Fonctionnement du neurone (Complet) Flashcards
L.De Doncker
Neurone multipolaire
Neurone ayant de nombreuses ramifications/dendrites formant une arborisation dendritique.
Axone myélinisé
Axone entouré de gaines de myéline, agissant comme un isolant.
Myéline
Substance isolante entourant certains axones, augmentant la vitesse de propagation des PA.
Rôle récepteur du neurone
Dendrites.
Les dendrites agissent comme des antennes qui reçoivent des informations provenant d’autres neurones, qu’elles soient inhibitrices ou excitatrices.
Rôle d’intégration des informations du neurone
Synapses et cône d’émergence.
À la synapse, la membrane réagit en générant des potentiels post-synaptiques (inhibiteurs ou excitateurs). Ces potentiels se propagent jusqu’au soma, puis au cône d’émergence (lieu où l’axone démarre).
Rôle d’émission des potentiels d’action (PA)
Segment initial (partie de l’axone sans myéline, juste après le cône d’émergence).
Génération des potentiels d’action (PA).
Rôle de propagation des PA
Axone.
Les PA se propagent le long de l’axone (fibre nerveuse).
Les fibres peuvent être motrices ou sensitives.
La propagation est plus rapide dans les axones myélinisés que dans ceux non myélinisés.
Rôle de transmission des PA
Arborisation terminale (extrémité de l’axone).
Les ramifications transmettent les informations à d’autres cellules via des synapses.
Établissent des contacts avec d’autres neurones, des muscles, etc.
Arborisation dendritique
Ensemble des ramifications des dendrites d’un neurone.
Cône d’émergence
Zone où l’axone démarre, impliquée dans l’analyse des informations.
Segment initial
Partie de l’axone sans myéline où les PA sont générés.
Potentiel d’action (PA)
Signal électrique propagé le long d’un axone.
Potentiel post-synaptique
Réponse électrique générée dans un neurone suite à une stimulation synaptique (inhibitrice ou excitatrice).
Arborisation terminale
Extrémité ramifiée de l’axone transmettant les signaux à d’autres cellules.
Synapse
Point de contact entre deux cellules où se transmettent les signaux.
Conducteur
Matériaux ou solutions qui permettent le passage du courant électrique.
Exemples : Métaux (cuivre, zinc), solutions ioniques (milieux intra et extracellulaires), corps humain.
Isolant
Matériaux ou solutions qui bloquent le passage du courant électrique.
Exemples : Verre, plastique, eau pure (sans ions).
État initial (circuit ouvert)
Électrons libres se déplaçant de manière aléatoire.
Pas de courant électrique.
État final (circuit fermé)
Les électrons se déplacent dans un même sens, attirés par la borne positive.
Ce mouvement génère un courant électrique.
Sens conventionnel du courant
Déplacement des charges du – vers le +.
Solutions salines
Dans les milieux aqueux (intra/extracellulaires), ce ne sont pas les électrons qui génèrent le courant, mais les ions.
Les cations (Na⁺) se déplacent vers la cathode (électrode négative).
Les anions (Cl⁻) se déplacent vers l’anode (électrode positive).
Ce double déplacement d’ions produit le courant électrique.
Nature du courant
Métaux : Déplacement des électrons libres.
Solutions électrolytiques : Déplacement des ions (cations et anions).
Intensité du courant électrique (I)
Quantité de charge électrique traversant une surface conductrice par unité de temps.
Unité : Ampère (A).
Relation : 1 A = 1 C/s (Coulomb par seconde).
1 C = 6,25 × 10¹⁸ électrons.
Analogie hydraulique (I)
L’intensité du courant est comparable au débit d’eau dans un tuyau (quantité d’eau passant dans une section en une seconde).
Électrons libres
Électrons en mouvement aléatoire dans un métal, responsables du courant électrique lorsque leur mouvement est ordonné.
Différence de potentiel (ddp)
Force mettant en mouvement les ions et électrons, générant ainsi le courant électrique.
Un courant ne peut circuler que s’il existe une ddp entre deux points d’un circuit ou d’une solution ionique.
Plus la ddp est élevée, plus les charges électriques se déplacent rapidement, augmentant ainsi l’intensité du courant.
Analogie hydraulique (DDP)
Comparable à une différence de pression qui permet à l’eau de circuler dans un tuyau.
Unité de la DDP
U : Différence de potentiel.
Unité : Volt (V).
Générateur de courant électrique
Maintient une ddp stable pour permettre la circulation continue du courant.
Analogie hydraulique (Générateur de courant électrique)
Comparable à une pompe, où la borne positive (+) attire les charges négatives (anions) et repousse les charges positives (cations), et vice versa pour la borne négative (-).
Neurone générateur
Le neurone génère un courant en consommant beaucoup d’énergie (glucose et ATP).
Le système nerveux est énergivore pour maintenir les potentiels électriques.
Résistance (R)
Difficulté pour les charges électriques (ions ou électrons) de traverser un matériau.
Ohm (Ω).
Élevée : Isolants comme plastique, verre, ou eau pure.
Faible : Métaux, solutions ioniques.
Conductance (g)
Facilité avec laquelle les charges traversent un matériau ou une solution.
Siemens (S).
Relation : g=1Rg=R1.
Neurone (conductance ionique)
Passage des ions à travers les membranes neuronales.
Analogie hydraulique (conductance)
Facilité de passage : plus le diamètre est grand (ou la résistance faible), plus l’eau ou les charges passent rapidement.
Analogie hydraulique (résistance)
Grosseur du tuyau : plus il est petit, plus l’eau circule lentement.
Loi d’Ohm
U=R×IU=R×I ou I=URI=RU.
U: Tension (ddp, en Volt).
R: Résistance (en Ohm).
I: Intensité (en Ampère)
Neurone (Loi d’Ohm)
Quantifie l’intensité du courant ionique en fonction de la ddp et de la résistance membranaire.
Condensateur
Composant électrique capable de stocker et restituer des charges électriques.
Composé de deux surfaces conductrices (armatures) séparées par un isolant.
Fonctionnement du condensateur
Chargement : Branché à une pile, des charges positives s’accumulent sur une armature et des charges négatives sur l’autre.
Déchargement : Si débranché, il conserve les charges accumulées. Relié à un circuit (lampe), les charges circulent, produisant du courant jusqu’à épuisement.
Capacité (C) du condensateur
Unité : Farad (F).
Plus la capacité est élevée, plus le condensateur peut stocker de charges.
Neurone (condensateur)
Armatures : Milieu intra- et extracellulaire.
Isolant : Bicouche lipidique de la membrane.
Charge : Ions accumulés de part et d’autre de la membrane.
Au repos, le condensateur stocke une ddp stable (potentiel de repos, ~ -70 mV).
Lorsqu’on stimule un neurone, la ddp varie. Le condensateur se charge et se décharge, provoquant des courants ioniques.
Composants du circuit électrique neuronal
-Condensateur (Cm) : Sépare les charges électriques (ions). Bicouche lipidique agit comme isolant.
-Résistance membranaire (Rm) :Propriété déterminée par le nombre de canaux ioniques ouverts. Plus de canaux ouverts : résistance faible, courant ionique élevé. Moins de canaux ouverts : résistance élevée, faible courant.
-Pile : Correspond au potentiel de repos (∼−70 mV∼−70mV). Positive à l’extérieur, négative à l’intérieur.
Phospholipides
Principaux composants lipidiques de la membrane.
Structure des phospholipides
-Composés d’un alcool de glycérol (avec 3 fonctions OH).
-Deux fonctions occupées par des acides gras (partie hydrophobe, non soluble dans l’eau).
-Une fonction occupée par un phosphate (partie hydrophile, soluble dans l’eau).
Propriétés des phospholipides
En présence d’eau, les phospholipides forment des bicouches lipidiques.
Les têtes hydrophiles (phosphate) se dirigent vers les milieux aqueux.
Les queues hydrophobes (acides gras) se regroupent à l’intérieur.
Organisation des phospholipides
Membrane formée de deux couches : un feuillet externe et un feuillet interne.
Protéines membranaires
Principaux composants fonctionnels de la membrane, déterminant ses rôles biologiques.
Rôles des protéines membranaires
-Récepteurs: Fixent des ligands dans le milieu extracellulaire ou intracellulaire.
-Canaux ioniques: Laissent passer des ions.
-Protéines d’adhésion: Permettent l’adhésion entre cellules et la reconnaissance cellulaire.
-Protéines structurales: Maintiennent l’intégrité mécanique de la membrane.
-Enzymes: Catalysent des réactions spécifiques.
Quels sont les deux types de protéines membranaires?
-Transmembranaires (intrinsèques): Traversent complètement la membrane. ; Permettent le mouvement des ions et des molécules. (Canaux ioniques, transporteurs, pompes ioniques.)
-Périphériques (extrinsèques): Localisées sur un seul côté de la membrane. ; Ne s’insèrent pas dans la bicouche lipidique.
Quels sont les trois types de protéines transmembranaires?
-Canaux ioniques: Permettent le passage passif des ions.
-Transporteurs: Facilitent le transport de molécules spécifiques.
-Pompes ioniques (ATPase): Transport actif des ions, nécessitant de l’énergie (ATP). ; Essentielles au fonctionnement des canaux ioniques.
Bicouche lipidique
Arrangement en deux couches de phospholipides où les têtes hydrophiles font face à l’eau et les queues hydrophobes se regroupent au centre.
Canaux ioniques
Protéines permettant le passage d’ions à travers la membrane.
Transporteurs
Protéines facilitant le transport de substances spécifiques.
Pompes ioniques (ATPase)
Protéines utilisant l’ATP pour déplacer activement les ions à travers la membrane.
Ligands
Molécules se liant à un récepteur spécifique.
Transport passif
Transport de molécules à travers une membrane sans apport d’énergie. Suit les gradients de concentration (de la zone la plus concentrée vers la moins concentrée).
Diffusion simple
Transport de petites molécules qui traversent directement la bicouche lipidique.
Quels sont les facteurs de la diffusion simple?
Solubilité : Les molécules hydrophobes/lipophiles passent plus facilement.
Taille : Les petites molécules passent plus facilement.
Molécules utilisant la diffusion simple
-Gaz (O₂, CO₂)
-Molécules lipophiles
-Petites molécules polaires non chargées (H₂O).
Mécanisme de la diffusion simple
Les molécules suivent la loi de diffusion de Fick (déplacement du milieu le plus concentré vers le moins concentré).
Gradients de la diffusion simple
Les solutés se déplacent pour égaliser leur concentration de part et d’autre de la membrane.
Osmose
Mouvement de l’eau à travers une membrane semi-perméable, permettant de rééquilibrer les concentrations de solutés.
Sens du mouvement (Osmose)
L’eau se déplace du milieu hypotonique (moins concentré en solutés) vers le milieu hypertonique (plus concentré).
Pression osmotique
Force nécessaire pour empêcher le déplacement de l’eau proportionnelle à la concentration en solutés.
Quelles sont les conséquences de l’osmose sur les cellules?
-Milieu hypotonique : La cellule gonfle (turgescence) et peut éclater.
-Milieu hypertonique : La cellule se déshydrate (plasmolyse).
Diffusion facilitée
Transport de molécules ou ions incapables de traverser la bicouche lipidique directement.
Protéines impliquées dans la diffusion facilitée
-Canaux ioniques : Ouvrent ou ferment pour laisser passer les ions.
-Transporteurs (perméases) : Possèdent un site de fixation spécifique pour aider les molécules (Glucose, ATP, acides aminés, ions) à traverser.
Couronne d’hydratation
Les ions, entourés de molécules d’eau polaires, ne peuvent pas traverser directement les parties hydrophobes de la membrane.
Canaux de fuite
Ouverts en permanence, peu spécifiques. Laissent passer ions comme Na⁺, Cl⁻, Ca²⁺.
Canaux voltage-dépendants
S’ouvrent ou se ferment selon les variations de la différence de potentiel de la membrane.
Exemples de canaux voltage-dépendants
-Sodiques (Na⁺) : Sodium entre dans la cellule.
-Calciques (Ca²⁺) : Calcium entre, surtout aux terminaisons présynaptiques.
-Potassiques (K⁺) : Potassium sort de la cellule.
-Chloriques (Cl⁻) : Chlore entre.
Canaux chimio/ligand-dépendants
S’ouvrent sous l’effet de la fixation d’un ligand (neurotransmetteur).
Exemple de canaux chimio/ligand-dépendants
Récepteurs ionotropiques (glutamate, récepteur nicotinique sur les muscles).
Répartition des canaux sur le neurone
-Canaux ligand-dépendants : Localisés aux dendrites et au corps cellulaire.
-Canaux voltage-dépendants : Majoritairement sur l’axone et les terminaisons présynaptiques.
-Canaux de fuite : Présents sur toute la membrane.
Excitabilité
Capacité à générer des potentiels d’action.
Exemple de cellules excitables
Cellules musculaires (fibres avec de nombreux canaux voltage-dépendants).
Exemple de cellules non excitables
Cellules gliales du système nerveux.
Stimulus mécanique
Certains canaux s’ouvrent sous l’effet d’une déformation mécanique (mécano-récepteurs cutanés dans la peau).
Transports actifs (primaires)
Permettent le déplacement d’ions contre leur gradient de concentration, nécessitant un apport d’énergie sous forme d’ATP, qui est hydrolysé en ADP.
Pompe sodium-potassium (Na⁺/K⁺-ATPase)
Essentielle au maintien des gradients ioniques dans les cellules (notamment les neurones)
Fonctionnement de la pompe sodium-potassium
1) Fixe 3 ions sodium (Na⁺) du côté intracellulaire.
2) Rejette ces ions vers l’extérieur après hydrolyse de l’ATP.
3) Fixe 2 ions potassium (K⁺) du côté extracellulaire.
4) Transporte ces ions potassium vers l’intérieur de la cellule.
Pompes (transport actif)
Créent et maintiennent les gradients ioniques.
Fonctionnent contre les gradients de concentration en utilisant de l’énergie.
Canaux ioniques (transport passif)
Utilisent les gradients créés par les pompes pour permettre aux ions de passer dans le sens de leur gradient (du plus concentré vers le moins concentré).
La combinaison pompes-canaux est essentielle pour l’activité des cellules excitables.
Pompes à protons (H⁺)
Maintiennent des gradients de protons pour l’acidité intracellulaire et extracellulaire.
Pompes à calcium (Ca²⁺)
Importantes pour réguler les concentrations de calcium, notamment dans la contraction musculaire et la transmission synaptique.
Transports vésiculaires
Permettent le déplacement de molécules trop grosses pour passer par des canaux ou transporteurs membranaires. Ce processus est également dépendant de l’ATP.
Exocytose
Les molécules sont enfermées dans des vésicules intracellulaires. Ces vésicules fusionnent avec la membrane plasmique, libérant leur contenu à l’extérieur de la cellule. (Libération de neurotransmetteurs, sécrétion de protéines ou d’hormones.)
Endocytose
La membrane plasmique se déforme pour entourer et capturer des molécules extracellulaires. Les molécules sont ensuite internalisées dans des vésicules.
Phagocytose
Capture de particules solides (bactéries).
Pinocytose
Absorption de fluides et petites molécules.
Endocytose à récepteur
Capture spécifique de molécules grâce à des récepteurs.
Potentiel de repos (PR)
Différence de potentiel stable entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule en absence de stimulation, environ -70 mV.
Électrode de référence
Fixée par convention à 0 mV, bien qu’en réalité ce ne soit jamais parfaitement le cas.
Électrode d’enregistrement
Reliée à un voltmètre, détecte une chute de potentiel lorsqu’elle pénètre une cellule.
Em de repos
Différence de potentiel mesurée entre le voltage interne et externe.
Condensateur
La membrane sépare les charges électriques comme un isolant.
Distribution des charges
L’intérieur (cytoplasme) est négatif par rapport à l’extérieur.
Seuls certains ions s’accumulent près de la membrane, créant cette différence de charge.
Pôles électriques
Pôle positif : À l’extérieur.
Pôle négatif : À l’intérieur.
Membrane imperméable aux ions
Pas de passage ionique → Aucune ddp (0 mV), même avec des différences de concentration.
Membrane perméable aux ions Na+ et Cl- (perméabilité égale)
Même concentration des deux côtés → Aucune ddp (0 mV).
Membrane perméable aux ions Na+ et Cl- avec concentrations différentes
Les ions diffusent de manière équilibrée → Aucune ddp (0 mV).
Membrane semi-perméable aux Na+ mais imperméable aux Cl-
Na+ diffuse vers le compartiment le moins concentré. (Gradient chimique)
Opposition au flux de Na+ à cause de la charge accumulée. (Gradient électrique)
Différence de potentiel s’installe car les Cl- ne peuvent pas équilibrer la charge.
La diffusion des Na+ s’arrête avant l’égalisation complète des concentrations.
Résultat combiné des gradients chimique et électrique. (Gradient électrochimique)
Mouvement des ions
-Gradient chimique : Les ions se déplacent du plus concentré au moins concentré.
-Gradient électrique : Différence de potentiel influençant le mouvement ionique.
-Gradient électrochimique : Influence conjointe des deux gradients.
-Équilibre ionique : Lorsque les deux gradients s’annulent, le flux net est nul.
Potentiel d’équilibre (Eion)
ddp nécessaire pour contrebalancer exactement le gradient de concentration d’un ion donné.
Équation de Nernst
Permet de calculer le potentiel d’équilibre pour chaque ion.
Composition Ionique du milieu extracellulaire
Sodium (Na⁺), Chlore (Cl⁻), Calcium (Ca²⁺).
Charges positives principales portées par le Na⁺.
Composition Ionique du milieu intracellulaire
Potassium (K⁺).
Électroneutralité assurée par des grosses molécules chargées négativement (protéines, acides aminés, ions…).
Ces molécules ne traversent pas la membrane et restent à l’intérieur.
Pompe sodium-potassium (Na⁺/K⁺ ATPase)
Expulse 3 Na⁺ hors de la cellule et fait entrer 2 K⁺.
Crée un gradient de concentration avec plus de Na⁺ à l’extérieur et plus de K⁺ à l’intérieur.
Nécessite de l’ATP.
Rôle des canaux ioniques
Canaux toujours ouverts au repos (canaux de fuite).
Laisse passer Na⁺, K⁺, Cl⁻ (perméabilité plus grande pour K⁺).
Potentiel d’Équilibre des Ions
ddp nécessaire pour contrebalancer exactement le gradient de concentration d’un ion spécifique.
Déterminé par l’équation de Nernst.
Potentiel d’Équilibre des Ions K⁺
K⁺ sort de la cellule suivant son gradient chimique.
Les molécules négatives intracellulaires ne peuvent pas sortir.
Création d’une charge négative à l’intérieur et positive à l’extérieur.
Un gradient électrique s’oppose alors au flux de K⁺.
Équilibre atteint quand le gradient chimique est compensé par le gradient électrique.
Valeur du potentiel d’équilibre de K⁺ : -90 mV.
Potentiel d’Équilibre des Ions Na⁺
Na⁺ entre dans la cellule suivant son gradient chimique.
Laisse des charges négatives à l’extérieur et positives à l’intérieur.
Un gradient électrique s’oppose alors à l’entrée des Na⁺.
Équilibre atteint quand le gradient chimique est compensé par le gradient électrique.
Valeur du potentiel d’équilibre de Na⁺ : +60 mV.
Potentiel d’Équilibre des Ions Cl⁻
Cl⁻ est plus concentré à l’extérieur qu’à l’intérieur.
Selon son gradient chimique, Cl⁻ entre dans la cellule.
En entrant, il laisse des charges positives à l’extérieur et négatives à l’intérieur.
Création d’un gradient électrique inverse (force de répulsion).
À l’équilibre, les gradients chimique et électrique se compensent.
Valeur du potentiel d’équilibre de Cl⁻ : -60 mV.
Formule du gradient électrochimique
Gradient électrochimique = Potentiel de membrane (Em) - Potentiel d’équilibre (Eion)
Gradient Électrochimique et Mouvements des Ions
-Na⁺ -130 mV Forte entrée
-K⁺ +20 mV Légère sortie
-Cl⁻ -10 mV Presque aucun mouvement
-Ca²⁺ -186 mV Très forte entrée (si canaux ouverts)
Conductance
Facilité avec laquelle un ion traverse la membrane.
Plus il y a de canaux ouverts, plus la conductance est élevée.
g ion=1/R ion
Formule du courant ionique
I ion=g ion×(Em−E ion)
Mouvements réels des ions au repos
-Na⁺ Fort (-130 mV) Perméabilité faible Faible entrée
-K⁺ Modéré (+20 mV) Perméabilité très élevée Sortie importante
-Cl⁻ Faible (-10 mV) Perméabilité moyenne Quasi aucun mouvement
-Ca²⁺ Très fort (-186 mV) Perméabilité nulle Aucun mouvement (canaux fermés)
Na⁺
Si la membrane devient plus perméable aux Na⁺, le potentiel de membrane se rapprochera de E_Na+ (environ +60 mV).
K⁺
Si la membrane devient plus perméable aux K⁺, le potentiel de membrane se rapprochera de E_K+ (environ -90 mV).
Rôle des K⁺
Jouent un rôle majeur dans le maintien du potentiel de repos.
Distribution des ions
Na⁺ : Plus concentré à l’extérieur de la cellule.
K⁺ : Plus concentré à l’intérieur de la cellule.
Mouvements des ions
Les canaux de fuite (toujours ouverts) permettent aux ions sodium (Na⁺) d’entrer et aux ions potassium (K⁺) de sortir.
Sortie de K⁺ et entrée de Na⁺.
Cette différence de concentration entre les deux côtés de la membrane est essentielle pour les mouvements passifs d’ions.
Perméabilité sélective
La membrane est plus perméable aux K⁺, ce qui influence fortement le potentiel de repos, le rendant proche de E_K+.
Rôle de la pompe Na⁺/K⁺
Maintient les gradients ioniques en rejetant activement 3 Na⁺ à l’extérieur pour chaque 2 K⁺ qui entrent, contribuant à 20% du potentiel de repos.
Potentiel de repos (PR)
Différence de potentiel électrique à travers la membrane du neurone au repos, généralement autour de -70 mV.
Canaux de fuite
Canaux ioniques toujours ouverts permettant le passage passif des ions pour maintenir le potentiel de repos.
Canaux voltage-dépendants
Canaux s’ouvrant uniquement lorsque la membrane atteint un certain seuil de potentiel.
Stimulation neuronale
Application d’un stimulus (naturel ou artificiel) pouvant modifier le potentiel de membrane.
Potentiel électrotonique
Variation locale du potentiel de membrane ne déclenchant pas de potentiel d’action.
Potentiel d’action (PA)
Signal électrique généré si le seuil d’excitation est atteint (-40 à -50 mV).
Stimulation naturelle
-Récepteurs sensoriels : Activation par un stimulus externe.
-Activation synaptique : Libération de neurotransmetteurs entraînant une dépolarisation.
Stimulation artificielle
-Hyperpolarisante : Rend la membrane plus négative et éloigne du seuil d’excitation.
-Dépolarisante : Rend la membrane plus positive et peut déclencher un PA.
Dépolarisation (augmentation de l’excitabilité)
Entrée de Na⁺ → rend l’intérieur du neurone moins négatif.
Injection de cations via électrode expérimentale.
Hyperpolarisation (diminution de l’excitabilité)
Sortie de K⁺ → rend l’intérieur plus négatif.
Entrée de Cl⁻ → rend l’intérieur plus négatif.
Injection d’anions via électrode expérimentale.
Stimulation infraliminaire
Inférieure au seuil d’excitabilité, ne déclenche pas de PA.
Stimulation supraliminaire
Supérieure au seuil, déclenche un PA.
Potentiels électrotoniques dépolarisants
Augmentation de Em vers des valeurs positives
Potentiels électrotoniques hyperpolarisants
Diminution de Em vers des valeurs plus négatives
Courbe exponentielle
Le potentiel ne réagit pas immédiatement de manière maximale car la membrane se comporte comme un condensateur qui se charge et se décharge avec un retard par rapport au courant.
Propagation bidirectionnelle
Le signal se propage dans les deux directions à partir du point de stimulation.
Propagation décrémentielle
L’amplitude du potentiel diminue progressivement avec la distance, jusqu’à disparaître et retrouver le potentiel de repos (PR).
Fuite ionique
Les ions fuient par des canaux de fuite toujours ouverts, ce qui réduit progressivement l’intensité du courant électrique.
Résistance axoplasmique
Axone de petit diamètre: résistance forte, ce qui freine la propagation du courant.
Axone de gros diamètre: résistance plus faible, permettant une propagation plus efficace.
Potentiel de plaque motrice
Dépolarisant, déclenche la contraction musculaire.
Potentiel récepteur
Dépolarisant, apparait dans les terminaisons des fibres sensorielles.
Potentiels post-synaptiques
-PPSE (Potentiel Post-Synaptique Excitateur) → dépolarisant.
-PPSI (Potentiel Post-Synaptique Inhibiteur) → hyperpolarisant.
Fibre myélinisée de gros diamètre
Meilleure propagation, favorisant la genèse du PA.
Fibre amyélinisée de petit diamètre
Propagation plus limitée, moins efficace pour déclencher un PA.
Réponse graduée
Les potentiels électrotoniques sont des réponses graduées. Leur amplitude est proportionnelle à l’intensité de la stimulation. Ils ne se propagent pas sur de longues distances → au-delà de 2 ms, ils disparaissent.
PA sodique
PA basé principalement sur l’entrée d’ions Na⁺ (existe aussi un PA mixte Na⁺/Ca²⁺ au niveau du cœur).
Inversion brusque et transitoire de la polarisation membranaire de repos.
Canaux Na⁺ voltage-dépendants: Repos (fermé activable)
Porte d’activation (extracellulaire) fermée.
Porte d’inactivation (intracellulaire) ouverte.
Canaux Na⁺ voltage-dépendants: Ouvert (actif)
Stimulation → ouverture rapide du canal → entrée massive de Na⁺ → dépolarisation.
Canal reste ouvert très brièvement.
Canaux Na⁺ voltage-dépendants: Fermé inactivable
Après ouverture → fermeture de la porte d’inactivation.
Canal ne peut pas se rouvrir immédiatement (période réfractaire).
Canaux K⁺ voltage-dépendants (rectification retardée)
Fermé : au repos, la porte d’activation est fermée.
Ouvert : Stimulation → ouverture lente → sortie de K⁺ → repolarisation. Restent ouverts tant que la membrane n’est pas revenue au repos.
Phase de dépolarisation
Ouverture des canaux Na⁺ → entrée massive de Na⁺.
Phase de repolarisation
Ouverture des canaux K⁺ (retardée) → sortie de K⁺.
Propagation active
Transmission efficace des signaux nerveux sur de longues distances.
Potentiel de repos (-70 mV)
La membrane est polarisée : Face extracellulaire chargée positivement. ; Face intracellulaire chargée négativement.
Maintenu par une pompe Na⁺/K⁺ ATPase → Sort 3 Na⁺ et entre 2 K⁺ et canaux de fuite K⁺ → Maintien du potentiel de repos.
Phase de seuil (-50 mV à -40 mV)
Une stimulation entraîne une dépolarisation.
Si cette dépolarisation atteint le seuil d’excitabilité (-50 mV en moyenne), un PA est déclenché.
Au seuil : Canaux Na⁺ voltage-dépendants commencent à s’ouvrir. Dépolarisation rapide.
Phase de dépolarisation (+40 mV)
Ouverture massive des canaux Na⁺ voltage-dépendants → Entrée massive de Na⁺ dans la cellule.
Inversion de la polarité membranaire : Intérieur devient positif. ; Extérieur devient négatif.
Pic à +40 mV. Canaux Na⁺ se ferment progressivement (inactivation).
Phase de repolarisation (-70 mV, retour au repos)
Ouverture des canaux K⁺ voltage-dépendants (à rectification retardée).
Sortie massive de K⁺ → Retour progressif au potentiel de repos.
Canaux Na⁺ inactivés → Aucun nouvel influx de Na⁺.
Phase d’hyperpolarisation (< -70 mV)
Fermeture lente des canaux K⁺ → Sortie excessive de K⁺.
La membrane atteint des valeurs plus négatives que le PR (undershoot).
Retour au potentiel de repos grâce à : Fermeture des canaux K⁺. ; Pompe Na⁺/K⁺ ATPase → rééquilibrage des concentrations ioniques.
Phase de dépolarisation
Ouverture rapide des canaux Na⁺ voltage-dépendants → Entrée massive de Na⁺.
Le potentiel membranaire devient positif.
Atteint un pic de +40 mV.
Phase de repolarisation
Inactivation des canaux Na⁺ → Empêche une entrée supplémentaire de Na⁺.
Ouverture des canaux K⁺ voltage-dépendants → Sortie massive de K⁺.
Retour progressif vers -70 mV.
Phase d’hyperpolarisation
Fermeture lente des canaux K⁺ → Sortie prolongée de K⁺.
Membrane plus négative que -70 mV (undershoot).
Rétablissement par la pompe Na⁺/K⁺.
Seuil de déclenchement (-50 mV à -40 mV)
Contrairement aux potentiels électrotoniques, les PA ont un seuil d’excitabilité.
Un PA est déclenché si et seulement si le potentiel membranaire dépasse le seuil.
Valeur moyenne du seuil : -50 mV à -40 mV (varie selon les neurones).
Comment atteindre le seuil d’excitabilité ?
-Synapses excitatrices → Neurotransmetteurs provoquent une dépolarisation (PPSE).
-Récepteurs sensoriels → Stimulus sensoriel provoque une dépolarisation initiale.
-Stimulus expérimental → Injection d’un courant dépolarisant supra-liminaire.
-Dépolarisation automatique → Cellules cardiaques capables de se dépolariser seules.
Cycle d’Hodgkin et boucle de rétroaction positive
Une fois le seuil atteint, on déclenche un cycle auto-amplificateur :
-Dépolarisation initiale → Ouverture de quelques canaux Na⁺.
-Entrée de Na⁺ → Augmente la dépolarisation.
-Ouverture d’encore plus de canaux Na⁺ → Amplification de la réponse.
La dépolarisation entraîne encore plus de dépolarisation.
C’est un mécanisme irréversible → PA déclenché quoi qu’il arrive.
Compétition entre Na⁺ et K⁺
Tant que gK⁺ (conductance du K⁺) > gNa⁺ (conductance du Na⁺) → Sortie de K⁺ empêche la dépolarisation.
Si gNa⁺ > gK⁺, alors entrée de Na⁺ prend le dessus → PA déclenché.
Le seuil correspond au moment où gNa⁺ = gK⁺.
Une fois ce seuil dépassé, la boucle de rétroaction positive prend le relais.
Toute stimulation dépassant le seuil entraîne obligatoirement un PA.
Loi du tout ou rien
Si le seuil (-50 mV) est atteint, le PA est déclenché avec une amplitude maximale.
Intensité de la stimulation codée en fréquence de PA, pas en amplitude.
Période réfractaire absolue (PRA)
Aucun PA possible (canaux Na+ inactivés).
Période réfractaire relative (PRR)
Un PA est possible avec une stimulation plus forte (canaux K+ encore ouverts).
Fibres amyéliniques
PA se propage de proche en proche → lent (fibres nociceptives).
Fibres myélinisées
PA saute de nœud de Ranvier en nœud de Ranvier (conduction saltatoire) → rapide (jusqu’à 120 m/s).
Quels sont les facteurs influençant la vitesse de conduction?
-Présence de myéline : Accélère la propagation (conduction saltatoire).
-Diamètre de l’axone : Plus il est grand, plus la conduction est rapide.
Synapse
Zone de contact fonctionnelle entre un neurone et une autre cellule.
Rôle des synapses
Convertir l’influx nerveux (fréquence de potentiels d’action, PA) de l’élément pré-synaptique vers l’élément post-synaptique.
Synapses chimiques (majoritaires)
Utilisent des neurotransmetteurs pour transmettre l’information.
Composées de trois parties (Partie pré-synaptique; Fente synaptique ; Partie post-synaptique)
Présence de vésicules synaptiques contenant des neurotransmetteurs dans la terminaison pré-synaptique.
Partie pré-synaptique
Cellule émettrice du signal
Fente synaptique
Espace entre les deux cellules émettant le signal (plus ou moins large selon le type de synapse).
Partie post-synaptique
Cellule recevant l’information.
Synapses électriques (minoritaires)
Transmission instantanée et bidirectionnelle de l’information par jonctions gap.
Période réfractaire
Délai synaptique d’environ 1 ms.
Exocytose des neurotransmetteurs
Mécanisme calcium-dépendant (nécessite une libération de Ca²⁺).
Étapes du processus (synapse chimique)
1-Propagation du potentiel d’action (PA) dans l’élément pré-synaptique
2-Ouverture des canaux Ca²⁺ voltage-dépendants
3-Fusion des vésicules synaptiques avec la membrane pré-synaptique
4-Fixation des neurotransmetteurs aux récepteurs post-synaptiques
5-Ouverture des canaux ioniques et variation du potentiel de membrane
Propagation du potentiel d’action (PA) dans l’élément pré-synaptique
Fréquence des PA dépendant de l’intensité du stimulus.
Ouverture des canaux Ca²⁺ voltage-dépendants
La dépolarisation entraîne l’ouverture des canaux calciques.
Entrée de Ca²⁺ dans la terminaison pré-synaptique.
Fusion des vésicules synaptiques avec la membrane pré-synaptique
Libération des neurotransmetteurs dans la fente synaptique par exocytose.
Libération quantique des neurotransmetteurs : libération en faible quantité à chaque PA.
Fixation des neurotransmetteurs aux récepteurs post-synaptiques
Récepteurs généralement ionotropiques (canaux ioniques dépendants des neurotransmetteurs).
Ouverture des canaux ioniques et variation du potentiel de membrane
Passage des ions à travers la membrane post-synaptique.
Potentiel post-synaptique (PPS)
Variation de potentiel provoquée par le mouvement des ions.
PPS
Potentiel électrotonique (non propagé comme un PA).
Synapses excitatrices
Principaux neurotransmetteurs : acétylcholine (ACh) et glutamate.
Synapses inhibitrices
Principaux neurotransmetteurs : GABA et glycine.
Récepteurs ionotropiques (canaux ioniques)
S’ouvrent directement lorsqu’un neurotransmetteur s’y fixe, permettant le passage des ions.
Exemple: Récepteur nicotinique de l’acétylcholine.
Récepteurs métabotropiques
Modulent indirectement l’activité des canaux ioniques via des protéines G.
Permettent une régulation plus fine de la transmission synaptique.
Potentiels Post-Synaptiques (PPS)
Transformation du signal chimique (libération de neurotransmetteurs) en signal électrique (modification du potentiel membranaire).
Fixation des neurotransmetteurs sur les récepteurs post-synaptiques entraîne une modification du potentiel membranaire de repos.
Potentiels Post-Synaptiques Excitateurs (PPSE)
Dépolarisation de la membrane post-synaptique → augmentation de l’excitabilité.
Entrée d’ions sodium (Na⁺) → intérieur de la cellule devient moins négatif.
Se rapproche du seuil de déclenchement du PA.
Trop faibles pour atteindre le cône d’émergence seuls.
Potentiels Post-Synaptiques Inhibiteurs (PPSI)
Hyperpolarisation de la membrane post-synaptique → diminution de l’excitabilité.
Potentiels électrotoniques hyperpolarisants.
Mécanismes: Entrée d’ions Cl⁻ → accumulation de charges négatives. ; Sortie excessive de K⁺ → perte de charges positives.
Éloignent le potentiel membranaire du seuil du potentiel d’action (PA).
Facteurs influençant l’amplitude des PPS
-Niveau d’activation du neurone pré-synaptique.
-Influx de Ca²⁺ dans la terminaison pré-synaptique.
-Quantité de neurotransmetteurs libérés.
-Nombre de récepteurs post-synaptiques occupés.
-Échanges ioniques à travers la membrane post-synaptique.
Organisation des Synapses Centrales
La majorité des synapses centrales sont axodendritiques (établies sur les dendrites ou le corps cellulaire).
Un neurone reçoit des milliers de PPSE et de PPSI.
Les potentiels électrotoniques se propagent de manière décrémentielle sur de courtes distances.
Pour qu’un PPSE ou un PPSI atteigne le cône d’émergence, il doit avoir une amplitude suffisante.
Sommation Temporelle des PPS
Addition de PPS successifs issus du fonctionnement d’une même synapse.
Un neurone active des PA avec une fréquence et non un seul seuil.
Pour qu’il y ait addition des PPSE, ils doivent se succéder rapidement : Si le 2ème PPSE arrive trop tard, il ne s’additionne pas avec le 1er. Si le 2ème PPSE arrive pendant le 1er, ils s’additionnent et augmentent la probabilité d’atteindre le seuil du PA.
Sommation Spatiale des PPS
Addition de PPS générés simultanément au niveau de différentes synapses.
Deux cas possibles : Si on stimule deux synapses à des moments différents, le 1ᵉʳ PPSE apparaît puis la membrane revient au repos avant que le 2ᵉ PPSE n’arrive → pas de sommation. ; Si deux PPSE sont déclenchés en même temps, ils s’additionnent et peuvent atteindre le seuil du PA.
Intégration au Cône d’Émergence
Après intégration synaptique, un PPS global apparaît au niveau du cône d’émergence.
Un PA est déclenché si la somme des PPSE et des PPSI atteint le seuil.
Si la somme < seuil → pas de PA.
Les sommations spatiale et temporelle se combinent pour produire un PPS global sur la membrane du segment initial.
Amplitude des PPS
Dépend de:
-Niveau d’activation du neurone pré-synaptique.
-Quantité de neurotransmetteurs libérés.
-Nombre de récepteurs post-synaptiques occupés.
