Electrodiffusion 2/2 (ATTENTION REFAIRE 3 DERNIERES Q?) Flashcards
Définir la sélectivité ionique d’un canal et indiquer les facteurs qui la conditionnent.
Les canaux ioniques sont sélectifs, ils discriminent la taille et la charge des ions perméants (cationique ou anionique). Soit par petite taille du canal permettant d’exclure les grosses molécules, soit par un filtre de sélectivité au niveau du canal.
Expliquer brièvement le filtre de sélectivité ionique
Le filtre de sélectivité représente une zone rétrécie du canal dont la composition en acides aminés et l’arrangement stérique des charges négatives conditionnent le passage plus ou moins aisé des ions à travers le canal. Les ions sont hydratés en solution (thermodynamiquement stable) et déshydratés dans le canal : les molécules d’eau sont remplacées par les charges négatives des atomes d’oxygène. Si les interactions entre l’ion déshydraté et les molécules d’oxygène du canal reproduisent les interactions entre l’ion et l’eau en solution, le passage de l’ion à travers le canal est favorisé et le canal est sélectif pour cet ion. Par contre, dans le cas inverse, l’énergie d’activation nécessaire à la déshydratation sera trop élevée et l’ion a tendance à rester en solution. (Explique pourquoi le K+ plus grand peut passer plus aisément dans son canal que le Na+ plus petit)
Expliquer pourquoi (en vous basant sur un exemple) le passage de certains ions, pourtant plus petits, est moins aisé au travers un canal ionique selectif que d’autres, pourtant plus grands?
Un canal sélectif pour le K+ ne laisse pas facilement passer le Na+ dont le rayon déshydraté (r = 0,9Å) est pourtant plus petit que le rayon déshydraté du K+ (r = 1,3Å).
Le Na+ déshydraté, trop petit, n’interagit pas parfaitement avec les molécules d’oxygène du filtre (le Na+ occupe une position décentrée sur le dessin) et l’énergie d’activation du Na+ est beaucoup plus élevée que celle du K+.
A l’inverse, le K+ deshydraté ayant un diamètre plus grand que celui du Na+ deshydraté ne peut être stabilisé par les charges négatives du fitre sélectif au Na+, et ne peut donc pénétrer le canal.
(alors que le Na+ hydraté à pourtant une taille supérieure au K+ hydraté dia 71)
Sélectivité ionique: citer les différents types de canaux ouverts.
Canaux hautement sélectifs (ne laissent passer qu’un seul type d’ion deshydraté au niveau d’un filtre de sélectivité)
Canaux non sélectifs (sont perméables à plusieurs espèces ioniques qui passent probablement hydratés).
Les gap junction channels (non selectifs, laissent passer les ions et les petits molécules dont le PM est < 1,2 - 1,5kDa).
Canaux hautement sélectifs
ne laissent passer qu’un seul type d’ion deshydraté au niveau d’un filtre de sélectivité
(ex: canaux V-D: K+ (Pk/Pna>100) Na+ (Pna/Pk 20-100 et quasi imperméable au Ca2+)
Canaux non sélectifs
sont perméables à plusieurs espèces ioniques qui passent probablement hydratés.
(ex: canal- récepteur nicotinique à l’acétylcholine, perméable au Na+ et au K+ (Pna/Pk=1) )
Les gap junction channels
non selectifs, laissent passer les ions et les petits molécules dont le PM est < 1,2 - 1,5kDa.
Définir le courant unitaire et indiquer son ordre de grandeur en unité de courant.
Indiquer la valeur de la capacité de transport d’un canal et montrer que cette valeur et bien compatible avec la valeur en unité de courant mentionnée.
Un courant est un flux d’ions (ou de charges), en A ou C.sec-1. Les courants unitaires (ii)enregistrés au niveau d’un seul canal ouvert sont de l’ordre du pA (ce qui correspond à 106 ions par seconde) et dépendent de
- la driving force s’exerçant sur l’ion Δμ̃i/zF, en V
- la conductance unitaire du canal γi, en S
Donner la formule permettant de déterminer le courant unitaire et expliquer brièvement les facteurs qui interviennent dans cette formule.
ii = γi.(Δμ̃i/zF)= γi.(Vm-Ei)
Courant unitaire= conductance unitaire x driving force
(1A= 1S x 1V)
- γi: représente la conductance unitaire, càd la facilité avec laquelle un ion traverse un canal.
- Vm – Ei : driving force
Définir le gating
Passage entre l’état conducteur et non conducteur du canal, lié aux changements de conformation modifiant son état d’ouverture et de fermeture : un canal peut soit être ouvert (conducteur, activé), fermé (non conducteur) ou inactivé (non conducteur).
Le gating permet de différencier les pores (ouverts en permanence) des canaux.
L’activité du canal dépend de la cinétique de ce gating (transitions et les facteurs modulant : ddp, ligands, inhibiteurs…)
Las canaux s’ouvrent selon un processus stochastique, aléatoire ; les canaux sont soit ouverts, soit fermés : introduit la notion de probabilité d’ouverture.
expliquer ce que signifie la probabilité d’ouverture d’un canal.
Po, la probabilité d’ouverture d’un canal , est la fraction de temps pendant laquelle le canal reste ouvert.
Po varie entre 0 (canal fermé) et 1 (canal tout le temps ouvert).
Elle dépend du nombre d’ouvertures et la durée de chaque ouverture.
La probabilité se définit alors comme: le temps moyen d’ouverture (To)/ temps total d’observation (To+Tf)
Po = To/(To + Tf)
Avec alpha et bèta au niveau de la “gating réaction” qui sont des probabilités de transition.
To: temps moyen d’ouverture= 1/α
Tf: temps moyen de fermeture= 1/β
Donner la formule reliant la conductance unitaire à la conductance macroscopique et expliquer brièvement les facteurs qui interviennent dans cette formule.
Donner la formule reliant le courant unitaire au courant macroscopique et expliquer brièvement les facteurs qui interviennent dans cette formule.
Citer et expliquer brièvement 5 modes d’ouverture d’un canal.
-
Canaux indépendants du voltage:
- s’ouvrent et se ferment de manière, aléatoire, à toutes les valeurs du Vm (voltage-independant channels)
-
Canaux dépendants du voltage:
- s’ouvrent dans des intervalles de Vm bien déterminés (voltage-gated channels)
-
Canaux dépendants d’un ligand extracellulaire
-
Action directe:
- le ligand se fixe sur un récepteur qui fait partie du canal (récepteurs canaux)
-
Action indirecte:
- le ligand se fixe sur un RCPG qui est séparé du canal (canaux régulés par une protéine G)
-
Action directe:
- Canaux dépendants d’un ligand intracellulaire (2nd messenger gated channel)
-
Canaux sensibles à des variations de contrainte mécaniques:
- variation de pression, d’étirement, de volume cellulaire.
Canaux voltages dépendants: expliquez, puis illustrez par un exemple
Canaux Na+, K+, Ca2+ contrôlés par la ddp transmembranaire et générant le potentiel d’action des cellules excitables.
la zone S4 au sein du canal est un senseur de voltage : contient des résidus arginine chargés positivement et c’est la région sensible au voltage, dont le mouvement est associé à l’activation du canal.
Ces canaux restent fermés lorsque le segment S4 (à charges positives) est stabilisé par les charges négatives de l’intérieur de la cellule : attraction, l’activation change la conformation du S4.
Exemples : Nav, Kv,Cav à cellules pacemaker du nœud sinusal, cellules musculaires squelettiques…
Ligand-gated channels: Expliquez le gating direct puis illustrez d’un exemple
Contrôle par un messager chimique externe : gating direct (récepteur ionotrope) ou indirect (récepteur métabotrope).
Gating direct : ex. récepteur nicotinique à l’acétylcholine, cationique et non sélectif, deux sites de liaison pour l’Ach (interfaces αδ et αγ). La liaison coopérative de 2 Ach extracellulaires au niveau des deux sites récepteurs situés aux interfaces αδ et αγ permet l’ouverture le canal. Autres exemples : glutamate qui se lie au niveau des récepteurs NMDA, AMPA, kaïnate
Ligand-gated channels: Expliquez le gating indirect puis illustrez d’un exemple.
Contrôle par un messager chimique externe : gating direct (récepteur ionotrope) ou indirect (récepteur métabotrope).
Gating indirect : couplage à une protéine G, les SU de la protéine G sont activées par la liaison d’un récepteur séparé du canal.
Elles agissent sur le canal:
- directement (su α ou βγ)
- indirectement (su α) via l’activation d’une enzyme (E) qui produit un messager intracellulaire (M) agissant sur le canal (C) ou activant une phosphokinase (PK) qui phosphoryle le canal.
Les protéines G sont des protéines commutatrices (GTPases), activées lors de la liaison à du GTP, et inactivées lors de l’hydrolyse du GTP (liaison au GDP)
Les protéines G agissent soit sur un canal comme GIRK (activé par SU bèta-gamma) au niveau des cellules sinusales cardiaques ou par une enzyme membranaire E = par exemple l’adénylate cyclase, phospholipase C ou A2 ou un canal ionique (stimulation ou inhibition)
L’adénylate cyclase transforme l’ATP en AMPc qui elle active la PKA qui elle phosphoryle d’autres protéines et induit une réponse cellulaire : amplification.
La PLC transforme des phospholipides membranaires PIP2 en DAG qui reste au niveau de la membrane et en IP3 qui va vers le cytoplasme, le DAG active la PKC phosphorylant diverses protéines, IP3 libère Ca2+ du RE et activation du récepteur-canal à l’IP3
Modulation du canal par une PK : exemple du CFTR
Second messenger-gated Channels: Expliquez puis illustrez d’un exemple
Contrôlé par un médiateur chimique intracellulaire
Après la liaison du neurotransmetteur sur le récepteur, il y a une augmentation de la concentration intracytoplasmique d’un second messager comme AMPc, GMPc, IP3, Ca2+ qui permet de moduler l’ouverture du canal
Exemple : canal CNG cationique sensible au GMPc (bâtonnets de la rétine), le GMPc permet l’ouverture du canal en se liant : augmentation de PNa et PCa ce qui entraine une dépolarisation,
tandis que la lumière ative une phosphodiestérase qui détruit le GMPc (hyperpolarisation).
Expliquer le mécanisme d’activation d’un canal GIRK de la cellule sinusale et ses conséquences physiologiques.
Le canal GIRK est un canal activé par les sous-unités β-γ de la protéine G.
Il se situe au niveau de la membrane plasmique des cellules sinusales cardiaques.
L’Ach libérée par les terminaisons cholinergiques se lie à un récepteur membranaire muscarinique M2 couplé à une protéine G stimulatrice du canal GIRK : la SU β-γ de la protéine se lie sur le canal et l’active.
Il y a une augmentation de la perméabilité membranaire au K+ à Vm se rapproche du Ek à hyperpolarisation de la cellule sinusale à effet chronotrope négatif (ralentissement du rythme cardiaque)
Définir la rectification d’un canal et expliquer sur un graphe I/V le comportement rectifiant et non rectifiant d’un canal.
La rectification caractérise un comportement asymétrique du canal:
- un canal rectifiant conduit mieux dans une direction ; sa conductance est variable.
- un canal non rectifiant (symétrique) conduit de façon linéaire; sa conductance est constante.
Elle peut être liée à une ddp, au gradient de concentration, au blocage du canal par un ion perméant (agissant selon la ddp sur le côté externe ou interne)
Un canal est rectifiant si la relation I/V est non linéaire, il ne suit alors pas la loi d’Ohm.
La rectification est définie en fonction du sens du courant (charges positives).
Un canal rectifiant sortant conduit mieux dans le sens de la sortie des charges positives ou de l’entrée de charges négatives : pente de la partie positive de la courbe plus raide
Expliquer ce que signifie la rectification entrante.
Un canal rectifiant entrant signifie qu’il conduit mieux dans le sens de l’entrée des charges positives ou de la sortie de charges négatives.
Pente de la partie négative de la courbe plus raide que la pente de la partie positive.
Soit un système formé de deux compartiments fermés (cpt 1 et cpt 2), de même volume. Indiquer la condition d’équilibre de ce système dans les conditions suivantes et expliquer votre réponse :
- les 2 cpts contiennent un sel (AC formé d’ions monovalents A- et C+), à des concentrations différentes (Csel1> Csel2) et sont séparés par une membrane uniquement perméable au C+/à l’A-.
Il existe un gradient de concentration de l’ion perméant entre les deux cpts (et la membrane n’est perméable qu’à une seule espèce ionique).
L’ion perméant diffuse du compartiment où il est le plus concentré vers celui où il est le moins concentré et il s’installe une ddp qui s’oppose exactement au gradient de concentration : séparation de charge liée à la diffusion qui permet de créer un potentiel de diffusion.
A ce moment, le flux net de l’ion perméant est nul et la ddp correspond au potentiel d’équilibre électrochimique de l’ion perméant (elle se maintient indéfiniment sans apport d’énergie extérieure) .
Soit un système formé de deux compartiments fermés (cpt 1 et cpt 2), de même volume. Indiquer la condition d’équilibre de ce système dans les conditions suivantes et expliquer votre réponse :
- les 2 cpts contiennent un sel (AC formé d’ions monovalents A- et C+), à des concentrations différentes (Csel1> Csel2) et sont séparés par une membrane non sélective/ présentant une perméabilité différentielle aux deux ions/ présentant une perméabilité identique aux 2 ions.
Membrane non sélective : correspond aux conditions d’installation d’un potentiel de diffusion (puisqu’il y a un gradient de concentration des différentes espèces ioniques) mais il doit aussi exister une mobilité différente des ions hydratés provenant de la dissociation du sel. Il s’agit d’un potentiel de jonction liquide qui préserve l’électroneutralité. Le signe de la ddp installée dépend de la charge de l’ion hydraté dont la mobilité est la plus grande : il donnera son signe au cpt le moins concentré.
Membrane sélective : conditions d’installation d’un potentiel de diffusion à l’interface de la membrane sélective. Il y a préservation d’électroneutralité et le signe du cpt le moins concentré sera celui de l’ion le plus mobile
Dans les deux cas le gradient ionique sera aboli sans intervention d’énergie extérieure : il ne s’agit pas de situations d’équilibre.
