Cours 3: canaux ioniques et PA Flashcards
Canaux ioniques et potentiel d’action
Quelle est la fonction des systèmes nerveux?
- percevoir état environnement et soi même
- réagir pour survivre/se reproduire
- intégrer des fonctions sensitives complexes (multiples centres de commande (dominés par une commande centrale))
- capacité efférente
Quelle est l’origine des systèmes nerveux? (Le premier système nerveux?)
Ex: les paramécies
présence de récepteurs sur leurs cils qui induisent signal pour changer de direction qui permettent leur survie et pas se faire manger.
Quelle sont les 3 parties du système nerveux?
Centre de contrôle central
Partie sensitive
Partie motrice
Composantes du SNC
SNC= syctème nerveux central
moelle épinière, cerveau inférieur et supérieur
Composantes du SNP
nerfs (avec fibres afférentes et efférentes) en
dehors du cerveau et de la moelle épinière
SNP= syctème nerveux périphérique
V/F Il y a environ 200 miliards de neurones au total dans le système nerveux.
V: Plus de 100 milliards de neurones dans le cerveau humain et au moins autant dans le reste du système nerveux
Comment le système nerveux reçoit et transmet l’info?
communiquer entre ses différentes parties par les neurones
Rôles généraux du neurone dans la communication inter-cellulaire?
− « décider » d’envoyer un signal (électrique)
− propager le signal avec fidélité (électrique)
− transmettre le signal à une autre cellule (chimique)
Nommer l’ensemble des cellules qui composent le SN.
SN : systéme nerveux
− Neurones
− Cellules gliales qui inclues:
− Astrocytes
− Microglies
− Oligodendrocytes
− Cellules de Schwann
Quel est le rôle des cellules gliales dans le SN?
- Maintient le milieu extracellulaire
- Supporte les neurones
Décrire caractéristiques des motoneurones dans le SN.
Rôle: transmettre commande motrice
Caractéristique: très long + viennent en pair (1 supérieur du cortex à la ME et 1 inférieur de la ME à l’effecteur)
Résumer ce que sont les dendrites du neurone.
« Branches » par lesquelles le soma reçoit des signaux afférents d’autres neurones
Résumer ce qu’est le soma du neurone
Région contentant le noyau et la machinerie métabolique responsable de maintenir les parties lointaines du neurone
* Ses produits doivent être transportés par transport axoplasmique antérograde
* Doit récupérer les déchets par transport axoplasmique rétrograde
Définir le transport axoplasmique antérograde et rétrograde.
Antérograde: acheminement intracellulaire de “produits” du soma vers les terminaisons synaptiques
Rétrograde: acheminement intracellulaire de “produits”/déchets des terminaisons synaptiques vers le soma
Décrire et situé le sommet axonal
Lieu de sommation de l’ensemble des signaux qui mèneront à la génération du PA
Situé à la jonction entre le soma et l’axone
PA: potentiel d’action
Rôle et origine de la gaine de myéline
Isolateur des courants ioniques
* Interrompue par les nœuds de Ranvier
* Formée de cellules gliales: Oligodendrocytes (SNC) et Cellules de Schwann (SNP)
Rôle des terminations présynaptiques
- Région finale de la propagation électrique du PA axonal
- Région d’entreposage et de libération des vésicules synaptiques contenant le transmetteur chimique destiné à la synapse
Décrire la synapse
Espace entre la terminaison présynaptique et la membrane post-synaptique de sa cellule cible
Lieu de diffusion du transmetteur chimique
(neurotransmetteur)
Rôle du neurotransmetteur
aura généralement une influence sur le potentiel électrique de la membrane de la cellule cible
Faire la distinction entre potentiel de récepteur, potentiel synaptique, potentiel d’action.
Potentiel de récepteur: potentiel mesuré à la membrane pré-synaptique
Potentiel synaptique: potentiel mesuré à la membrane post-synaptique
Potentiel d’action: potentiel mesuré à l’axone du neurone efférent
Quels éléments du SN aide à maintenir les concentations électrolytiques internes des cellules nerveuses?
astrocytes
LCR
barrière hématoencéphalique
V/F pour maintenir les concentrations électrolytiques internes des neurones, il faut continuellement dépensé de l’énergie.
V, les pompes actives (nécessitent ATP) maintiennent le “déséquilibre”
Quelles sont les principaux les ions en grande concentration extracellulaire?
Na+, Cl-, Ca2+
Quel est l’ion principal qui majoritairement intracellulaire?
K+
Bien que le milieu intracellulaire est composé de potassium, un ion +, pourquoi le poteniel interne est-il négatif?
présences importante de d’autres ions et composantes (albumine, protéines, etc.) avec charges négatives
Décrire l’allure de la membrane neuronale
bicouche phospholipidique imperméable aux ions, mais contient canaux transmembranaires protéiques qui la rendent perméable sélectivement
Expliquer la différence entre les canaux transmembranaire actifs et passifs.
− Actif: Requiert de l’énergie (ATP) pour pomper l’ion contre son gradient naturel
− Passif: Permet à l’ion de se diffuser à travers la membrane selon son gradient de concentration sans énergie (pas d’ATP nécessaire)
Pourquoil le potentiel transmembranaire n’est-il pas nul?
* différences de concentrations ioniques, établies par transporteurs d’ions (pompes ioniques), de part et d’autre de la membrane
* **perméabilité sélective **des membranes due aux canaux ioniques
Quelle transporteur d’ion est responsable du maintien du potentiel membranaire.
Pompe Na+/K+ ATPase
Canal actif
En absence des pompes Na+/K+ ATPase qu’arriverait-il au potentiel membranaire?
Dépolarisation (devient plus positive) et ne pourra plus transmettre influx nerveux
Expliquer précisément le rôle des pompes Na+/K+ ATPase
pompent continuellement le sodium (3 molécules) vers
l’extérieur de la cellule et le potassium (2 molécules) vers l’intérieur (contre leurs gradients respectifs) au coût d’énergie sous forme d’ATP
Décrire les étapes d’échange ionique induit par la pompe Na+/K+ ATPase
- Liaison du Na+ à l’intérieur de la pompe
- ATP provoque la phosphorylation de la pompe
- Sortie de 3 Na+ à l’extérieur et entrée de 2 K+
- Hyperpolarisation de la membrane de 1 mV
V/F les pompes Na+/K+ ATPase sont très peu énergivore puisqu’elles sont déclenchées par la liaison d’un Na+ intracellulaire.
F, 20% de l’énergie du cerveau est dépensée par ces canaux
V/F Certains canaux sodiques,
potassiques et chloriques sont passifs.
V
Rôle des canaux sodiques,
potassiques et chloriques passifs
diffusion des ions dans la direction de haute à basse concentration
V/F les canaux ioniques voltages- ou ligands-dépendants ne nécessitent aucune énergie, mais sont très spécifiques et régularisés.
V, ils peuvent être ouverts et fermés selon certaines conditions seulement
V/F le potentiel membranaire est maintenu par les gradients les concentration chimique de chaque ion et le champ électrique entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule
V
Quel est la potentiel de repos? Pourquoi a-t-il ces valeurs?
-70 à -90 mV
Les canaux potassiques restent ouverts donc les valeurs s’approche du potentiel d’équilibre du K+.
Définir le potentiel d’équilibre d’un ion
Potentiel membranaire propre à 1 ion lorsque la membrane est perméable à 1 seul ion et que cet ion atteint son équilibre entre les concentrations intra- et extra-cellulaire. Ex: potentiel d’équilibre du K+ est -95mV
V/F la modification de la perméabilité ionique en réponse à un stimulus provoqueun potentiel d’action
V
Décrire les 3 états des canaux sodiques passifs
- Fermé (imperméable au Na+), état de la membrane au repos
- Ouvert (perméable au Na+)
- Désactivé (imperméable et incapable de s’ouvrir)
Décrire le mécanisme des canaux sodiques passifs ou voltage-dépendants
Agit selon loi tt ou rien pour laisser passer ions Na+
changement du potentiel (et si on atteint seuil requis) = activation (ouverture) des canaux = membrane perméable aux ions Na+
Si les canaux sodiques sont ouvertes (passge libre du Na+), quel est le potentiel membranaire pouvant être atteint à l’équilibre du gradient de concentration
C quoi équilibre du Na+?
+80 mV (potentiel d’équilibre du Na+)
Qui suis-je? Signal propager le long de l’axone sous forme d’électricité (influx nerveux).
Potentiel d’action (PA)
Quelles sont les caractéristiques du PA?
- Tout-ou-rien (même amplitude peu importe la nature du stimulus initial)
- Déclenché par l’atteinte d’un seuil
- Ne se dégrade pas
Doit avoir toutes les caractéristiques
V/F tous les stimulus (info reçu par neurone post-synaptique) deviendra un potentiel d’action au sommet axonal
F, le neurone doit “décider” quelles infos sont nécessaires à transmettre. Cela dépend de l’environnement et des caractériques propres au neurone
Pour avoir un PA info vient de qui?
Info lui est communiqué par:
− Autre neurones
− Autre cellules (récepteurs, etc.)
− Espace extracellulaire, etc.
Quel est l’effet d’un PPSE et PPSI?
Potentiel postsynaptique excitateur (PPSE) ou inhibiteur (PPSI)
PPSE: pousse la membrane vers une dépolarisation (rend le potentiel de repos négatif plus positif)
PPSI: pousse la membrane vers une hyperpolarisation (rend le potentiel de repos déjà négatif plus négatif)
Lorsque les PPSE ou PPSI arrivent aux sommet axonale, comment changent-ils le potentiel membranaire au point de produire un PA? + cb il faut de Mv pour dépolarisation?
- Au sommet axonal, la membrane au repos contient des canaux sodiques fermés et des canaux potassiques ouverts (potentiel de membrane = -70 mv)
- Les PPSE/I ouvrent ou ferment certains canaux = entrée ou sortie d’ions = dépolarisent ou hyperpolarisent la membrane
- Lorsque PPSE >PPSI et membrane atteint seuil de -55mV = PA
V/F
PPSI = Généralement causé par l’entrée d’ions positifs
PPSE = Généralement causé par l’entrée d’ions négatifs
F, c’est le contraire
PPSI = entrée ions (-)
PPSE = entrée ions (+)
Expliquer comment on atteint le potentiel seuil des canaux sodiques voltage-dépendant au sommet axonal avec les PPSE/I?
PPSE dépolarisent assez la membrane pour atteindre -55mV et à ce seuil les canaux s’ouvrent
Expliquer les phases du potentiel d’action:
- Noyaux qui reçoit info de d’autres neurones et suite sommation PPSE et PPSI = PPSE = pré-dépolarisation = plus de K+ qui sort (seul canaux ouvert)
- = atteinte seuil de -55mV = Ouverture des canaux Na+ qui était fermé (au repos peuvent pas être ouverte)
- Dépolarisation (PA): Influx massif de Na+ dans cellule
- Repolarisation: K+ sort et canaux Na+ devient désactivé (Na+ redevient imperméable et K+ perméable ce qui mène à un équilibre)
- Post-hyperpolarisation: Parfois trop de K+ rentre et crée hyperpolarisation
Décrire la phase de repolarisation (impacts sur/des canaux).
- Même si les canaux potassiques sont toujours ouverts, ils ne sont pas tous “actifs” donc à la repolarisation = activation en plus grand nombre
- Augmentation de la conductance potassique (sortie K+)
- Retour du potentiel vers potentiel d’équilibre K+
Définir la période réfractaire.
brève période durant laquelle aucun autre PA ne peut être déclenché après PA inital
Expliquer chronologiquement les périodes réfractaires
- Période réfractaire absolue: aucun stimulus ne peut provoquer un autre PA
- Période réfractaire relative: un stimulus de (plus) forte intensité peut provoquer un autre PA
Cmt sont les canaux sodiques/potassiques lors de la période réfractaire?
Période réfractaire absolue = état désactivé des canaux Na+(aucune ouverture possible avec PA)
Période réfractaire relative = état fermé des canaux Na+ et **ouverture supplémentaire des canaux K+ **
V/F la “décision” de provoquer un PA dépend du seuil de dépolarisation des neurones et des influences environnementales (infos acheminéées aux dendrites)
V
Expliquer la sommation spatio-temporelle des PPSE/I et leur influence sur le PA
Plusieurs PPSE/I au même endroit (ou assez proche l’un de l’autre) sur le neurone post-synaptique et en même temps (ou dans une courte période) = dépolarisation locale plus “forte”/significative ( si assez de PPSE)= plus de chance d’avoir PA
OU
Lorsque la somme de PPSE moins la somme de PPSI cause la membrane post-synaptique de dépasser le seuil de dépolarisation, le PA est déclenché
Décrire la propagation du PA
PA se propage le long de l’axone jusqu’à la terminaison
présynaptique
*À mesure que la membrane est dépolarisée, les canaux sodiques plus distaux sont activés = propagation
Décrire la propagation antidromique du PA
Si la dépolarisation initiale n’est pas au soma, la propagation peut être dans la direction inverse (terminaison vers soma)
Comment s’assure-t-on que la vitesse de propagation soit
suffisante pour permettre une réaction dans un délai approprié et que l’intégrité du signal soit préservée sans dégradation sur ces distances bien que les tissus biologiques sont minces et de mauvais conducteurs passifs?
- augementer diamètre des fibres (axones) = augmenter vitesse
- gaine de myéline = augmenter vitesse
Pourquoi les fibres du système nerveux sont tous de tailles différentes et ne sont pas toutes myélinisées?
Ces caractéristiques sont attribuées aux fibres selon leur fonction et la nécessité (ou non) de propager un message rapide et précis
Quelle types de fibres (neurones) sont myélinisés et ont un grand diamètre?
Neurones moteurs et sensoriels de type A-alpha
Quel type de neurone sont de très petit diamètre et ne sont pas myélinisé? À quoi servent ces fibres?
Neurones sensoriels de type C
Afférence de douleur vers centres d’intégration
La myéline qui enrobe les axones est composée de ____ et de ____.
Lipides et protéines
Décrire un noeud de Ranvier
Espace entre les couches de myéline où la membrane
est exposée directement au milieu extracellulaire (environ à tous les 1,5 mm)
Décrire la conduction des axones non-myélinisés. Avantages et inconvénients?
La propagation se fait en déclenchant une vague de dépolarisation passivement le long de l’axone
Le courant déclenche l’ouverture de canaux sodiques
séquentiellement en une direction
- Avantage: aucune dégradation du signal
- Désavantage: lent et coût métabolique élevé
Pourquoi la conduction passive est-elle unidirectionnelle?
Après le passage de l’influx en amont de l’axone, la membrane se repolarise et on tombe en période réfractaire absolue = les canaux sodiques sont inactivés = PA ne peut pas “revenir” et causer autre dépolarisation
Décrire la conduction saltatoire. Avantages et inconvénients?
Propagation (saut) de l’influx nerveux d’un noeud de Ranviers à l’autre le long de l’axone myélinisée
Avantages: décharge électrique va plus loin et rapidement + PA renforcé activement
Inconvénient: message se détériore progressivement entre les nœuds (PA doit être regénéré/renforcé)
Rôles des canaux et de transporteurs dans la production des signaux électriques?
Maintien des gradients de concentration transmembranaires par transporteurs d’ions
Modification rapide et sélective de la perméabilité ionique, par** canaux ioniques**
V/F les canaux ioniques sont tous semblables en structure, en fonction et mécanisme d’action.
F
Pourquoi les canaux ioniques sont si variables?
- Plusieurs gènes codent les canaux ioniques
- Plusieurs types fonctionnels à partir d’un seul gène par édition de l’ARN
- Protéines du canal peuvent subir des modifications post-traductionnelles
Donner des exemples de types de mécanisme d’ouverture ou de fermeture de canaux ioniques?
- De la liaison d’un ligand (ex. neurotransmetteur)
- D’un signal intracellulaire (ex. second messager)
- Du voltage
- De déformations mécaniques (ou de la température)
Donner des exemples de canaux ioniques spécifiques voltage-dépendants
Canaux Na+, K+, Ca2+ ou Cl- voltage-dépendants
Exemples de rôles des canaux voltage-dépendants
l’émission du PA, sa durée, le potentiel de repos, divers processus biochimiques, la relâche de neurotransmetteurs, etc.
Expliquer la fonction des canaux ioniques activés par ligands (ligand-dépendant). Exemple?
Fonction: Convertir les signaux chimiques en signaux électriques
Exemples: Canaux dans la membrane qui sont activés par la liaison de neurotransmetteurs ou ceux qui sont sensibles à des signaux chimiques venant du cytoplasme
V/F les canaux voltage-dépendants sont moins sélectifs
que les canaux activés par les ligands
F, c’est le contraire, souvent les ligand-dépendants sont moins sélectifs que voltage-dépenants
V/F il est possible de trouver des canaux activés par ligands sur les organites intra-cellulaires
V
Expliquer le fonctionnement des canaux ioniques activés par étirement et donner un exemple
- canaux ioniques qui répondent à la déformation de la membrane
Ex: canaux situés dans les terminaisons nerveuses insérées dans le fuseau neuromusculaire (ceux qui détectent étirement au réflex rotulien)
Décrire les types canaux ioniques activés par température
2 types de thermorécepteurs:
- sensibles au chaud (30-45°C)
- sensibles au froid (10-30°C)
Expliquer le fonctionnement des 2 types de thermorécepteurs
terminaisons ‘libres’ sont disséminées dans l’épaisseur de la peau (certains points de la peau plus sensibles au chaud, d’autres au froid)
V/F le fonctionnement des canaux ioniques activés par température est enore inconnu
V
Décrire la structure moléculaire des canaux ioniques
- Longue chaîne d’acides aminés forme souvent une hélice
- Regroupement de plusieurs hélices transmembranaires = une sous-unité
- Plusieurs sous-unités assemblées en tonneau = canal avec, au milieu, un pore
Décrire le mécanisme d’ouverture/activation des canaux voltage-dépendants
A) Des détecteurs de voltage (domaines distincts chargés positivement) font traction sur une hélice la poussant vers la face extracellulaire = canal fermé
B) La dépolarisation amène une entrée de charges + dans la cellule = charges (+) des détecteurs se repoussent et ouvrent le canal
Expliquer le mécanisme des transporteurs actifs
Translocation d’ions contre leur gradient chimique grâce à l’hydrolyse de l’ATP (ATPase) ou grâce au gradient de concentration d’un autre ion (échangeur/co-transporteur)
Nommer des désavantages des transporteurs actifs
- Énergivore
- Plus lent que canaux ionique (lisaison et dissociation des ions prend plusieurs ms)
Quel est le rôle de la pompe Na+/K+ ATPase
maintenir la polarisation des membranes axonales qui permet la génération du PA
Q’arriverait-il si les pompes Na+/K+ ATPase devenaient inactifs par une pathologie quelconque?
La membrane deviendrait dépolarisée (plus (+)) sans pouvoir se repolarisée (redevenir plus (-)) et les cellules nerveuses ne pourraient plus transmettre de messages
Expliquer le lien entre la sensibilité du cerveau à la perte d’énergie et les pompes Na+/K+.
Ses pompes sont des ATPase donc le maintien de ce système exerce un coût énergétique important.
