Cours 3 - Électrogenèse des potentiels d'action cardiaque et canaux ioniques Flashcards
Expliquez brièvement les 6 étapes de la circulation sanguine à partir du coeur jusqu’à son retour (coeur pompe le sang oxygéné à travers le corps humain)
1) L‘oreillette droite se remplit du sang appauvri en oxygène. L’oreillette se contracte quand elle est pleine. À la contraction, la valvule tricuspide reliant l’oreillette droite et le ventricule droit s’ouvre pour faire entrer le sang dans le ventricule droit.
2) Le ventricule droit se contracte après remplissage ce qui pousse le sang dans les poumons par la valvule pulmonaire à travers l’artère pulmonaire.
3) Les poumons remplacent le CO2 présent dans le sang par de l’oxygène.
4) Le sang oxygéné est expulsé vers l’oreillette gauche par les veines pulmonaires.
5) La contraction de l’oreillette gauche ouvre la valvule mitrale. Le ventricule gauche expulse le sang oxygéné par la valvule aortique vers l’aorte, qui alimente le reste du corps.
6) Le sang dé-oxigéné revient au cœur par la veine cave supérieure qui draine la tête et les bras ou par la veine cave inférieure qui draine le tronc et les jambes.
Complétez:
Le coeur humain bat en moyenne _____ fois par _____
Le coeur humain bat en moyenne 100 000 fois par JOUR
Quelle activité du cœur est nécessaire pour la contraction (réponse mécanique) du muscle cardiaque ?
L’activité électrique du coeur est nécessaire pour la contraction (réponse mécanique) du muscle cardiaque
Sachant que l’activité électrique du cœur est nécessaire pour la contraction (réponse mécanique) du muscle cardiaque.
Quelles cellules possèdent une telle activité électrique?
Les cellules du nœud SA (sino‐auriculaire) possèdent une activité électrique automatique qui se propage aux oreillettes (« atrial cells »)
Les battements du noeud SA = DÉTERMINE la vitesse de contractions
Ces cellules = possèdent une activité qu’on appelle PACEMAKER
Expliquez brièvement l’électrocardiogramme (ECG)
L’électrocardiogramme (ECG) est une représentation graphique de l’activité électrique (changements de potentiel extracellulaire) du cœur en fonction du temps dans un cycle cardiaque complet.
Cette activité électrique est liée aux variations de potentiel membranaire des cellules musculaires spécialisées dans la contraction (cardiomyocytes) et des cellules spécialisées dans l’automatisme et la conduction des influx.
Elle est recueillie par des électrodes à la surface de la peau.
Ce sont des mouvements ioniques qui initient la contraction synchronisée des cellules cardiaques
**un cycle complet de dépolarisation cardiaque = succession des ondes P Q R T S **
VOIR page 3
V OU F?
L’activité électrique du noeud SA, soit où débute le cycle cardiaque est clairement visible sur l’ECG. Elle est représenté par l’onde P.
L’activité électrique du noeud AV est également clairement visible sur l’ECG. Elle est représenté par l’onde Q.
FAUX !
L’activité électrique du noeud SA, soit où débute le cycle cardiaque, n’est PAS clairement visible sur l’ECG
L’activité électrique du noeud AV n’est également PAS clairement visible sur l’ECG
CAR les cellules du muscle SA et AV ont un petit volume. Les cellules visible sur l’ECG = sont ceux qui occupe un grand volume !
Donnez les événement électriques du cycle cardiaque en ordre (les étapes du cycle cardiaque et leur traduction sur l’ECG)
Quelles étapes correspond à quelles ondes?
VOIR page 3 pour représentation graphique
- Contraction des oreillettes (dépolarisation des oreillettes) = ONDE P croissante
* SA = 60-100 bpm - Conduction vers le ventricule (Conduction dans le noeud AV et le faisceau de His = Segment PQ (ou PR); onde P est revenu à la droite (forme cloche) et segment PQ est directement sur la droite
* AV = 40-60bpm - Dépolarisation et contraction des ventricule EN ORDRE selon la séquence de l’ECG :
a) Onde Q; pic sous la droite
b) Onde R; pic croissant très sharp = TRÈS GRANDE dépolarisation
c) Onde S; comme Q pic sous la droite
* QRS = complexe qui traduit l’activation électrique des deux ventricules - Contraction ventriculaire = Segment ST (sur la droite)
- Temps systole électrique (repolarisation ventriculaire) = Onde T croissante
- Tracé final. ventricule est repolarisé et le cycle recommence = lorsque onde T en forme de cloche revient et est SUR la droite
Quelle est la différence entre le segment S et T, soit illustré par un temps d’attente du l’ECG ?
Le temps d’attente visible sur l’ECG entre le segment S et T représente le temps de repolarisation (le courant reprend)
Que peut-on dire des déflection périodiques du voltage membranaire observé sur un ECG ?
Les déflections périodiques du voltage membranaire sont ordonnées et récurrentes et indiquent que le potentiel membranaire des cellules cardiaques fluctuent dans le temps.
a) 1 cycle cardiaque complet se fait en combien de temps?
b) Combien il y a-t-il de battements par minutes?
a) 1 cycle cardiaque complet se fait en combien de temps?
1 cycle = 1 sec
b) Combien il y a-t-il de battements par minutes?
60 bpm
Nommez les 5 déflections périodiques (intervalles) visible sur un ECG. Que représente-t-il ?
- Intervalle RR = Un cycle cardiaque complet (de l’onde R à la nouvelle onde R)
- Intervalle PR = dépolarisation/contraction des oreillettes
- Duré QRS = dépolarisation
- Segment ST = Temps de repolarisation
- Intervalle QT = Repolarisation des ventricules
* les MD mesurent les intervalles RR afin d’évaluer la santé cardiaque d’un pt
Que mesure l’électrocardiogramme?
electrocardiogramme = mesure le changement de voltage que les cellule connaissent
et ce chang de voltage = induit des dépol et repolarisation
Définissez brièvement le potentiel de repos
dans quelles cellules?
Toutes les cellules eucaryotes possèdent une activité électrique.
Il existe en tout temps une différence de potentiel électrique entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire: c’est le potentiel de repos.
repos = un peu plus de charges nég à l’INTÉRIEUR de la cell. qu’à l’EXT, donc DIFF de potentiel est NÉGATIVE
mm qd cell. a pas d’act. automatique (potentiel d’action) - elle a quand mmm un potentiel de repos env. -80mV
Définissez brièvement le potentiel d’action
dans quelles cellules?
Dans les cellules excitables comme les cellules cardiaques, cette activité électrique évolue périodiquement d’une valeur négative à une valeur positive, c’est le potentiel d’action
*cell excitables du coeur: muscles cardiaques, squlettiques et lisses
qd cell. se dépolarise = charge positive ENTRE dans la cell.
donc la diff. entre extracell et intracell. n’est plus négatif, mais positif
il y a des états hyperpolarisé. DONC cell. est polarisé au repos (charge négatives à l’int.), cell. est dépolarisé = plus postive à l’int, cell. peut aussi avoir un potentiel membr. PLUS NÉGATIF que son potentiel de repos = hyperpolarisé (encore plus de charge nég à l’int qu’à son repos)
Complétez:
1) Toutes les cellules vivantes maintiennent un potentiel électrique _____ au ____ qui varie de ____ à ____ mV selon le type de cellules.
2) Dans les cellules du ventricule, le potentiel de REPOS (la différence de potentiel entre le milieu extérieur et le milieu intérieur de la cellules) est ≈ ____mV. C’est l’état dit _____ de la cellule. (_____ = potentiel memb de cellule cardiaque)
3) Quand le potentiel de la cellule devient plus ______ que le potentiel de repos, la cellule est _________
4) Quand le potentiel de la cellule devient plus ______ que le potentiel de repos, la cellule est _______
1) Toutes les cellules vivantes maintiennent un potentiel électrique NÉGATIF au REPOS qui varie de ‐90 à ‐30 mV selon le type de cellules
2) Dans les cellules du ventricule, le potentiel de REPOS (la différence de potentiel entre le milieu extérieur et le milieu intérieur de la cellules) est ≈ -85 mV. C’est l’état dit POLARISÉ de la cellule. (-80mV = potentiel memb de cellule cardiaque)
3) Quand le potentiel de la cellule devient plus NÉGATIF que le potentiel de repos, la cellule est HYPERPOLARISÉE.
4) Quand le potentiel de la cellule devient plus POSITIF que le potentiel de repos, la cellule est DÉPOLARISÉE.
Pourquoi ce potentiel membranaire est–il négatif ?
Le gradient électrochimique pour les ions K+ détermine le potentiel de repos des cellules de mammifères car au repos la cellule est sélectivement perméable aux ions K+
Sachant que :
- Gradient chimique: les ions Na+ et K+ sont distribués de façon asymétrique de part et d’autre de la membrane cellulaire
- Comme les ions sont chargés, leur distribution va être influencée par le potentiel membranaire: gradient électrochimique (le sens des mouv. des ions = suivent le gradient chimique)
Entre le Na et le K, quel ions est le plus abondants à l’extérieur et à l’intérieur de la cellule? Que dire par rapport au chlore et au calcium? et HCO3- et PO4-?
ion le plus abondant à l’EXT = SODIUM
ion le plus abondant à l’INT = POTASSIUM
DONC = pot sort et sod entre
chlore = SUIVENT le sod
(ne déterminent pas le mouv. mais sont là pour balancer les charges et les garder électriquement neutres)
Ca = important pour contraction, plus abondant à l’ext de la cellule (donc entre dans cellule)
HCO3 et PO4: ne jouent pas un role significatif dans potentiel repos cell cardiaque
Quel sont les concentrations cytosolique (libre) extracellulaire et intracell. du Na, K et Ca?
- environ:
1) Na EXTRACELL. : 140mM / INTRACELL: 10mM
2) K EXTRACELL: et 5 mM / INTRACELL: 150 mM
3) Ca EXTRACELL: 3 mM / INTRACELL: 0 mM (dans réservoirs seulement - mais libre = 0)
Le potentiel de la cellule chez les mammifères tend vers le potentiel d’équilibre (potentiel de Nernst) pour les ions K+ (au repos) et le potentiel de Nernst pour les ions Na+ (pendant le potentiel d’action)
Quel est l’équation de Nernst du potentiel d’équilibre pour Na et K?
Potentiel d’équilibre (E) - pour Na et K où leur charge est de +1
E = (RT/F) ln( [ion]out / [ion] in)
où RT/F = 25mV
donc: E = 25mV x ln( [ion]out / [ion] in)
Lorsqu’on utilise la loi de Nernst pour le calcul du potentiel d’équilibre des ions Na et K - E Na = +61 mV et E K = -90 mV.
Expliquez ce qu’ils se passent pour ces ions au niveau de ses “seuils” d’équilibre? et entre les deux?
- La distribution des ions = influencé par le pot. membranaire
à ces potentiel d’équilibre donné, Na et K = ne sort pas et n’entre pas dans la cellule. ilscsont à l’ÉQUILIBRE
1) pour Na: si pot mem = devient plus POSITIF = Na peut SORTIR de la cellule
2) pour K :
a) pour tout les pot. membr plus positif ion K = sort de la cell.
b) si pot. membr devient plus nég (ce qui est rare en cond. physio. = cell. hyperpol et K peut entrer dans la cell. en suivant son gradient chimique
3) entre les deux pot. equilibre Na et K = GAMME de potentiel physiologique des cell. cardiaque
** ion K dans cell. en santé sort de la cell. naturellement et Na = ions déterminant pour entrée dans la cell dans la gamme de pot. physio
V ou F? Concernant le potentiel d’action et de repos :
Le potentiel de la cellule n’est pas constant. Dans les cellules excitables, le potentiel peut même atteindre transitoirement des valeurs positives suite à un stimulus important
VRAI
Complétez:
Les cellules cardiaques sont _____ et peuvent se _____ c’est- à-dire que le potentiel membranaire devient _____ de façon transitoire: potentiel d’action membranaire
Les cellules cardiaques sont EXCITABLES et peuvent se DÉPOLARISER c’est- à-dire que le potentiel membranaire devient POSITIF de façon transitoire: potentiel d’action membranaire
Sachant que les cellules cardiaques sont excitables et peuvent se dépolariser c’est- à-dire que le potentiel membranaire devient positif de façon transitoire: potentiel d’action membranaire et que s’il est suffisamment fort, ce changement local de polarité électrique peut se propager à l’ensemble de la cellule excitable et générer un potentiel d’action membranaire.
Qu’arrive-t-il au potentiel de la cellule lors de cette dépolarisation? Quelles sont les valeurs de voltage?
Le potentiel de la cellule passe alors soudainement de -90 mV à +20 mV.
C’est pourquoi on dit que le potentiel d’action membranaire est un phénomène tout ou rien
Il existe 2 réponses cellulaires possibles à un stimulus électrique, nommez et expliquez les
1- réponse passive où le voltage de la cellule est proportionnel au stimulus (plus faible que le potentiel seuil): réponse obtenue pour tous les types de cellules (réponse lorsque stimulus ne permet pas de franchir le seuil = passif)
2- réponse active où le voltage de la cellule n’est pas une fonction linéaire du courant injecté : le potentiel d’action des cellules excitables est caractéristique du type de cellule et se déclenche à partir d’un stimulus seuil:
2e réponse cellulaire à stimulus élect = propriété intrinsèque de la cell. : à partir du moment ou le stimulus injecté franchi le seuil (ds graphique on voir ligne pointillé -60 = le seuil de voltage) de voltage la réponse électrique qu’on obtient (pot action) est une rép tout ou rien (on peut dépasser le seuil d’un peu ou de bcp) on voit que la dépol et repol est identique (et c’est ca un pot. d’action) - dépol: une valeur positive est atteinte et ensuite repol. + ceci ce fait de facon complètement automatique
Lors du potentiel d’Action, qu’est-ce qui initie la dépolarisation rapide des cellules excitables? et la repolarisation? Qu’est-ce qui maintient les concentrations ioniques des molécules impliqués?
Le gradient ionique favorise l’influx d’ions Na+ en conditions de voltage et de concentrations physiologiques.
À tous les potentiels plus négatifs que +80mV, les ions Na présents dans le milieu extracellulaire vont générer des courants entrants (charges positives qui entrent dans la cellule, courants négatifs
Les canaux ioniques NaV (sélectifs pour les ions Na+ et activés par le voltage) sont présents dans la majorité des cellules excitables. Ils sont toujours responsables de la dépolarisation rapide des cellules pendant le potentiel d’action.
Les concentrations ioniques pour les ions Na+ et les ions K+ sont maintenues grâce à l’action de la pompe Na/K ATPase (protéine activé par l’hydrolyse de l’ATP est essentiel au maintient du gradient chimique (car on ne veut pas annuler le gradient par ce qui entre et ce qui sort)
- pot. action =
- dépol due à l’entré de SODIUM
- repol due à la sortie K qui donne le pot. de repos (qui est effect. tjrs très près pot. équilibre ions K)
Concernant l’électrochimie, qu’est-ce qui est particulier au niveau des cellules du coeur?
Chaque type cellulaire du cœur possède une activité électrique qui lui est propre et un profil de potentiel d’action particulier
Il y a 2 types “d’activité électrique” au niveau des cellule du coeur:
1) Les cellules automatiques (jamais au repos) : Cellules du noeud SA et du noeud AV
2) Les cellules travaillantes (excitables - on un état de repos) : Cellules du ventricules et de l’oreillettes (ce que le cours va principalement détailler), mais connaître que les cellules des : fibres Purkinje, endocardiaque, midmyocardiaque et epicardiaque font également partie de cette catégories
Le cycle de polarisation commence où au niveau du coeur?
Au noeud SA ! Une cellule automatique qui détermine (chef d’orchestre) la fréquence du battement cardiaque
Sachant que chaque type cellulaire du coeur a un potentiel d’action différent, qu’elle est la différence entre la courbe du potentiel d’action des cellules automatique et travaillante? Détaillez également selon chaque type cellulaire et par rapport au électrocardiogramme classique.
Prends le temps de dessiner les courbes sur une feuille (voir diapo page 8 pour les réponses graphiques)
1) AUTOMATIQUE:
les cellules dites automatiques (nœuds SA et AV) : Potentiel d’action (PA) symétrique qui contraste avec le PA des cellules musculaires contractiles (oreillettes et ventricules). 2 types de pot. d’action dans ces cell. cardiaque, cell du noeud SA et noeud AV ont un pot. d’action semblable = tout cell dont l’activité électrique est AUTOMATIQUE = pot. action SYMÉTRIQUE sans pot. repos stable (le fait que la cell. se dépol SPONTANÉMENT qui explique ca)
- SA: la courbe est diff. le potent d’action est relativement symétrique - pas un pot. repos stable (pas de plateau) + noeud SA = 3 phase (0, 3, 4) corresponde au phase qu’on voit dans les cell. purknje, cell ventriculaire - MAIS les canaux qui sous tende la dépol et repol partielle à la phase 1 et 2, ne sont pas présente dans le noeud SA.
2) TRAVAILLANTE:
À l’inverse de SA/AV, les cell. musculaire de l’oreillette et ventricules = pot. d’action extremment assymétrique, pote. repos stable, dépol rapide et phase plateau plus ou moins longue, dépendemment de la localisation du type musculaire et repol - pot. daction est bcp plus lent qui fini par activé cell. de la mm facon
ventricule: la dépol est bcp plus grande donc valeur positive plus important du coté des cell. cardioventriculaire
3) CORRESPONDANCE AVEC ECG:
- correspondance avec ecg: onde p doit correspondre à dépol des oreillette, QRS se superpose à la dépol rapide des ventricule et periode de temps QT = représente repol, pot membr revient à 0 et donc onde t représente cette phase du pot. d’action
Qu’est-ce qui fait que les potentiel d’actions des cellules automatiques et contractiles sont-ils différents?
La présence de protéines responsable de l’activité électrique de ces cellules, soit les canaux membranaires et ioniques (canaux qui sont distinct, pas les mm au niveau du noeud SA et cell. ventriculaire)
canaux ioniques = protéines transmembranaire de transport passif, la nature de ces canaux ionique sont responsable des différences de potentiels dans chaque type cellulaire du coeur
Sachant que les canaux ioniques sont des protéines transmembranaires de transport passif et que des canaux ioniques précis sont responsables de l’activité électrique du coeur: (Canaux = Pores aqueux pour ions)
Nommez les 3 caractéristiques de ces canaux ioniques
1- Flux ionique net rapide ( >106 ions/sec → courant)
2- Sélectivité ionique (e.g. Na+, K+, Ca2+, etc)
3- « Gating » ( activés par la dépolarisation)
*gating = canaux pas tjs à l’etat ouvert, gating = stimulus qui provoque le chang de conformation pour les amené de ouvert à fermé - protéines des canaux = activé par le voltage
Que font les canaux ioniques au niveau énergétique pour le passage d’ions à travers la membrane hydrophobe?
–> Les canaux ioniques diminuent la barrière d’énergie libre pour le passage des ions à travers la membrane hydrophobe
- Plus une molécule est hydrophobe et/ou non polaire, plus cette molécule sera soluble dans l’huile et plus elle traversera rapidement les membranes bilipidiques.
La perméabilité relative d’un substrat organique ou inorganique se mesure par son coefficient de partition eau/lipides.
Les ions ne peuvent pas traverser les membranes bilipidiques en absence de protéines membranaires de transport (transport = protéines)
Tous les cations sont constamment hydratés en solution (entourés de molécules d’eau)
Le canal ionique forme donc un pore aqueux pour diminuer l’énergie de passage des ions à travers la membrane hydrophobe to 2–3 kcal mol−1
NOTES:
**a - tous les ions (K, Na et Ca) = tjrs entouré de mol d’eau de facon spontanée
mol d’eau = oriente les group. polaire, mais rencontre un obstacle physique, en absence de canal = barrière d’énergie est très grande
b- eau stabilise la charge de l’ion qui favorise le passage de l’ion, présence canal = optimisation du transport en baissant la barrière d’énergie
Les canaux ioniques s’ouvrent et se ferment (« gating ») en réponse à des stimuli bien précis.
Nommez les 4 types de canaux ioniques possible pour le passage d’ions à travers une membrane
1- Voltage-Gated: dépolarisation induite par un changement de voltage
2- Ligand-Gated (EXTRACELL. ligand) : canal activé par acetylcholine (pas de chang. voltage requis)
3- Ligand-Gated (INTRACELL. ligand) liaison sous unité beta gamma des protéine G
4- Mechanically Gated: réponse à un stimulus de stress ou osmose
L’influx d’ions est toujours passif à travers le canal ionique (aucune dépense d’ATP ) Les ions ne passent que lorsque le canal est ouvert.
1) Pendant le potentiel d’action, les canaux qui s’ouvrent font partie de la famille des canaux dits « voltage‐dépendants ». Un changement de potentiel stimule leur ouverture.
2) D’autres canaux sont activés par des ligands extracellulaires tels que l’acétylcholine sur le canal‐récepteur nAchR ou encore quand les messages seconds IP3 ou Ca2+ se lient sur leurs récepteurs respectifs au niveau du RE / RS (« ligand‐gated: extracellular »).
3) D’autres canaux s’ouvrent en réponse à des ligands intracellulaires. Soit le Ca2+ intracellulaire tels que les canaux K+ activés par le calcium intracellulaire ou après la liaison des sous‐unités beta-gamma des protéines‐G (« ligand‐gated: intracellular »).
4) Certains canaux s’ouvrent en réponse au stress mécanique / osmotique.
V ou F?
Le potentiel d’action dans les tissus cardiaques varie régionalement et dépend de la nature des canaux ioniques qui y sont exprimés.
Expliquez.
VRAI
noeud SA: ouverture de certain canaux ionique = act. automatique
ventricule: différent canaux ionique qui permet act. de contraction
* différence majeure = entrée de l’ion calcium qui permet la contraction du muscle cardiaque
Sachant que le potentiel d’action dans les tissus cardiaques varie régionalement et dépend de la nature des canaux ioniques qui y sont exprimés, que ce passe-t-il au niveau des cellules automatiques (noeud SA et AV) ? Décrivez la courbe de potentiel d’action en ordre
Cell. noeud SA:
- dépol est constante
- valeurs potentiel ne sont pas les meme que ventric. : -80 pour vent. pour SA on atteint jamais pot. de repos, mais on est alentour de -60 (seuil autour -30) pour vent. seuil = autour -60, alors on dépolarise, la phase 0 est due à l’influt d’ions Ca et repol = due à l’influt ions K
Sachant que le potentiel d’action dans les tissus cardiaques varie régionalement et dépend de la nature des canaux ioniques qui y sont exprimés, que ce passe-t-il au niveau des cellules contractiles (ventricules/oreillettes) ? Décrivez la courbe de potentiel d’action en ordre
Cell. muscle ventriculaire:
- repos = canal K qui permet de maintenir pot. de repos à l’équilibre
- dépol rapide qui due à l’entrée du Na
- repol transitoire due à un canal K
- phase plateau: phase un peu plus au dela du pot. membranaire de 0, donc maintient d’une phase dépol = déterminé par influt Ca CONTREBALANCÉ PAR influt K (ce qui fait que pot. se maintient pendant quelques 100 mS)
- finalement bataille est gagné par ion K = repolarise cellule
Des canaux ioniques distincts déterminent l’activité automatique des cellules du nœud sino-auriculaire (SA). Le nœud sino‐auriculaire est le pacemaker cardiaque et se dépolarise spontanément.
Nommez et expliquez les phase du potentiel d’action de ces cellules pacemakers en ordre selon la courbe. Quel canaux y sont spécifiques?
Potentiel d’action ne comporte que seulement 3 phases : 0, 3 et 4
a) phase 4 : absence pot. repos = explique que cette cell. s’active spontanément, et ce, mm en absence d’influx électrique –> Canaux HCN + Calcique de type T
b) phase 0: dépol plus lente - une des rareté de cette cell qui fait en sorte que la dépol n’est PAS due à l’ouverture de canal sodique, mais a une ouv. canal calcique –> Canaux calcique de type L
c) phase 3: repolarisation (mais sans l’atteinte d’un potentiel de repos stable) et puis retour à la phase 4 –> Canaux K voltage-gated
- notes:
- Phase 0, dépolarisation, le potentiel d’action ouvre les canaux Ca2+ voltage- dépendants de type T ce qui permet d’atteindre le potentiel seuil qui déclenche l’ouverture des canaux de type L. Cette phase de dépolarisation est plus lente que celle des autres myocytes cardiaques en raison de l’absence des grands courants Na+ dans les cellules nodales SA et AV.
- *qd HCN est présent, quand pot. membr est négatif, il s’ouvre = tendance à laissé entrer l’ion qui est maj présent du coté extracell. (SODIUM) mm s’il laisse passer théoriquement na et k, c’est na qui est plus présent à l’extracell. ET c’est l’ouverture et l’entré d’ion NA à travers le canal HCN qui contribue à promouvoir la dépol de la cell jusqu’à son potentiel seuil, après ce sont les canaux calcique de type T et L qui dépolarise la cellule (on va le voir plus loin)
- Les phases 1 et 2 sont absentes du potentiel d’action du nœud SA
- Phase 3 : repolarisation grâce canaux K+ voltage-dépendants
- Phase 4 : dépolarisation diastolique sous-tend l’automaticité des cellules du noeud SA. Le canal activé par l’hyperpolarisation des nucléotides cycliques (HCN) génère un courant « funny » (If). L’hyperpolarisation active les canaux HCN qui est un canal ionique monovalent non sélectif (Na+ et K+).
Concernant la phase 0 de dépolarisation des cellules automatiques (pacemakers), l’activité du canal HCN est sous le contrôle de quoi?
Expliquez.
L’activité du canal HCN est sous le double contrôle hormonal des catécholamines: noradrénaline (NE) et acétylcholine (Ach)
- qd controle sympatique domine (= prod adren/noradre) = act. électrique cardiaque est plus rapide
- qd parasympatique ou vagal domine (= prod Ach) = le battement spontanée du noeud SA est diminué (rouge sur graph
- au repos = le syst vagal domine (batt. interne qui bat entre 100-110 bpm = déterm. par l’activité du noeud SA) - activité électrique du noeud SA diminue aussi
- stress = ex. exercice = relarguage d’adrénaline et noradrénaline et il y a augm. rythme cardiaque et sympatique prend le dessus
- act HCN = cest act qui controle le nbr de batt/min car l’act. du noeud SA détermine le nbr de batt/min (FRÉQ CARD.) puisque canal HCN est sous le controle à la fois de l’AMPc et du voltage nég, ca en fait une cible idéale pour être controlé par syst sympathique et parasymp.
Expliquez le fonctionnement du canal HCN
- HCN: Hyperpolarized-activated Cation Nucleotide gated ion channel
- HCN4 est l’isoforme dominante dans le noeud sino-auriculaire (SA)
Parlez de sa structure, de son activation, sa sélectivité et comment il s’ouvre/ferme
- HCN = un canal qui n’est PAS ssélectif et laisse passé à la fois les ions K et Na. Le courant « If » pour Ifunny est un canal HCN. Canal cationique peu sélectif (K+, Na+) qui est activé par les potentiels très négatifs ( Vm < - 50 mV) et par l’AMPc (donc moins actif en absence de AMPc)
- Canal qui fait 6 segment transmembranaire : le 4e segment (S4) = structure responsable de sentir les chang. de voltage (est une hélice transmembr. qui posède plusieurs aa chargé + ), donc qd potentiel membr. change, le déplacement de part et d’autre de la membrane de ce seg transm qui va se déplacé en foction des chang. potentiel. et quand ce seg ce déplace, agit sur l’ouverture du canal et va permettre de passé de l’état fermé à l’état ouvert
- Cette proté = activé soit par chang pot. membr négatif, soit par l’AMPc
- il y a un site de liaison à l’AMPc sur le côté c terminal, et ce sont les 2 paramètres (à la fois l’augm. de l’AMPc qui va permettre à cette prot de passé de fermé à ouvert)
- qd canal est en état fermé = les 2 hélices S6 se croise et empêche le passage d’ions
- qd ouvert = hélice se décroise
–> DONC liaison AMPc facilite l’ouverture et l’autre élément qui facilite l’ouverture, c’est le voltage négatif - combinaison des ces deux phénomène qui controle la vitesse d’ouverture du canal!
V ou F?
Quand un canal potassique s’ouvre, c’est tjrs pour dépolariser
FAUX
Quand un canal potassique s’ouvre, c’est tjrs pour REPOLARISER
L’activité électrique cardiaque est fortement déterminé par l’activité électrique du noeud SA. Ceci est contrôlé par quoi?
L’activité électrique cardiaque = fortement déterminé par l’activité électrique du noeud SA = est controlé par 2 canaux HCN et IKach, qui sont eux-même déterminé par les conc.circulantes des cathéchol (NE et ACh)
Au niveau des cell. du noeud SA, le système sympathique active le canal HCN. Le système parasympathique (stimulation vagale) diminue le canal HCN et active un canal potassique appelé IKACh.
Expliquez ce qui se passe au niveau de la stimulation du récepteur de la Noréphinéphrine (SNS)
Récepteur beta-adrénergique (b1): norepi se lie sur b1- qui est une prot couplé aux prot. Galpha-s, et stimulation de système de prot Galpha-s = contribue a augmenté la concentration intracell. d’AMPc
DONC en présence d’adrénaline/noradr. (syst sympathique) = AUGMENTATION concentration intracell. AMPc
Augmentation concentration cAMP qui se lie sur c terminal du canal HCN et provoque son activation et l’ouverture de se canal (décroise helice S6)
Au niveau des cell. du noeud SA, le système sympathique active le canal HCN. Le système parasympathique (stimulation vagale) diminue le canal HCN et active un canal potassique appelé IKACh.
Expliquez ce qui se passe au niveau de la stimulation du récepteur de la ACh (SNP). Quelle est la différence avec la stimulation SNS (NE)?
récept M2 = couplé aux prot Galpha-i
récepteur M2 + Ach = DIMINUE conc cAMP = diminue l’activité du canal HCN, MAIS, il y a activation du canal potassique (IKAch) par Ach (syst. parasymp), SOIT un canal qui promouvoit la repolarisation!)
DONC: stimulation parasympatique (ACh) = diminue l’activité du canal dépolarisant (HCN) en diminuant la concent. d’AMPc et augmente l’activité IKACh qui est un canal repolarisant (promouvoit la sortie du K de la cellule) = repol de cell contribue a diminuer la fréquence des batt. cardiaques
stimulation sympatique (NE) = augmente l’activité HCN en stimulant l’aug. concentration AMPc
** à noté que récepteur M2 qui active IKach ne passe PAS par l’AMPc, il s’agit d’une protéine canal qui est activé sur sa face intracell. par la dissociation des sous-unité beta-gamma du M2
DONC canal IKACh = PAS GATED mais il est controlé, sont stimulus d’activation = controlé par des mécanisme intracell. ( par les sous-unité beta-gamma QUI SE SONT DISSOCIÉ du récepteur M2)
Au niveau des cellules du noeud SA, la fréquence cardiaque est déterminé par quelle activité ionique?
La fréquence cardiaque est déterminée par l’activité relative des deux canaux ioniques qui s’opposent dans la phase 4 du potentiel d’action du le nœud sino-auriculaire (SA):
- If HCN (Vm augmente ) courant entrant dépolarisant (puisque mm s’il est NON sélectif, il favorise l’entrée des ions Na + fortement activé par sys SYMPATHIQUE (NE qui aug conc. AMPc))
- IKACh (Vm baisse) courant sortant repolarisant (fortement activté par sys PARA (Ach qui lie M2))
DONC, fréq cardiaque est ici controlé à la fois par l’opposition des courant sympa et parasymp à travers 2 types de récepteurs différents
Faites un résumé de l’activité électrique du noeud SA. Nommez les canaux spécifiques
- Le nœud sino‐auriculaire est le pacemaker cardiaque
- Ces cellules n’ont pas de potentiel de repos stable
- La phase 4 est « instable » en raison des propriétés cinétiques du courant « If » qui s’active avec l’hyperpolarisation
Ordre:
1. Activité du canal I-funny = HCN (ouverture = laisse entrée Na) + IKAch
phase 4 et 0:
2. dépolarisation due au canaux calcique de type T et L (2 type de canaux calcique ici)
phase 3:
3. repol = canaux potassique IKr IKs (rapid and slow)
- repol = tjrs canaux pot
- canaux calcique = bcp plus lent à s’ouvrir que canaux sodiques ce qui explique la longueur de la phase de dépol
Concernant le potentiel d’action ventriculaire, quel canaux ioniques s’activent rapidement pendant la phase 0?
Canaux sodiques (NaV1.5)
L’activité électrique de canaux ioniques différents (protéines distinctes) produit le potentiel d’action cardiaque ventriculaire chez l’humain.
Décrivez la courbe de potentiel d’action + les canaux spécifique pour chaque phase (5)
5 phases du potentiel d’action ventriculaire:
0 - dépol rapide due à l’ouverture canaux Na = entré du Na = dépol et potentiel atteint est assez positif, plus positif que quand cell. du noeud SA - potentiel de repos très stable à -80 avant depol rapide (correspond au seg. QRS sur electro)
1- repol transitoire due à ouvert. canaux K (chq repol = TJRS due a un canal K distinct)
2- canal calcique plus lent à s’ouvrir que Na (propriété intrinsèque de cette protéine) - ca s’ouvre avec un certain délai, et laisse entré des ions calcium, donc il y a des charges doublement positives qui entre dans la cell. pendant que la cell. essai deja de commencer a se repol par l’ouverture de canaux K
*donc il va y avoir une balance entre l’entré charge positive qui tend à dépol et sortie d’ion K qui tend à repolarisé = explique la phase plateau du potentiel d’action ventriculaire
3- après env. 100 miliseconde, les canaux K gagne la bataille, et canaux K s (slow) et r (rapide) s’ouvrent pour repolarisé la cellule et tente de revenir au potentiel de repos
4 - canal IK1 = canal responsable pour que cellule retourne au repos et l’activité de cette prot qui est responsable de la phase stable. canal IK1 qui est a équilibre va tendre a maintenir le pot. de la cell vers sont potentiel d’équilibre et donc l’ouverture de cette prot qui domine a ces voltages là (pot. équ K = -90) = permet de maintenir cell. a un voltage qui va tendre vers pot. d’equilibre
Concernant le potentiel d’action ventriculaire, les ions passent à travers le canal ce qui génère un courant. Les ions suivent leur gradient électrochimique. Les ions K+ sortent de la cellule (charges positives qui sortent, courants sortants repolarisent) Les ions Na+ entrent dans la cellule (charges positives qui entrent, courants entrants dépolarisent) aux potentiels physiologiques (soit entre ‐90 et +50 mV).
Quel est la particularité des canaux Na responsable de la dépolarisation rapide?
3 ÉTATS possible pour les canaux Na:
1) dépolarisation = entré ions Na s’ouvrent rapidement (capacitance current)
2) courant s’inactivent = état inactivé (ionic current)
3) revient au potentiel de repos
ces 3 états = vraiment distinct dans la protéine
DONC, les canaux Na = prot qui sont fermé au potentiel de repos, s’ouvrent rapidement avec la dépol et tombe aussi rapidement à l’état “inactivé”
Concernant les 3 ÉTATS possible pour les canaux Na dans le potentiel d’action ventriculaire, expliquez la chronologie du canal NaV1.5 (4 étapes)
Chronologie du canal NaV1.5:
- potent repos de la cell : canal est fermé, laisse pas passé les ions Na - courant est à 0
- qd voltage devient positif = ouverture canal (-60) et entré d’ions Na ds cell. - le courant entrant positif très rapide dépolarise la cell. * mais le canal ne reste pas très longtemps ouvert
- après env. 20 milisec. le canal est inactivé et l’entrée d’ion cesse
- le canal se referme lorsque le voltage revient au pot. de repos et le cycle recommence
- notes:
on regarde l’activité en fonction du voltage et on observe:
- notes:
- entre pot. membr de -100 à -60, le courant est 0
- à -60 = canal s’ouvrent et entré importante de Na dans la cellule = traduit par courant entrant
- courant vont être aug. avec le voltage à un max de -40
(donc il faut une dépol faible = pour l’ouverture des canaux sodiques - p/r à canaux calcique par ex. qui s’ouvrent à -20 qui nécéssite une plus forte dépol)
- le courant sodique entrant = le plus grand courant dans les ventricule, mais aussi présent dans oreillettes
- inhibé par une toxine retrouvé dans les poissons (ttx)
V ou F?
Les canaux Na+ cardiaques NaV1.5 possèdent une forte homologie structurale (≈ 90%) avec les canaux sodiques des cellules neuronales (NaV1.1) et du muscle squelettique (NaV1.4)
vrai
*4 seg transmembr.
Nav1.5 = relativement plus rapide que canaux calcique mais plus lent que Nav1.1 (neuronal)
Les propriétés biophysiques et pharmacologiques des canaux ioniques NaV1.1 (neuronaux) à NaV1.5 (cardiaques) sont très semblables quelque soient les tissus dans lesquels ils sont exprimés.
Quels sont les similitudes entre ces canaux? (2)
SIMILITUDES:
1- Cinétiques d’activation et d’inactivation rapides:
a- Constantes de temps activation < 2 ms
b- Constantes de temps inactivation < 20 ms
> 99% canaux sont inactivés après 1 s d’une dépolarisation à 0 mV
2- Sélectivité ionique : Na+ = Li+ > Tl+ > K+ > Rb+ > Cs+
(trés sélectifs au niveau des ions Na, mais laisse passé un peu d’ion Li (sauf qu’on a pas bcp de Li circulant, donc Na = ion principal en condition physio))
Les propriétés biophysiques et pharmacologiques des canaux ioniques NaV1.1 (neuronaux) à NaV1.5 (cardiaques) sont très semblables quelque soient les tissus dans lesquels ils sont exprimés.
Quels est la différence entre ces canaux? (1)
DIFFÉRENCES :
1- Sensibilité pharmacologique aux inhibiteurs: Nav1.5 = bcp moins sensible a la toxine TTX :
a- Cellules neuronales et muscle squelettique: Kd = 0.5-1.0nM pour TTX et STX
b- Muscle cardiaque : Kd = 1.0-6.0 uM pour TTX et STX
c- Cellules neuronales et muscle squelettique: : Kd = 1-20 mM pour Cd & Zn
d- Muscle cardiaque : Kd = 1-20 uM pour Cd & Zn (mais NaV1.5= plus sensible Cd et Zn)
Qu’est-ce qui inhibe les canaux NaV?
Plusieurs toxines retrouvées naturellement chez les poissons, les amphibiens, les mollusques, les bactéries marines et le phytoplancton constituent les inhibiteurs les plus puissants et spécifiques des canaux NaV:
1- Tétrodotoxine (TTX)
2- Saxitoxine (STX)
Concernant le potentiel d’action ventriculaire, comment les canaux Na+ « voltage-dépendants » ressentent-ils les changements de potentiel membranaire ?
Expliquez le mécanisme intrinsèque expliquant le changement conformationnel des canaux NaV
Les segments S4 (4e segment transmembranaire) de tous les canaux « voltage-dépendants » contiennent une série périodique d’acides aminés chargés positivement (Arg, Lys)
–> “voltage sensor” = responsable du fait que prot a un mecanisme INTRINSÈQUE pour déterminer le chang de voltage
DONC:
- Qd cell a un pot. membr neg, le seg S4 (qui est formé de résidus chargé +) va avoir tendance à se localisé à l’intérieur de la cellule (qui est négative)
-Qd cell se dépol, le pot. membr devient positif, les charges + porté par le 4e seg transmembr = se déplace vers le haut et ceci a comme conséquence de promouvoir le canal de l’état fermé à l’état ouvert
4e seg transm se déplace vers le haut
- s4 = situé du coté extra cell.
- AU début: s6 = fermé
- au fur et a mesure qu’il y a dépol, 4 de ces segment s4 qui vont migré du côté extracell. (un après l’autre) et quand les 4 sont du côté extracell. il va y avoir une tension mécanique qui va s’exercé au niveau de la paroi intracell. et le canal va passé de l’état fermé à ouvert (seg. s6 se décroisent) = permet le passage d’ions!
mécanisme intrinsèque de la cellule responsable du changement de voltage
promouvoit le canal de l’état fermé à ouvert
vert = segment S6 = permet le passage des ions
- notes
Ce sont donc ces résidus qui en se déplaçant dans la membrane en réponse aux changements de voltage (de –80 mV à 0 mV par exemple) initie un changement conformationnel qui permet le passage des ions (ouverture du canal).
- notes
La mutagenèse des résidus Arg et Lys (changement pour des résidus neutres ou négatifs) réduit la sensibilité au voltage.
Mouvements de rotation et de translation du S4 de bas en haut de la membrane: distance parcourue 6‐10 Å .
Concernant le potentiel d’action ventriculaire, pourquoi est-ce que l’activité des canaux NaV est limitée aux 1ère milisecondes?
L’activité des canaux NaV est limitée aux premières millisecondes après le début du potentiel d’action car ces canaux s’inactivent rapidement
*Les canaux ioniques sélectifs aux ions Na+ (NaV) ont des cinétiques trèsrapidesquis’activent et s’inactivent < 10 ms
Concernant le potentiel d’action ventriculaire, les canaux cardiaques NaV1.5 s’activent rapidement (< 1 ms) et s’inactivent rapidement (< 10 ms). La cellule doit revenir à son potentiel de repos pour permettre au canal de revenir de l’état inactivé vers l’état fermé à partir duquel il pourra à nouveau s’ouvrir quand la cellule sera dépolarisée (retour de l’état inactivé).
Expliquez le mécanisme de l’état inactivé et pourquoi c’est important
il y a une autre structure importante dans cette protéine qui permet à la prot de passé de état ouvert à état inactivé :
- canal s’ouvre rapidement
- meme si voltage est maintenu de facon constante, maintenu de facon positive, spontanément après un certain nombre de milisec, due à une structure intrinsèque de la prot, elle va être capable d’aller dans un état inactivé, à partir duquel les ions ne peuvent pas passé
*c’est important parce que tu ne veut pas avoir un overload de sodium
cette structure est intracell. et important car nous explique pourquoi ca empeche la cell. de se dépol de facon consécutive (donc explique la valeur réfractaire du potentiel d’action
S4 qui sont du coté négatif de la cellule selon repos/dépol où qui se déplace vers le haut pour que le Na entre
MAIS si on avait pas d’inactivation, le canal sodique a tellement une grande sensibilité au voltage, qu’on maintiendrai perpétuellement un état dépol dans la cellule
donc inactivation des canaux sod = détermine la période réfractaire + contribue a la prop unidir du pot d’action
***L’inactivation des canaux NaV1.5 détermine la période réfractaire et contribue à la propagation unidirectionnelle du potentiel d‘action
Concernant le potentiel d’action ventriculaire, quel est la nature moléculaire de la “structure” permettant l’inactivation des canaux NaV?
la nature moléculaire de cette “structure” qui vient inactivé le canal = il s’agit de 3 acide aminés - quand on mute ces 3 aa, on change de facon spectaculaire la cinétique d’inactivation
L’inactivation rapide des canaux cardiaques Nav1.5 requiert un locus d’acides aminés hydrophobes IFM dans la boucle intracellulaire III‐IV
–> IFM locus (isoleucine, phénylalanine, methionine) in the III-IV linker
Qu’est-ce que le Long QT syndrome ?
LQT3 GÉNÉTIQUE: Un défaut dans l’inactivation des canaux sodiques Nav1.5 (SCN5A) cause une arythmie cardiaque létale :
Long QT syndrome - chez certains jeunes gens = mourrait d’arythmie cardiaque meme s’il était en “bonne santé”
—> la durée du seg QT (responsable de la repol au niveau des cell. cardiaque humaine) = env. 350 milisec.
chez des gens jeunes (qui n’ont pas de prob cardiaque sous-jacent) = mort subite suite à un effort physique = associé à une période de repol (duré de l’intervalle QT) bcp plus grande que la normale, ils était à 450, 500, 550 milisec.
—> étude structure = montre une diff maj dans structure responsable de l’inact. canaux Nav1.5 = mutation scn5a
absence des acides aminée
différence de l’inactivation = 98% seulement
donc il y a une réouverture des canaux sodique = dév d’arythmies cardiaques mortelle
la cell. ne se repolarise pas complètement, donc tjrs en dépol continu = dév d’arythmie de type torsade de pointe
WT = inactivation canaux sodique à 100%
Courbe potentiel d’action : potentiel reste positif (et ne retourne pas à 0) = entraine des arythmie donc devient léthal pour les sujets
Qu’est-ce qui est activé pendans la phase 1 du potentiel d’action ventriculaire?
Courants potassiques Ito s’activent pendant la phase 1 du potentiel d’action cardiaque
Expliquez la structure des courant potassique. Comment est-ce que les ions K passe au travers?
milieu extracel = constitué d’eau (les ions doivent se départir d’une molécules d’eau pour pouvoir passé à travers le canal)
il y a plusieurs sites qui permettent le passage d’ion K : des sites extracell. - aa projète leur chaine latérale cooh = carboxyle qui porte des groupement hydroxyle. c’est group. hydroxyle = vont reconstitué l’environnement aqueux (donc quand ion K se libère de sa molécule d’eau, il entre dans une région supramembranaire où la projection extracell des aa et de leur chaine latérale va reconstitué la sphère d’hydratation à l’intérieur meme de la protéine) DONC, ion va pouvoir progréssé d’un site à un autre jusqu’à tant qu’il se retrouve au niveau de la cavité centrale, qui elle contient bel et bien 8 molécules d’eau
cavité centrale = tjrs 1 ion K + 8 molé d’eau
CE PHÉNOMÈNE nous explique alors pk le mouvement de l’ion K requiert peu d’énergie
cette diffusion se fait spontanément par un mécanisme intrinsèque à la protéine (canal)
DONC:
2 site extracell.
4 sites au niveau du filtre de sélectivité
1 site dans la cavité aqueuse
tout les sites ne sont pas occupé en mm temps
Le gradient transmural du courant potassique Ito (de l’épicarde à l’endocarde) est essentiel pour assurer la repolarisation coordonnée du muscle ventriculaire.
Expliquez pourquoi
La densité de courant associé à It0 varie en fonction de la couche de cellule où il se retrouvent
les cellule qui se repolarise le plus rapidement (cel. epicardique) = possède une It0 bcp plus important que les cell. endocardique qui se repolarise plus lentement
Chaque protéines a des cinétiques (réponse au voltage) un peu différente et c’est ce qui permet la repolarisation coordonné de mon potentiel d’action. It0 s’active plus rapidement car intrinsèquement la prot est capable de s’activé et se désactivé plus rapidement alors que IKs (slow) réagit plus lentement au voltage et c’est IKs qui intervient à la toute fin du potentiel d’action
**La cinétique d’activation/inactivation (réponse en fonction du voltage) sont intrinsèquement déterminer par la structure primaire de ces protéines (d’où le fait qu’il existe plusieurs formes de canaux potassique qui vont travailler ensemble pour être capable de finalement repolarisé la cellule)
- notes
It0 = c’est donc cette protéine (canal potassique - avec cavités/hydratation) - tout les canaux potassique on a peu près cette forme et vont laisser passé des ions K de cette facon aussi
- notes
Canaux K s’activent pendant la phase 2 et 3 potentiel d’action cardiaque - il y en a plusieurs, mais ils ont tous cette configuration (à 6 seg transmembr, ca l’en prends 4 pour avoir une prot fonctionnelle)
tous ces canaux = ont les meme mécanisme d’activation instrinsèque dans le voltage (cest prot = composé de seg transmembr généralement hydrophobe dans le seg s4 tjrs chargé positivement a chaque pas d’hélice et le mouv. des résidus chargés + sur s4 = fait en sorte que le canal va de l’état fermé à ouvert
Le courant K+ sortant transitoire Ito est encodé par un canal KV à 6 TMs.
Chez les mammifères, KV1.4 forme le courant ITO,slow et
Courant Itofast est issu de la hétéro‐tétramérisation des sous‐unités KV4.2 + KV4.3
Les myocytes de l’épicarde se repolarisent plus rapidement (APDs plus courts et courants sortants plus importants)
Au niveau du potentiel d’action ventriculaire, pourquoi est-ce qu’un défaut au niveau des canaux sodique problématique ? par rapport à un défaut dans les canaux potassique par exemple?
** il y a 1 seul canal sodique, Nav1.5 ! donc s’il y a un défaut dans canal sodique, ca se traduit par un problème chez individu bcp plus importante que s’il y avait un défaut dans canal K
il y a une redondance dans les mécanisme de repol (car plus qu’une prot) donc s’il y a un défaut génétique dans canal K = risque d’avoir moins d’impact au niveau de la physiologie que défaut génétique dans canal Na
Quels canaux sont activés pendant les phases 2-3 du potentiel d’action ventriculaire?
Canaux K+ qui s’activent pendant les phases 2-3 du potentiel d’action cardiaque :
- IKur (oreillettes)
- IKr et IKs (ventricules)
Les canaux Kv responsables de la repolarisation (phases 2 et 3) dans le ventricule sont Kv7.1 (KvLQT1) et Kv11.1 (hERG)
Dans l’oreillette, IKur est encodé par Kv1.5
Les cinétiques de ces canaux contrôlent la vitesse de repolarisation
encore une fois, contient un segment s4 = composé d’acides aminés POSITIVEMENT chargée qui permet l’ouverture/fermeture du canal selon le mm mécanisme
IKs est le 3e canal potassique qui contribue à repolariser les cellules ventriculaires. IKS est formé de KvLQT1 et de MinK (KCNE1)
Quel canal est activé pendant la phase 2 du potentiel d’action ventriculaire?
Canal calcique CaV1.2 qui s’active pendant la phase 2 du potentiel d’action cardiaque
Nommez les types/familles de canaux calciques. Lesquels sont présents dans le coeur?
Lesquels s’activent pendant le cycle électrique du noeud SA? et ventriculaire?
Les canaux calciques activés par la dépolarisation sont présents dans la majorité des cellules excitables.
On les classe en 3 grandes familles structurales et fonctionnelle CaV1, CaV2, et CaV3 que l’on retrouve dans le muscle squelettique, les cellules pancréatiques-beta, et les neurones (CaV2).
Seuls les canaux de type -L (CaV1) et -T (CaV3) sont présents dans les cellules du coeur
canaux Ca présent au niveau du noeud SA = canaux type 1 et 3
ce sont QUE les canaux Cav1.2 qui s’activent pendant la phase 2 du cycle cardiaque
1- Canaux calcique TYPE L :
il y a 4 type de canaux Ca de type L1- mais ce sont tjrs les Cav1.2 = pendant phase 2
- cav1 = au niveau muscl squel.
- cav1.2 = cell. ventriculaires
- cav1.3 = responsable de la phase 0 du potentiel d’action des c. du noeud SA
- cav1.4 = au niveau rétine
2- Canaux calcique TYPE T: s’activent tout de suite après les canaux HCN dans la phase de dépol diastolique des cell. du noeud SA = canaux de type 3.1, 3.2 et 3.3
Que distingue les différents types/familles de canaux calciques? Comment explique-t-on la phase plateau du potentiel d’action cardiaque (ventriculaire) ?
Ces protéine ce distingues parle pot. a partir du stimulus requis pour les activités:
–> ex. le canal Cav1.2 = s’active à un potentiel membranaire plus positif que -30, alors que type T = s’active à pote. bcp plus près du potentiel de repos
ALORS canaux sodiques = s’activent en premiers CAR la cell. atteint un potentiel de -60/-70 avant l’atteinte d’un potentiel de -30
on voit aussi que l’inactivation des canaux Ca = très lente, donc canal reste ouvert plus longtemps = explique la phase plateau du pot. d’action cardiaque
Les canaux calciques de type‐L Cav1.2 qui sont importants pour la contraction du muscle cardiaque ventriculaire, appartiennent à la superfamille des canaux ioniques à 6 TMs (K+, Na+, Ca2+).
Décrivez la structure moléculaire des canaux calciques. Comment sont-elles activées? Quels types sont présents danc le ventricule et noeud SA?
CaV1.2 = PRÉSENTE ventricule CaV3.1 = PRÉSENTE noeud SA
struct sec prédite: 4 seg transmembr. qui se compose de 4 domaine homologue (d’oùstructure tetramerique des canaux) - 4 domaines se reforme autour d’une pore qui va laisser passer les ions (vert)
tout les canaux qui s’activent avec le voltage fonctionne avec le mm déterminant de base; canal qui s’active avec depol, donc le 4e seg de ces 4 domaines = hélice chargé + qui réagit au chang. de voltage (comme na et k) qui change de conformation pour s’ouvrir
**canaux calciques = possède des sous-unité extracell (jaune) et intracell. (bleu) = possède plusieurs isoforme = font en sorte que ces canaux dans l’ensemble des cell. possèdent des propriété physiologique très différente l’une de l’autre (mais tjrs des canaux qui laisse passé du Ca)
les différences qui sont inscrites intrinsèquement dans la struct. primaire de la protéines
**un petit changement dans structure primaires de la protéine qui fait en sorte que les canaux ont des sensibilités différentes au voltages entre les types
la sélectivité sont tjrs des ions ca
- notes
- Les canaux calciques Cav sont des oligomères composés de 3 à 4 sous‐unités. La sous‐unité alpha-1 est la sous‐unité principale responsable du flux des ions calciques.
- notes
- La sous‐unité transmembranaire gamma possède quatre segments transmembranaires mais n’est retrouvée que dans les canaux Cav1.1 du muscle squelettique. Les autres sous‐unités beta et alpha2beta sont présentes dans tous les canaux Cav1 et Cav2. La composition oligomérique des canaux Cav3 n’est pas connue.
- La sous‐unité CaVbeta se lie sous la face intracellulaire de la sous‐unité CaValpha1 par la boucle intracellulaire qui relie les domaines I et II dans les canaux Cav1.2. C’est le domaine GK de la sous‐unité Cavbeta qui se lie sur le domaine AID de la sous‐unité alpha1. Le résidu tryptophane du domaine AID, strictement conservé dans toutes les sous‐unités alpha1 des canaux Cav1 et Cav2, est responsable de l’interaction à haute affinité (Kd = 2‐10 nM).
- La sous‐unité CaValpha2beta1 se lie sur la face extracellulaire de la sous‐unité CaValpha1 par une interaction électrostatique entre la boucle IS1S2 et le domaine VWA de la protéine (Bourdin et al., 2017; Briot et al., JBC 2018)
Dans les cellules musculaires (oreillettes et ventricules), les canaux CaV1.2 sont essentiels pour le couplage excitation – contraction:
La contraction du muscle cardiaque s’enclenche pendant la phase 2 du potentiel d’action
Ainsi, concernant le potentiel d’action ventriculaire, expliquez l’importance des canaux calciques dans le coeurs.
Pour ce faire, expliquez l’implication du canal CaV1.2 dans le mécanisme de couplaqe excitation-contraction
AU début du cycle card:
- canal ca s’activent avec un potentiel plus dépol que canal Na (pas au tout début, mais avec un certain délai, car cell. va avoir atteint un pot. membr. un peu plus positif
- le canal va passé à l’état ouvert et laisse entré Ca
- entrée d’ions ca = se lie sur récepteur ryanodine (RyR) sur ret sarco. (réservoir ion ca), DONC initie un mouvement d’ion calcium BCP plus important (sortie Ca du rét. sarc)
- c’est la sortie du ca du RS = INITIE la contraction (glissement filament actine/myosine)
- la concentr. ca doit revenir à son état de repos (sinon = cell tombe en apoptose) - donc après contrac. = recapture d’ion Ca (retourne au nveau RS + une fraction qui va ds mito + fraction qui retourne du coté extracell. à travers échangeurs Ca/Na (qui échange 3 ions Na et 2 ion ca) + fraction qui sort à travers pompe ATP (hydrolyse atp pour faire sortir ca vers extracell)
- AU REPOS:
- concentration cytoplasmique LIBRE moy. d’ions Ca = 0.1mM + dans organelles (mito, Retic. sarco..) est bcp plus importante par contre, mais le LIBRE = contraction
Quelle est la concentration de calcium intracellulaire nécessaire pour initier le signal de contraction?
600 nM (0.6mM) = concentration ca2+ pour que la contraction se produise
Quels canaux sont responsables du potentiel de repos (phase 4 du potentiel d’action ventriculaire?
Canaux K+ (non activés par le voltage) responsables du potentiel de repos (phase 4 du potentiel d’action cardiaque) :
Courants IK1 = Canaux Kir
Qu’est-ce qui fait que les cellules automatiques n’ont pas de potentiel de repos stable?
Les canaux K+ à rectification entrante (IK1) sont absents des cellules qui possèdent une activité électrique automatique (nœud SA et nœud AV)
Expliquez pourquoi les canaux IK1 (Kir) sont important pour la phase 4 (repolarisation) du potentiel d’action ventriculaire. Faites un parallèle avec les cellules automatiques (noeud SA et AV)
Rappel: canaux K ds cell. ventr = responsable du maintient du potentiel de repos (phase 4 du pot. act. cell. ventr) due à l’activité d’une protéine canal - courant IK1 et prot. Kir (Kir = prot tjrs ouvertes au pot. -80) et c’est le fait que les ions passe constamment à travers ce canal qui fait en sorte que le pot. repos de la cell. tends vers pot. d’equilibre des ions K
DONC, le courant IK1 = exprimé maj au niveau des cell. cardiomyocytaire qui ont un pot. de repos stable, et PAS DU TOUT présent au niveau des cell. du noeud SA et AV (qui on un pot. action symétrique et n’on pas de phase de potentiel de repos)
V ou F?
1) Les canaux ioniques sélectifs aux cations (Na+, Ca2+, et K+) jouent un rôle important dans l’électrogenèse des cellules cardiaques.
2) Les courants Na+ entrants sont dépolarisants. Les courants entrants Ca2+ sont importants dans la contraction des oreillettes et ventricules.
3) Les courants sortants K+ sont repolarisants
Tous sont vrais
Expliquez brièvement la contribution relative des courants ioniques au potentiel d’action ventriculaire et auriculaire (cellules musculaires) chez l’humain au niveau des cellules cardiomyocytaires
petites différence des canaux dans ventri et oreillette, mais dans l’ensemble, cest sensiblement pareil (ce qu’on a vue = mauve)
DONC dans une cell. pot. daction avec un pot. de repos stable: canaux Kir et courant IK1 qui est responsable du pot. de repos STABLE, la dépol rapide est due l’entrée d’ion Na par canaux Na, ET la phase plateau du pot. act est due à l’opposition de l’ouverture des canaux calcique qui font entrée le ca et la sortie d’ion K via canaux K (où canaux Ca tombe aussi en état inactivé et canaux K qui gagne la bataille pour ensuite retourné au potentiel de repos
