Fonctionnement du neurone 3 : Le neurone au repos : Le potentiel membranaire de repos Flashcards
L. De Doncker
Pour mesurer la différence de potentiel d’un neurone classique, il faudra utiliser des électrodes avec une pointe extrêmement fine et creuse qui n’abimera pas le neurone
Des microélectrodes en verre
En absence de toute stimulation naturelle ou artificielle, on mesure de part et d’autre de la membrane une différence de potentiel stable
Cette différence de potentiel est ce qu’on appelle le potentiel de membrane de repos, aussi appelé potentiel de repos
On mesure toujours la différence de potentiel entre
Le milieu intracellulaire et extracellulaire et non l’inverse
Le potentiel de repos est universel à toutes les cellules qu’elles soient excitables ou non
Selon le type de cellules, le potentiel de repos se situe souvent autour de -70 mV et peut varier de -20 mV à -100 mV. Le potentiel de repos est toujours négatif
La membrane plasmique du neurone est donc polarisée car elle se comporte comme un
condensateur et est donc capable de séparer les charges électriques de part et d’autre
de la membrane plasmique
Le versant cytoplasmique de la membrane est chargé négativement par rapport au versant extracellulaire
Conditions de création d’une différence de potentiel membranaire dans le cas d’une membrane artificielle
Premier cas
Membrane imperméable aux ions
La concentration de la solution saline est plus importante dans le compartiment de droite
Les ions suivent leur gradient de concentration et aimeraient donc traverser la membrane pour se retrouver dans l’autre compartiment
Les deux compartiments sont électroneutres
Il y autant d’ions Na+ que d’ions Cl-
Il n’y a donc pas de différence de potentiel
Conditions de création d’une différence de potentiel membranaire dans le cas d’une membrane artificielle
Second cas
Membrane perméable aux ions Na+ et Cl-
Compartiment contiennent des solutions de NaCl de concentrations identiques
Nous sommes déjà dans un état d’équilibre
Il n’y a donc pas de différence de potentiel
Conditions de création d’une différence de potentiel membranaire dans le cas d’une membrane artificielle
Troisième cas
Membrane perméable aux ions Na+ et Cl-
Deux compartiments avec des solutions NaCl de concentrations différentes
Les concentrations vont s’égaliser par le passage d’ions du compartiment 2 vers le compartiment 1
La différence de potentiel est nulle
Conditions de création d’une différence de potentiel membranaire dans le cas d’une membrane artificielle
Quatrième cas
Membrane semi-perméable, elle est perméable aux ions sodium et imperméable aux ions chlore
On a toujours deux compartiments remplis
de solutions de NaCl de concentrations différentes
Pour les ions sodium, ils suivent leur gradient chimique
Les ions chlore, qui seraient tentés de faire la même chose, ne peuvent pas passer à travers la membrane
Le versant gauche de la membrane va se charger positivement et le versant droit de la membrane va se charger négativement
On observera alors une différence de potentiel positive
Les ions sodium ne vont pas diffuser jusqu’à égalisation des concentrations de chaque côté de la membrane ; une force va s’y opposer : c’est le gradient électrique
Le gradient électrique
La différence de potentiel qui va s’instaurer de part et d’autre de la membrane
Il s’oppose à légalisation des concentrations des ions sodium
Les ions sodium restants sont de plus, attirés par les ions chlore qui sont chargés négativement
L’existence d’un gradient de concentration pour une espèce ionique de part et d’autre d’une membrane sélectivement (ou semi) perméable à cette espèce
Entraîne l’apparition d’un gradient électrique qui va s’opposer au gradient chimique
Pour qu’une différence de potentiel apparaisse au niveau de la membrane il faut
- Que celle-ci soit semi-perméable, laisse passer certains ions et pas d’autres
- Qu’il existe des différences de concentrations ioniques de part et d’autre de la membrane
Le mouvement des ions de part et d’autre de la membrane est soumis à deux forces
- Le gradient chimique ou de concentration : Les ions passent du milieu le plus concentré
vers le moins concentré (transport passif) - Le gradient électrique ou différence de potentiel membranaire : Les cations vont vers la zone négative et les
anions vont vers la zone positive
Le gradient chimique te électrique vont se regrouper
Les ions suivent leur gradient électrochimique
Si les deux gradients sont égaux mais de sens opposé pour une espèce ionique donnée, le
flux net de ces ions est nul
L’équilibre est atteint
Il y autant d’ions qui vont passer du milieu le
plus concentré vers le moins concentré
La notion de potentiel d’équilibre d’un ion
La différence de potentiel, c’est-à-dire le
gradient électrique nécessaire pour contrebalancer exactement le gradient de concentration de cet ion
Les ions cherchent toujours à
Gagner leur état d’équilibre
Pour créer une différence de potentiel de part et d’autre d’une membrane semi-perméable
Il faut qu’il y ait une différence de répartition de concentration des ions de part et d’autre de la membrane
Composition ionique des milieux intra et extracellulaire
La différence de répartition des ions des deux milieux est due principalement à l’existence de
transports actifs
Transports actifs/pompes ioniques
Créent les gradients de concentration
Potentiel de repos
Em = -70 mV
Au repos, aucun ion n’est à l’équilibre car le potentiel membranaire de repos est différent du potentiel d’équilibre des différentes espèces ioniques
Par conséquent, une force va mettre les ions en mouvement : c’est le gradient électrochimique ou « driving force » ou encore force électromotrice
On le calcule par la différence entre le potentiel membranaire et le potentiel d’équilibre des ions
Le mouvement d’un type d’ion est proportionnel à ce gradient
Plus la valeur de ce gradient est importante, plus il va y avoir de mouvements d’ions
Si on modifie Em, on modifie le gradient et donc on affecte le mouvement des ions
Quand le gradient électrochimique est positif, les cations ont tendance à sortir de la cellule
Quand il est négatif, les cations ont tendance à entrer dans la cellule
Pour les anions, c’est l’inverse du gradient électrochimique
Ils ont tendance à sortir quand le gradient électrochimique est négatif et à entrer quand ce dernier est positif
Le mouvement d’un type d’ion au travers la membrane dépend non seulement du gradient électrochimique mais aussi
De la conductance de la membrane pour l’espèce ionique considérée
Cela signifie qu’il faut qu’il y ait des canaux ioniques ouverts
La conductance ou perméabilité pour une espèce ionique considérée mesure la facilité à
laquelle les ions traversent la membrane
La conductance dépend
Du nombre de canaux ioniques pour l’ion considéré et de leur probabilité d’ouverture
Pour expliquer l’origine du potentiel de repos, il faut se demander quelle est la perméabilité
vis-à-vis des principaux ions notamment Na+ et K+
- Si la membrane devient très perméable aux ions Na+, alors le potentiel de membrane se
rapprochera du potentiel d’équilibre des ions sodium - Si la membrane devient très perméable aux K+, alors le potentiel de membrane se
rapprochera du potentiel d’équilibre des ions potassium
Il y a trois facteurs à l’origine du potentiel de repos
- La différence de répartition des ions de part et d’autre de la membrane du neurone
- La perméabilité sélective de la membrane
- La pompe Na+/K+ ou ATPase Na+/K+ (transport actif)
La différence de répartition des ions de part et d’autre de la membrane du neurone
Les ions potassium et sodium sont ceux qui bougent le plus au repos
Ces ions vont migrer
suivant leur gradient électrochimique par les canaux ioniques à fonctions passives :
- Les ions potassium ont tendance à sortir de la cellule
- Les ions sodium ont tendance à entrer dans la cellule
L’expérience d’hodgkin et katz montre l’influence prédominante des ions K+ dans
le potentiel de membrane de repos
La perméabilité sélective de la membrane
La perméabilité sélective de la membrane contribue pour 80% au potentiel de repos
Les canaux de fuite sont toujours ouverts, la membrane est semi-perméable
Dans le milieu intracellulaire, il existe de gros anions notamment des protéines, qui ne traversent pas la membrane
Les deux premiers facteurs ont pour conséquences :
- La membrane a tendance à se charger négativement du côté du milieu intracellulaire
et à se charger positivement du côté du milieu extracellulaire : Il y a un léger excès de
charges positives à l’extérieur de la cellule
- La sortie de K+ est compensée en partie par l’entrée de Na+ qui empêche le potentiel
d’équilibre Em d’atteindre EK+
La pompe Na+/K+ ou ATPase Na+/K+ (transport actif)
À terme, les gradients de concentration de chacun des ions disparaîtraient de part et d’autre de la membrane : Alors la différence de potentiel de la membrane disparaîtrait
aussi
Cela n’arrive jamais grâce à l’existence d’un transport actif de ces ions
Le transport actif des ions Na+ et K+ compense les fuites passives de ces ions au travers de la membrane
Elle maintient donc les gradients de concentration
La pompe est électrogénique
A chaque fois qu’elle fonctionne, on a une charge positive
en plus rejetée à l’extérieur
La pompe participe donc au potentiel de
repos
La pompe Na+/K+ consomme 20 à 50% de l’énergie indispensable au fonctionnement du système nerveux car elle fonctionne en permanence
La pompe, qui agit comme un générateur de différence de potentiel, a donc pour rôles la création des gradients de concentrations transmembranaires [K+] et [Na+] mais aussi le maintien de ces gradients
À terme, sans cette pompe il n’y aurait plus de potentiel de repos mais un équilibre
Elle est donc indispensable à la genèse et à la propagation des signaux électriques
dans le système nerveux
