Electrodiffusion Flashcards
Citez et expliquez brièvement les hypothèses de GHK qui permettent d’intégrer l’équation de Nernst-Planck et d’obtenir l’équation du potentiel membranaire.
Indiquez l’équation de potentiel de GHK en considérant que Na+, K+ et Cl- sont les principaux ions dont il faut tenir compte.
- membrane mince
- champe électrique transmembranaire constant (dphi/dx est une constante sur l’épaisseur de la membrane, phi varie linéairement au sein de la membrane)
- principe d’indépendance: les ions traversent la membrane indépendamment les uns des autres
- Di constant: le coefficient de diffusion de l’ion i dans la membrane est constant
Equation de GHK
Vm = R.T/F ln Pna(NA)ext+Pk (K)ext + Pcl (Cl)int/ Pna (Na)int+Pk (K)int + Pcl (Cl)ext
Potentiel de diffusion:
- définition
- conditions d’installation (en vous aidant d’un schéma)
- caractéristiques au niveau d’une membrane sélective/non sélective à larges pores
-différence de potentiel qui résulte d’une séparation de charge infinitésimale au niveau de l’interface séparant 2 solutions contenant un sel, à des concentrations différentes et dont les ions qui proviennent de la dissociation de ce sel ont des mobilités différentes, permettant la formation de dipôles.
Membrane non sélective
- graidient de concentration ionique entre les 2 compartiments séparés par une membrane non sélective
- mobilité différentes ions hydratés provenant dissolution du sel
- séparation infinitésimale de charge au niveau de la membrane et développement DDP qui est un potentiel de jonction liquide et qui préserve l’électroneutralité
- signe de la ddp dépend de la charge de l’ion hydraté dont la mobilité est la plus grande (cpt le moins concentré aura toujours le signe de l’ion dont la mobilité est la plus grande)
Membrane sélective
-gradient de concentration ionique TM
-perméabilité membranaire différentielle aux ions hydratés
-séparation infinitésimale de charge au niveau de la membrane et développement d’une DDP qui préserve électroneutralité
-signe de la ddp dépend de la charge de l’ion hydraté dont la perméabilité est la plus grande
=> le compartiment le moins concentré aura toujours le signe de l’ion dont la perméabilité est la plus grande
Potentiel de jonction liquide:
- définition
- caractéristiques (en vous aidant d’un schéma)
- formule donnant l’expression du potentiel de jonction liquide induit par la dissociation d’un sel en un cation et un anion monovalents.
- différence de potentiel qui résulte d’une séparation de charge infinitésimale au niveau de l’interface séparant 2 solutions contenant un sel, à des concentrations différentes et dont les ions qui proviennent de la dissociation de ce sel ont des mobilités différentes, permettant la formation de dipôles.
- membrane non sélective (membrane à larges pores), les 2 compartiments liquidiens sont en contact
Membrane non sélective
- graidient de concentration ionique entre les 2 compartiments séparés par une membrane non sélective
- mobilité différentes ions hydratés provenant dissolution du sel
- séparation infinitésimale de charge au niveau de la membrane et développement DDP qui est un potentiel de jonction liquide et qui préserve l’électroneutralité
- signe de la ddp dépend de la charge de l’ion hydraté dont la mobilité est la plus grande (cpt le moins concentré aura toujours le signe de l’ion dont la mobilité est la plus grande)
- Vm= Vdiff = VJL = (u+-u-/u++u-) x (2.3 RT/F) log (sel)ext/(sel) int
=> Vdiff = potentiel diffusion membranaire en mV
Potentiel électrochimique de Nernst:
- définition
- conditions d’installation (en vous aidant d’un schéma)
- formule donnant l’expression du potentiel électrochimique de Nernst à 37°C
- potentiel de diffusion particulier
- gradient de concentration ionique transmembranaire
- membrane n’est perméable qu’à une seule espèce ionique
- situation théorique car une membrane n’est jamais strictement perméable à une espèce ionique
- séparation de charge infinitésimale liée à la diffusion de l’ion perméant permet le développement d’un potentiel de diffusion qui va s’opposer exactement à la diffusion liée au gradient de concentration
- a la valeur de ce potentiel membranaire (Ei), le flux net de l’ion perméant est nul et les gradients de concentration restent indéfiniment préservés
- la différence de potentiel se maintient indéfiniment sans apport d’énergie extérieur et le potentiel qui s’est développé est le potentiel d’équilibre EC de l’ion considéré ou potentiel de Nernst
- gradient de concentration TM
- membrane sélectivement perméable à une seule espèce ionique et imperméable aux autre espèces ioniques
- séparation de charge infinitésimale au niveau de la membrane => maintien du gradient TM
-Ei = +61.5 log (C2/C1)
Potentiel de diffusion et potentiel électrochimique de Nernst :
-différences/similitudes
Similitude
-les 2 résultent d’une séparation de charge infinitésimale
Différence
- Nernst: potentiel de diffusion particulier qui se développe lorsque la membrane n’est perméable qu’à une seule espèce ionique (situation hypothétique)
- il s’agit d’un potentiel d’équilibre électrochimique qui se maintient indéfiniment sans apport d’énergie extérieure et les gradients ioniques qui ne se dissipent pas restent donc inchangés
- le potentiel de diffusion: se développe au niveau d’une membrane qui présente une perméabilité différentielle ) plusieurs espèces ioniques
- il ne s’agit pas d’un potentiel d’équilibre électrochimique dans la mesure où il s’annule à l’équilibre lorsque les gradients ioniques se sont dissipés
- la stabilité du potentiel dépend de la stabilité des gradients ioniques et nécessite l’utilisation permanente d’énergie
Expliquez la signification d’un gradient de potentiel électrochimique d’un ion i égal à zéro/différent de zéro.
-différent de 0
=> gradient de potentiel électrochimique d’un ion i
=>mesure le travail total de transport par mole de i, à travers une membrane et représente la DF du transport passif de i à travers une membrane (P,V et T constants en J/mole
-Egale à 0
=>potentiel d’équilibre électrochimique (Ei) ou potentiel de Nernst
Expliquez la signification d’un gradient de potentiel électrochimique d’un ion i égal à zéro/différent de zéro.
-différent de 0
=> gradient de potentiel électrochimique d’un ion i
=>mesure le travail total de transport par mole de i, à travers une membrane et représente la DF du transport passif de i à travers une membrane (P,V et T constants en J/mole
=> mesure l’amplitude et la direction de la force totale passive s’exerçant sur l’ion i
-Egale à 0
=>potentiel d’équilibre électrochimique (Ei) ou potentiel de Nernst
=> flux net de l’ion perméant nul et gradients de concentration restent indéfiniment préservés
=> absence de DF s’exerçant sur i et le système est à l’équilibre
Définir la driving force qui s’exerce sur un ion et donner la formule qui permet de la calculer.
Expliquez la signification d’une DF nulle/différente de zéro.
- mesure l’amplitude et la direction de la force totale passive s’exerçant sur l’ion i
- indique le sens du mouvement mais ne renseigne ni sur la vitesse ni sur le mécanisme du déplacement
- dui/zF = Vm-Ei en mV (agissant sur un ion)
- DF = 0, il n’y pas de force nette s’exerçant sur l’ion
- DF différent de 0, il existe une driving force nette s’exerçant sur l’ion et est la différence entre 2 DF exprimés en mV : la ddp et le gradient de concentration.
Expliquez la signification d’une DF négative/positive.
Dans chaque cas, donnez un exemple chiffré illustrant votre réponse en tenant compte des conventions concernant le sens du courant.
DF négatif
=> cation ou anion sort de la cellule
=> lorsque le milieu intérieur est plus - que le potentiel d’équilibre d’un ion (Vm courant dépolarisant représenté négativement
ex: Ena=+70/ Vm= -80
=> DF = -150 mV
DF positif
=> cation sort ou anion entre dans le cellule
=> lorsque le milieu intérieur est moins - que le potentiel d’équilibre d’un ion (Vm > Eion), un cation aura tendance à sortir et un anion à entrer dans cellule
=> courant hyperpolarisant (ou repolarisant) représenté positivement
ex: Ek= -90/ Vm= -80
=> DF = +10 mV
Définir la sélectivité ionique d’un canal et indiquez, en les expliquant brièvement, les facteurs qui la conditionnent.
- canaux ioniques ouverts sélectifs; ils discriminent la taille et la charge des ions perméants
- sélectivité cationique ou anionique
- sélectivite entre les différents cations
2mécanismes
=> petite taille du canal excluant les grosses molécules (les canaux ioniques pour ions monovalents ont un diamètre de 3 à 5 A, les ions di et trivalents fortement hydratés sont exclus de ces canaux par leur taille)
=> filtre de sélectivité au niveau du canal :arrangement stérique des charges négatives conditionnent le passage +/- aisé des ions à travers le canal
Définir le courant unitaire et indiquez son ordre de grandeur en unité de courant.
Indiquez la valeur de la capacité de transport d’un canal et montrer que cette valeur est bien compatible avec la valeur en unité de courant mentionnée.
??
- un flux d’ions est un flux de charges qui génère un courant en A ou C.sec-1
- sont de l’ordre du pA
- conductance unitaire x driving force
- 1 A = 1S x 1V
Donnez la formule permettant de déterminer le courant unitaire et expliquez brièvement les facteurs qui interviennent dans cette formule.
-courant unitaire = conductance unitaire x DF
i = gamma i (dmui/zF)
= gamma i (Vm - Ei)
Dependent de 2 facteurs
=> la DF qui s’exerce sur l’ion (dmui/zF) en V
=> la conductance unitaire du canal (conductance d’un seul cana pour l’ion considéré), gamma i, en S (siemens)
Définir le gating et expliquez ce que signifie la probabilité d’ouverture d’un canal.
- représente le passage entre l’état conducteur et non conducteur d’un canal
- lié à un changement de conformation du canal qui modifie son état d’ouverture et de fermeture: un canal peut être ouvert, fermé (non conducteur) ou inactive (non conducteur)
- l’activité du canal dépend de la cinétique du gâtine qui est liée à l’action de différents facteurs modulateurs
Probabilité d’ouverture
-Po (entre 0 et 1) est la probabilité d’ouverture d’un canal, durant un temps donné et dans des conditions déterminées; est la fraction de temps pendant laquelle le canal reste ouvert qui dépend du nombre d’ouvertures et de la durée de chaque ouverture
Donnez la formule reliant la conductance unitaire à la conductance macroscopique et expliquez brièvement les facteurs qui interviennent dans cette formule.
gi= gamma i x Ni x Po
- gi: conductance membranaire macroscopique
- gamma i : conductance unitaire
- Ni: nombre de canaux perméables à i
- Po: probabilité d’ouverture de chaque canal
Donnez la formule reliant le courant unitaire au courant macroscopique et expliquez brièvement les facteurs qui interviennent dans cette formules.
-au niveau de chaque canal perméable à i
i = gamma i (Vm - Ei)
-au niveau membranaire (population de canaux perméables à i)
Ii= gi (Vm - Ei) avec gi = gamma i. N. Po
=> Ii= I. Ni. Po
=> le courant macroscopique dépend directement des variations du courant unitaire, du nombre de canaux et de leur probabilité d’ouverture
=> le courant unitaire dépend directement de la conductance unitaire et de la DF s’exerçant sur l’ion
