K --> pas de dépolarisation c . En présence de TEA --> bloque canaux K --> isole courant Na --> diminue la repolarisation sans l'arrêter car les canaux Na s'inactivent toujours (on perd la forme) d . En présence de SCTX ou de pronase --> bloque inactivation des canaux Na --> prolongement du PA (même forme) e . + on diminue [Na]e, + on diminue la valeur du pic du PA ! !...