Cours 2 Flashcards
Définition: Potentiel de membrane
Quel outil pour le mesurer?
==> PdM dépend de quoi?
Différence de potentiel électrique entre l’intérieur et l’extérieur d’une cellule
= quantité physique mesurable (patch clamp)
→ Dépend des gradients ioniques
Où et comment sont réparties les charges sur la membrane?
Charges réparties sur les FEUILLETS des lipides (plus de charges négatives sur le feuillet interne et charges positives sur feuillet externe = différence de potentiel)
Définition: Potentiel d’équilibre (=de Nerst)
De quoi dépend sa valeur théorique?
Potentiel membranaire auquel le flux net d’un ion donné est nul (les flux entrants et sortants sont égaux et de sens opposés)
= valeur théorique qui dépend uniquement du gradient chimique pour chaque espèce chimique
Quel est le seul critère obligatoire de la structure des canaux ioniques?
Ils doivent avoir un segment transmembranaire (nombre de domaines transmembranaires et monomère/multimère variables)
Le canal nicotinique est un pentamère dont chaque sous unité comprend combien de domaines transmembranaires?
4 domaines transmembranaire/ss-unit
Que permet la présence d’un segment transmembranaire hydrophile (résidus) dans un canal ionique?
Lors de l’assemblage du canal en multimètres, ces résidus hydrophiles vont s’assembler les uns en faces des autres de manière à minimiser les interactions avec les lipides de la bicouche
= création d’une section qui permettre la passage des ions
Que sont les canaux sélectifs? (+ex)
Transportent préférentiellement 1 seul type d’ion:
- Na+
- K+
- Ca++
- Cl-
Ex: Canal sodique: P (Na+)»_space;> P (K+): laisse passer le sodium mais pas le potassium
2 types de canaux ioniques:
- Sélectifs
- Non sélectifs
Que sont les canaux non-sélectifs? (+ex)
Transportent plusieurs ions de même charge et habituellement de même valence (monovalent/divalent)
- Anions (-)
- Cations (+)
Ex: Canal cationique: P (Na+) = P (K+) > P (Ca2+)»_space;> P (Cl-)
En quoi consiste l’activation d’un canal ionique (phénomène/cinétique d’activation)?
L’ouverture et le fermeture du canal résulte d’un changement de conformation de la “porte” du canal l’intérieur ou à l’extérieur de la membrane
→ La cinétique d’activation peut être extrêmement rapide (μsec)
Quels sont les 3 états d’un canal?
- Ouvert
- Fermé
- Inactivé
(réfractaire → action supplémentaire nécessaire pour ouvrir la porte)
Localisation (int/ext) des prot des canaux sodique et potassique (dire pourquoi)
- Canal sodique: porte à l’extérieur (ions entrent dans la cellule)
- Canal potassique: porte à l’intérieur (ions sortent de la cellule)
Comment peut-on mesurer l’activité d’un canal ionique? (outil)
Le flux d’ions à travers un canal génère un courant mesurable électriquement par «patch-clamp»
Que génère l’ouverture et le fermeture du canal?
L’ouverture et la fermeture du canal génère des changements abrupts d’amplitude du courant
Que reflète l’amplitude du courant qui passe à travers un canal ionique(3)
L’amplitude des courants reflète:
- la conductance du canal
- leur durée
- la probabilité d’ouverture du canal
En quoi consiste la technique du patch clamp? Que permet-il?
Ordre de résolution de la mesure d’un seul canal ionique (prot)
= Collage d’une pipette de verre sur la membrane plasmique d’une grosse cellule pour générer un petit morceau de membrane
==> Permet d’imposer un voltage à la membrane et donc de:
- Mesurer des courant à travers ce petit morceau de membrane
- Mesurer des courants à travers la membrane de toutes la cellule
→ mesure d’1 seule protéine (canal ionique) avec une résolution de l’ordre d’une microseconde
Qu’est-ce que la conductance d’une protéine?
Comment la mesure-t-on?
Propriété intrinsèque d’une protéine qui consiste en sa capacité à faire passer les courants (canal ionique)
→ Donnée par la mesure de d’amplitude (patch clamp)
4 différents modes d’activation des cellules et impact sur les canaux ioniques:
-
Voltage
→ cellules « excitables » -
Ligands (=substance chimique)
→ synapse entre 2 neurones/jonction neuromusculaire - Médiateurs intracellulaires (neurones, coeur)
- Physico-chimique (récepteurs sensoriels)
Activation de la cellule par voltage:
- Signifie quoi?
- Rôle
Canaux activés par des changement du potentiel de membrane
(cell excitable)
→ Transport et décodage de l’information
Activation de la cellule par ligand:
- Signifie quoi?
- Rôle
Canaux activés par un agoniste extracellulaire
(glutamate, acétylcholine (muscle))
→ Transmission rapide de l’information d’une cellule à une autre
Activation de la cellule par modulation:
- Signifie quoi?
- Rôle
Canaux activés par des médiateurs intracellulaires
(cAMP, protéine G, Calcium, inositol, protéine)
→ Transmission lente et intégration de l’information
Activation de la cellule de manière sensorielles:
- Signifie quoi?
- Rôle
Canaux activés par la lumière/substance chimique/changements de tension membranaire ou de température
(= interface avec le monde environnant)
→ Détection de signaux
- Quel est le rôle d’un Senseur?
Transforment un stimulus
(imput → signal électrique décodable par le cerveau)
- soit en changement de potentiel membranaire
- soit en signal intraC
en ouvrant un canal qui va changer le voltage ou faire entrer du calcium
==> détection de signaux
5 types de récepteurs sensoriels:
-
Photo-senseurs (vision)
→ activation par la lumière -
Mécano-senseurs (audition, toucher, proprioception)
→ activation par contraintes physiques -
Chimio-senseurs (CO 2, pH, goût, olfaction)
→ activation par des substance chimiques - Osmo-senseurs (osmolarité)
- Thermo-senseurs (température)
Quels sont les canaux senseurs pour la température (douleur: chaud/froid)?
+ dire par quoi ils sont activés en labo
Chaleur: canal TRPV1
→ activé par la capsaicin = imitateur de chaleur
Froid: canal TRPM8
→ activé par la menthol = imitateur du froid
Quel est le canal senseur pour le toucher (douleur)?
Canal PIEZO2
Fonctionnement des cannaux TRP (Thermo-senseurs): (4)
Canal s’ouvre par chaleur/extrait de piment (concentration en capsaicin)
Laisse passer des cations (Na et Ca)
Dépolarisation de la cellule neuronale
Neurone relié à la moelle épinière transmet l’info au cerveau
NB: Même processus pour le canal TRPM8 (menthol) → froid
V/F: On mesure toujours un courant à température ambiante
Vrai
Nom des canaux Thermo-senseurs:
Canaux TRP
Quel expérience a permis de mettre en évidence l’existence des canaux Piezo? (4)
- Cellule répondant à un stress mécanique (électrode)
- Injection dans la cellule d’ARNinhibiteurs (bloquent la transcription)
- Injection et mesure jusqu’à perte de réponse
- Découverte (grâce à l’ARNinhibiteur) du gène codant pour les canaux Piezo
==> sensation de toucher + proprioception
Quel type de senseur sont les canaux Piezo?
Que permettent-ils? (2)
Mécano-senseurs
→ Permettent la sensation du toucher et la proprioception (situation de nos membres dans l’espace)
Structure des cx Piezo
Trimères (assemblage de 3 molécules) de grande taille
==> impose un déformation à la membrane qui permet l’ouverture du canal lors de tensions sur la bicouche lipidique
Expérience ayant permis la découverte des canaux TRP: (3)
- Transfert des gènes exprimés dans ces neurones dans des cellules de culture = reconstitution de la réponse à la Capsiacin (substance chimique présente dans le piments à laquelle répondent les neurones sensibles à la température)
- Observation d’un ARN particulier codant pour la TRPVI qui répond à la capsiacin
- Mesure de la réponse en patch clamp
==> Preuve que le canal TRPV1 répond à la capsiacin et donc à la T°
Que peut entraîner une mutation des gènes codant pour les canaux Piezo 2?
Comment peut-on le détecter?
Problème de proprioception (impossible de se situer dans l’espace)
☞ Détection par des test neurologiques
Donner le potentiel d’équilibre des canaux potassiques?
+Activité engendrée
Potentiel d’équilibre négatif
= -90 mV
==> + présents intracellulaire (asymétrie des concentrations)
→ Activité rythmique des cellules excitables
Rôles (2) des canaux potassiques?
+ 1 Action très importante
- Stabilisent le potentiel de membrane
→ permis grâce à l’ouverture de cx sélectifs - Diminuent l’excitabilité cellulaire
-
Déterminent le potentiel de repos des cellules
(= toutes cellules ont un potentiel négatif au repos)
V/F: Il y a une très grande diversité de cx potassiques
Vrai
Localisation des canaux potassiques?
Toutes les cellules (ubiquitaires)
Que dire de la conductance des cx potassiques?
Ont la plus grande conductance dans la plupart des cellules
Quelle est la structure des canaux K+ Voltage-activés? (KV1.2 chez l’humain)
+ Fonctionnement
6 segments transmembranaires dont 1 porte une charge + qui lui permet de sentir les changements de voltage
==> fonctionne comme un transistor
Évolution de la conductance des cx K+ à voltage négatif et lors de l’augmentation du voltage
Au voltage négatif: conductance nulle (canal fermé)
→ cellule polarisée
Voltage augmente, dépassement du seuil: canal s’ouvre et conduit des ions jusqu’à un degré d’ouverture max
→ cellule dépolarisée
Que permettent les canaux K+ Voltage-activés?
Génèrent un courant dont l’amplitude varie en fonction du voltage
==> Ils sont sélectifs
→ “Interrupteurs biologiques”
Comment fonctionne l’activation des canaux K+ Voltage-activés? (2)
Segments S4 bougent dans la membrane lorsque le voltage change
→ Chgt de confo induit mvt à l’intérieur du plan de la membrane
Mouvement de « rame » (paddle) ouvre et ferme la « porte » du canal
Les canaux K+ sont sélectifs, comment? (hors vs dans le filtre)
Hors du filtre: les ions (hydratés) liés aux atomes d’oxygène des H2O par des liaisons électrostatiques dont la distance est spécifique pour chaque espèce ionique
Dans le filtre: Canal imite la distance de coordination (spécifique) des molécules d’H2O avec les ions K+ qui perdent leur molécules d’eau et se lient aux oxygènes du filtre qui sont à la même distance que l’eau
==> Les ions sodium bien que plus petits ne peuvent pas perdre leurs molécules d’eau et ne passent pas entre les atomes d’oxygène du filtre
V/F: Plus l’ion est petit, plus la densité de charge à sa surface est grande et plus les liaisons sont courtes
Vrai
Que se passe-il lorsqu’on met une cellule dont le flux net membranaire est nul (potentiel d’équilibre) en présence d’une électrode?
Électrode impose un voltage différent
→ Charges changent de sens:
- Les deux forces vont dans le même sens
- Potentiel membranaire ≠ potentiel d’équilibre de l’ion
- Flux net ≠ 0
==> COURANT (mesurable si le canal est ouvert)
Formule du courant ionique (loi d’Ohm):
Loi d’Ohm: U = RI pour calculer le potentiel de repos Vm→ somme de (pourcentage de conductance) x (potentiel d’équilibre) pour chaque espèce chimique
Qu’est-ce que le courant ionique:
Dépend de quoi? (2)
Flux d’ions à travers un canal qui génère un courant dont l’amplitude dépend de la force électromotrice et de la conductance du canal
De quoi dépend la force électromotrice du flux d’ions?
Dépend de la différence de voltage entre le potentiel de membrane et le potentiel d’équilibre de l’ion
De quoi dépend la conductance d’un canal? (3)
Conductance dépend de:
- nombre de canaux
- leur conductance unitaire
- leur probabilité d’ouverture
Différence entre courant ionique positif et négatif
Courant positif (sortant): mvt de charges positives de l’intérieur vers l’extérieur
→ sortie de cations ou entrée d’anions
Courant négatif (entrant): mvt de charges positives de l’extérieur vers l’intérieur
→ entrée de cations ou sortie d’anions
Définition: Potentiel de repos
Valeur positive ou négative?
Calculable comment?
État stable du potentiel de membrane des cellules
= Valeur négative (proche de E (K+))
→ calculable avec la loi d’Ohm
V/F: Au potentiel de repos, la somme des courants générés par tous les canaux ioniques est nulle
Vrai
Définition: Potentiel d’action:
État dynamique du potentiel de membrane des cellules excitables (neurone/ muscles) durant lequel le potentiel augmente puis diminue de façon stéréotypée (tjrs la même “forme”)
Définition: Dépolarization:
Déviation transitoire du potentiel de membrane vers des valeurs positives ou moins négatives
(ex: de –70 mV à –40 mV)
Définition: Hyperpolarization:
Déviation transitoire du potentiel de membrane vers des valeurs plus négatives
(ex. de –70 mV à –80 mV)
Définition: Repolarisation:
Retour du potentiel de membrane au potentiel de repos suite à une dépolarization ou hyperpolarization
(ex: de +30 mV à -70 mV)
3 états de la cellule du fait qu’elle peut changer son voltage:
- Dépolarizée
- Hyperolarizée
- Repolarisée
Par quoi est essentiellement déterminé le potentiel de repos d’une cellule?
Par l’activité des canaux potassiques (plus grande conductance)
Donner les potentiel d’équilibre des canaux sodiques
Quel est leur état au potentiel de repos (+ activation)?
Potentiel d’équilibre positif = +60 mV
→ Fermé au potentiel de repos (-64mV) = activés par dépolarisation
Quel est le rôle global des cx sodiques?
Propagation des PA et transport vectoriel de Na
Donner les 2 types de cx sodiques (+ leur localisation et rôle respctifs)
Cx voltage activés (Nav)
- Neurones, coeur
- Propagation des PA
Cx amilorides-sensibles (ENaC)
- Épithéliums
- Transport vectoriel de sodium
Structure des canaux sodiques voltage-activés (Nav)
4x6 domaines transmembranaires
==> “tétramère” formée d’une seule protéine
→ contient plusieurs sites de liaison pour des toxine (TTX/ spider toxine)
Mutation des cx sodiques cause des atteintes typiquement où?
Mutation dans les canaux sodiques causent des atteintes au système neurologique
Combien de gènes codent pour l’ensemble d’un canal sodique?
1 seul
À quoi est dû le potentiel d’action des neurones? (+ allure de la courbe)
Il est dû à l’activation extrêmement rapide (µsec) des NaV
→ Vm monte très rapidement vers ENa+ (dépolarisation)
L’activation transitoire (<1msec) des NaV est suivie d’une activation plus lente des cx Kv
→ Vm redescend vers EK+ (hyperpolarisation) avant de revenir à la valeur de repos (repolarisation
Que permet l’ouverture/fermeture synchronisée des canaux voltages-activés?
Propagation d’un signal électrique (transport d’information)
→ le long d’un axone
Donner le potentiel d’équilibre des canaux calciques?
Potentiel d’équilibre positif = + 120 mV
Valeur de gradient de concentration du calcium
Enorme gradient de concentration: 10’000
Qu’est-ce qu’induit l’ouverture des canaux calciques?
+ type d’activité enclenchée?
Augmentent la concentration de Ca intraC → Activité cellulaire
Chgt de potentiel de membrane cause l’ouverture et fermeture des cx = génère un chgt de concentration qui induit une réponse
==> Contraction, sécrétion, transcription, etc…
Localisation des cx calciques?
Toutes les cellules excitables
Quel est le rôle majeur des canaux calciques?
Transforment un signal (input) en activité cellulaire (output)
Stimulus → Signal calcique → Réponse
= processus de DÉCODAGE du signal électrique
Pharmacologie: Que ciblent le venin de certains animaux et les médicaments?
Cannaux ioniques:
- Canaux potassiques (abeille, scorpion, araignée…)
- Canaux sodiques (poisson fugu)
- Canaux nicotiniques (cobras, plante curare…)
Médocs: anesthésiques, anxyolitiques, diurétiques, barbituriques, antiarithmiques…
+nicotine, éthanol, psycho-stimulants
3 classes de Pompes ioniques:
- Pompes de type P (phosphorylé)
- Pompes de type V (vacuolaires)
- Pompe de type F (mitochondriale)
Les H+-ATPases sont quel type de pompe?
Pompes de type V ou Types F
(y’a les 2)
Donner 3 pompes de types P
- Na+ /K + -ATPase
- Ca2+ -ATPase
- H + /K + -ATPase
Qu’est-ce que la Na+/K+ ATPase?
Pompe à sodium: Catalyse (10000 ions/sec) la sortie de Na des cellules, couplée à l’entrée de K
=> utilise de l’ATP
2 rôles de la Na+/K+ ATPase
- Maintient l’asymétrie ionique des liquides intraC (K+) et extraC (Na+)
- Génère les gradients chimiques utilisés par les canaux ioniques et les transporteurs
Localisation de la Na+/K+ ATPase
= Pompe ionique Ubiquitaire du règne animal
Consommation de la Na+/K+ ATPase pour fonctionner (en + de l’ATP)
25% de notre consommation d’oxygène (50% dans certains organes: cerveau, rein)
Déroulement du cycle de Na+/K+ ATPase: (9 étapes)
- 3 site de liaison exposés avec une affinité très importante pour le Na
- Na se lie au sites de liaison
- 1 site de liaison à l’ATP (ATP se lie)
-
Hydrolyse de l’ATP en ADP
→ Pi perdu resté sur la pompe (= intermédiaire phosphorylé) - Induit un chgt de confo dans la Na+/K+ ATPase
- Exposition des site de liaison à l’extérieur et détachement des ions Na hors de la cell
=> Transport de 3 ions sodiques pour le prix d’un phosphate - Phosphate relâché dans la cell
- Chgt d’affinité, 2 ions K se lient sur 2 sites
- Chgt de confo, ions K+ relâchés à l’intérieur
==> cycle recommence
= TRANSPORT ACTIF (≠ Diffusion ionique!)
Bilan net de cycle Na+/K+ ATPase:
- Élimination de 3 ions Na hors de la cellule
- Entrée de 2 ions K dans la cellule
Qu’est-ce que la Ca2+ ATPase?
Pompe à calcium
==> utilise de l’ATP
2 types de Ca2+ ATPase dans la cellule?
+ rôles respectifs
PMCA (sur membrane plasmique)
→ maintient la concentration du Ca intraC très basse (100 nM)
→ 1,2 mM dehors
==> Ca re-rentre dans la cellule grâce à l’ouverture de cx calciques
SERCA (dans le réticulum endo/sarcoplasmique):
→ stocke le Ca dans le réticulum (lié à des prot)
==> calcium relâché dans la cellule grâce à l’ouverture de canaux calciques sur le réticulum
☞ Signaux calciques peuvent être internes ou externes
Que sont les H+/K+ ATPases?
Donner sa localisation
Pompes de type P (transporteurs)
→ Cellules pariétales de l’estomac, rein
Fonction (double travail) des pompes H+/K+ ATPases?
- Catalyse la sortie de H+ en échange de K+
(contre leurs gradients) - Transforme la sécrétion de KCl en sécrétion de HCl
(potassium repris et échangé par un proton => utilise de l’ATP)
L’activité des pompes H+/K+ ATPases est couplé à quoi?
Activité couplée à la sortie de K + et de Cl - par des canaux ioniques
Que sont les V-type H+ ATPases?
Donner leur localisation (2) et le rôle qui leur est associé
= pompe à proton
Membrane des organites intraC:
→ Maintenance du pH des organelles
Membrane plasmique des ostéoclastes
→ Résorption osseuse
Que sont les F-type H+ ATPsynthases?
Donner leur localisation
= Pompe à protons
= Complexe 5 de la chaîne respiratoire
→ Membrane interne des mitochondres
Fonction des F-type H+ ATPsynthases?
Génère de l’ATP en utilisant un gradient de protons (pompe inversée)
= Fonction inverse des ATPases: ATP synthase
==> Produit l’énergie utilisée par les autres pompes
Mode d’action F-type H+ ATPsynthases
= Complexe 5 de la chaîne respiratoire
Transport l’e- couplé au transport de protons dans la membrane interne mitochondriale permet la génération d’un gradient de H+ qui s’accumulent dans l’espace intermembranaire avant de passer à travers l’ATPsynthase pour permettre la génération d’ATP utilisée par les autres pompes
5 types de pompes ATPases (production et consommation d’ATP):
V/F: Il existe plus de 40 transporteurs ABC et ils transportent une grande variété de molécules
Vrai
Molécules transportées: ions, lipides, acides biliaires, drogues, fer…
Les transporteurs ABC sont activés par quoi?
Par la liaison d’ATP
Donner 2 exemples de transporteurs ABC (+ dans quoi ils sont impliqués)
- CFTR (= canal chlore): Mucoviscidose
- MRP-1: Chimiothérapie
Au potentiel d’équilibre du K+, donner:
- Force électromotrice:
- Canaux potassiques voltages activés:
- Cellule:
- Conductance unitaire:
Au potentiel d’équilibre du K+
- Force électromotrice = 0
- Cx potassiques voltages activés = fermés
(proba d’ouverture faible) - Cellule = hyperpolarisée
⚠️ Conductance unitaire: ne varie pas avec le potentiel membranaire (=propriété intrinsèque du canal)
Que dire du chlore lors du potentiel de repos des cellules?
= État stable du potentiel membranaire qui favorise l’entrée passive du chlore
Rôle de la vacuola H+ ATPase:
Acidifie les vacuoles
Quel est le potentiel de repos des cellule (valeur + calcul)?
Répartition des charges lors du potentiel de repos des membranes:
Potentiel de repos Membranaire:
- Négatif à l’intérieur
- Positif à l’extérieur
Sens du mouvmement dans les cellules des ions: (potentiel de repos)
- K+
- Na+
- Ca+
- Cl-
- Sortent (vers l’extérieur de la cellule)
- Entrent
- Entrent
- Entrent
