Membrane au repos et Potentiel d'action - Chapitres 3-4

Question 1

Quelles sont les deux fonctions des protéines de la membrane neuronale qui permettent d’établir et de maintenir le potentiel de la membrane au repos?

Answer 1

1. Voies de passage sélectif que les ions utilisent pour traverser la membrane.
2. générer un potentiel d’action qui permet la transmission d’information le long de l’axone et d’un neurone à l’autre.

Question 2

De quel côté de la membrane les ions K+ sont-ils les plus abondants?

Answer 2

Les ions de potassium sont plus nombreux dans le cytoplasme lorsque le neurone est au repos.

Question 3

Lorsque la membrane est au potentiel d’équilibre du potassium, dans quelle direction (vers l’intérieur ou l’extérieur) se fait le mouvement des ions K+?

Answer 3

Dans aucune direction car les forces se balancent. En fait, comme il y a équilibre, il n’y a pas plus d’entrée que de sortie d’ions K+.

Question 4

La concentration des ions K+ est beaucoup plus forte à l’intérieur de la cellule qu’à l’extérieur. Dans ces conditions, pourquoi le potentiel de la membrane au repos est-il négatif?

Answer 4

On dit que le potentiel de la membrane au repos est négatif car comme la concentration de K+ est plus forte à l’intérieur, ça va faire en sorte que la force chimique va pousser des ions K+ à l’extérieur de la cellule et la force électrique va attirer des ions K+ à l’intérieur (lorsqu’une grande quantité d’ions sera sortie de la cellule). À un certain point on atteint l’équilibre. Comme les K+ sont attirés vers l’intérieur, il y a une couche positive le long de la membrane externe, ce qui entraîne une couche négative le long de la membrane interne, car les deux s’attirent.

A l’état basal, l’intérieur des neurones présente un potentiel négatif, le potentiel de repos de la membrane. Il est mesurable au moyen de deux microélectrodes, l’une insérée dans le cytosol de la cellule, l’autre en dehors de la cellule. La face interne de la membrane du neurone est négative par rapport à l’extérieur. La différence de potentiel entre les deux faces de la membrane dépend du type de neurone; il est généralement d’environ -65 mV.

Cette différence de potentiel électrique s’explique par les flux ioniques transmembranaires eux-mêmes liés à deux mécanismes:

la différence de concentration de certains ions de part et d’autre de la membrane (ou gradient de concentration) et, la perméabilité sélective des membranes cellulaires à certains ions.

Question 5

Lorsque le cerveau est privé d’oxygène, les mitochondries présentes à l’intérieur du neurone cessent de produire de l’ATP. Quel effet cela peut-il avoir sur le potentiel de la membrane? Pourquoi?

Answer 5

Il n’y a plus d’énergie pour alimenter l’activité des pompes. Ni pour nourrir l’ensemble des cellules du cerveau.

Question 6

Qu’est-ce qu’une membrane excitable? Qu’est-ce qui fait qu’une cellule est dite au repos?

Answer 6

Toute membrane susceptible de générer des potentiels d’action. La membrane des axones et des cellules musculaires est excitable.

Quand sa membrane ne génère pas d’impulsions.

Question 7

Qu’est-ce que le potentiel de repos? Et quel est le potentiel de repos du neurone?

Answer 7

Potentiel de la membrane quand la cellule ne génère pas de potentiel d’action. Le potentiel de membrane des neurones au repos est d’environ -65mV.

Question 8

Qu’est-ce que le potentiel d’action?

Answer 8

Brève fluctuation du potentiel de membrane provoquée par l’ouverture et la fermeture de canaux ioniques. Les potentiels d’action se propagent comme une vague le long des axones pour transmettre l’information d’un endroit à l’autre du système nerveux. La face interne devient donc positive par rapport à la face externe soudainement et transitoirement.

Question 9

Quels sont les 3 acteurs qui interviennent pour contrôler le potentiel de la membrane au repos?

Answer 9

1. Les milieux salés de part et d’autre de la membrane
2. La membrane
3. Les protéines incorporées dans la membrane et qui la traversent

Question 10

Qu’est-ce qu’une molécule polaire?

Answer 10

C’est une molécule dont les charges électriques sont
réparties asymétriquement/inégale, comme l’H2O.

H2 = ++
O = -

Question 11

Qu’est-ce qu’un ion?

Answer 11

Un ion est un atome ou une molécule portant une charge électrique, parce que son nombre d’électrons est différent de son nombre de protons. On distingue deux grandes catégories d’ions : les cations, chargés positivement, et les anions, chargés négativement.

Question 12

Que signifient les termes suivants :

cations, anions, monovalent et divalent

Answer 12

cations : ion chargé positivement
anions : ion chargé négativement

La charge électrique d’un atome dépend de la différence entre le nombre de protons et d’électrons. Quand la différence est de 1, on dit : monovalent (Na+, sodium) ; quand la différence est de 2, on dit : divalent (Ca2+, calcium)

Question 13

Quelles sont les substances qui se dissolvent dans l’eau et pourquoi?

Answer 13

Les substances (ions et molécules polaires) présentant des charges électriques vont se dissoudre dans l’eau à cause de la polarité de la molécule d’eau.

Question 14

Que signifie le terme hydrophobe et quel serait un exemple?

Answer 14

Une substance qui ne se dissout pas dans l’eau, pas d’affinité pour l’eau.

De l’huile. Les lipides.

Question 15

Quels sont les principaux constituants des membranes cellulaires?

Answer 15

Une bicouche de phospholipides.

Question 16

Qu’est-ce qu’un canal ionique et de quoi se compose-t-il?

Answer 16

C’est une protéine transmembranaire (qui se situe dans la membrane) qui forme un pore, permettant le passage des ions d’un côté de la membrane à l’autre.

Les protéines ayant une structure quaternaire = polymère.

Question 17

Que signifie les termes “voltage dépendant” lorsqu’on parle des canaux ioniques?

Answer 17

Ce sont les canaux “voltage dépendant”. Ces canaux vont “attendre” qu’un certain voltage transmembranaire qui leur est spécifique ait été atteint avant de s’ouvrir.

Ce sont les canaux qui sont voltage dépendants.

Question 18

Que signifie les termes “chimio dépendant” lorsqu’on parle des ions qui passent à travers la membrane via un canal?

Answer 18

Les ions passent à travers la membrane via le canal. Le canal ouvre ou ferme selon la charge électrique du neurone. Les ions sont chimio-dépendants, donc ils peuvent passer par les canaux perméables à certains ions particuliers.

Question 19

Qu’est-ce que le potentiel d’équilibre?

Answer 19

Lorsqu’il y a un équilibre entre le nombre d’ions du même genre de part et d’autre de la membre de la cellule.

Quand les forces sont en équilibre.

force chimique qui pousse dehors est = à la force électrique qui pousse à l’intérieur

Question 20

Qu’est-ce que la diffusion?

Answer 20

C’est le mouvement d’ions, depuis les régions de fortes concentration vers les régions de plus faible concentration.

Question 21

Qu’est-ce qu’un gradient de concentration?

Answer 21

La différence entre les concentrations.

Question 22

Qu’est-ce que ça prend pour que la diffusion des ions à travers la membrane se produise?

Answer 22

1. L’existence de canaux perméables aux ions

2. La présence d’un gradient de concentration

Question 23

Potentiel (charge) électrique

Écart des polarités

Answer 23

La différence de potentiel électrique.
Exemple : la différence de potentiel électrique entre les deux bornes d’une batterie de voiture est de 12 volts, c’-à-d que le potentiel électrique d’une borne est plus positif de 12 volts que celui de l’autre.

Question 24

Comment peut-on définir la résistance et la conductance des ions dans une cellule?

Answer 24

Résistance (membrane)

Conductance (canaux)

Question 25

Comment peut-on définir la résistance et la conductance des ions dans une cellule?

Answer 25

Résistance (membrane) : calcule la difficulté que rencontre une charge électrique pour se déplacer

Conductance (canaux) : mesure la capacité de passage de la charge électrique d’un point à un autre. Elle dépend du nbr de particules disponibles pour transporter la charge électrique et de la faculté de ces particules à se déplacer dans l’espace.

Question 26

Qu’arrive-t-il si une membrane ne contient pas de canaux et que la solution interne de la cellule est concentré d’ions K+ et A- et que la solution externe est 20X plus diluée, mais contient le même type d’ions?

Answer 26

Même s’il y a un gradient de concentration important entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule, il n’y aura pas de déplacement des ions, car il n’y a pas de canaux.

Le potentiel d’équilibre est de 0 mV, car on ne peut enregistrer de différence de potentiel.

Question 27

Si dans une même situation (solution interne de la cellule est concentré d’ions K+ et A- et que la solution externe est 20X plus diluée), mais maintenant avec des canaux potassiques, qu’est-ce qui se passerait?

Answer 27

Les ions K+ auraient tendance à se diriger vers l’extérieur de la cellule, selon le gradient de concentration qui est plus grand à l’intérieur et qui entraîne une diffusion des ions. L’intérieur de la cellule deviendrait donc plus négative, car il y aurait beaucoup plus de A- que de K+. Il y aurait donc une différence de potentiel. La force électrique tend alors à maintenir les ions K+ à l’intérieur de la cellule. Quand une certaine différence de potentiel est atteinte, la force électrique qui ramène les ions K+ à l’intérieur équilibre la force de diffusion qui les pousse à l’extérieur.

Question 28

Il y a deux forces qui peuvent jouer dans le déplacement des ions, quelles sont-elles?

Answer 28

Chimiques : + concentré au - concentré

Électrique : + attiré par le moins et vice versa

Question 29

Dans quel cas y a-t-il une interaction de type électrostatique entre l’intérieur et l’extérieur d’une cellule?

Answer 29

1. Lorsqu’il n’y a pas de canaux, les ions + ont tendance à se coller sur la membrane (externe) et les ions - à se coller sur la membre (interne) car ils sont attirés les uns aux autres.
2. Lorsque le côté interne ou externe de la cellule est plus concentré (positivement ou négativement) que l’autre côté et qu’un canal perméable à une seule molécule/ion se trouve sur la membrane.

Question 30

En connaissant la charge électrique d’un ion et la différence de concentration entre les deux côtés de la membrane, il est possible de déduire que l’intérieur de la cellule sera positif ou négatif au point d’équilibre. Quels seraient des exemples de cette situation?

Answer 30

1. Si l’intérieur de la cellule contient bcp plus de K+ et de A- que l’extérieur et qu’un canal perméable au K+ s’ouvre, au potentiel d’équilibre, l’intérieur serait négatif.
2. Si à l’extérieur de la cellule il y a plus de Na+ qu’à l’intérieur et qu’il y a des ions A- de part et d’autre de la cellule dans une proportion égale, lorsqu’on ouvre le canal sodique (Na+), au potentiel membranaire à l’équilibre serait positif à l’intérieur.

Question 31

Quel est le ratio du potassium entre l’extérieur et l’intérieur de la cellule? Et quel est le potentiel d’équilibre du potassium dans le neurone?

Answer 31

1: 20

- 80 mV : le potassium ne bouge plus, car les deux forces sont en équilibre

Question 32

Quel est le potentiel de repos du neurone?

Answer 32

Le potentiel de membrane des neurones au repos est d’environ -65mV.

Question 33

Quel est le ratio du sodium entre l’extérieur et l’intérieur de la cellule? Et quel est le potentiel d’équilibre du sodium dans le neurone?

Answer 33

10:1

62 mV : le sodium ne bouge plus, car les deux forces sont en équilibre

Question 34

Le potentiel de la membrane neuronale dépend de quoi?

Answer 34

de la concentration ionique de part et d’autre de la membrane.

Question 35

Quel est le rôle de la pompe sodium-potassium et comment son processus fonctionne?

Answer 35

La pompe s-p est une enzyme qui hydrolyse de l’ATP quand il y a des ions Na+ dans la cellule. L’énergie qui est libérée par cette réaction actionne la pompe qui échange des Na+ internes pour des K+ externes.

Cette activité maintient la concentration de potassium à l’intérieur du neurones et celle du sodium à l’extérieur.

Ce processus se fait contre le gradient de concentration et nécessite un grand apport d’énergie.

Ces pompes fonctionnent continuellement et contribuent à l’équilibre

Question 36

Que représente Eion?

Answer 36

Représente le potentiel de membrane qui serait effectivement atteint (à la température du corps) si la membrane était sélectivement perméable à cet ion.

Question 37

Quel est le rôle de la pompe calcium et comment son processus fonctionne?

Answer 37

La pompe calcium est une enzyme qui transporte activement les ions Ca2+ en dehors du cytoplasme. Cela réduit la concentration intracellulaire de calcium ionisé.

Question 38

Quand considère-t-on que le neurone est en potentiel de repos?

Answer 38

Repos : lorsqu’il n’y a pas de signal

Question 39

Expliquer le processus du potentiel d’action membranaire avec les ions K+ et Na+.

Answer 39

Au repos, le potentiel de membrane se situe à -65 mV. Lorsque le potentiel d’action se déclenche (électriquement), il y a dépolarisation, les canaux Na+ s’ouvrent et les ions Na+ entrent dans la cellule. Cela fait que la concentration entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule diminue. La force chimique, par l’entremise des canaux, entraîne les ions de la zone la plus concentrée à la moins concentrée, selon le gradient de concentration. Ça tend donc à équilibrer les concentrations des ions de part et d’autre de la cellule. Ça va conduire à l’inversion de la polarité à l’intérieur de la cellule qui sera désormais plus positive qu’à l’extérieur (dépassement).

Ensuite, pendant la repolarisation (phase descendante), les canaux K+ s’ouvrent et ceux Na+ se ferment, ce qui fait que les ions K+ sortent de la cellule. L’intérieur de la cellule va donc se charger négativement.

En même temps que des ions K+ sortent de la cellule par la force chimique, des ions K+ sont aussi attirés à l’intérieur par la force électrique. Éventuellement, on atteint l’équilibre lorsque les deux forces sont en équilibres, ce qui nous amène au potentiel d’équilibre du potassium qui se situe à -80 mV et qui est plus bas que le potentiel de repos.

Lors de la phase post-hyperpolarisation de la membrane, le potentiel sera de retour au repos grâce à la pompe sodium-potassium qui transfèrera des ions de part et d’autre pour équilibrer le potentiel.

Question 40

Est-ce que le potentiel d’action se fait partout dans le neurone en même temps?

Answer 40

Le potentiel d’action se passe à travers la membre à un moment donné, à un endroit donné.

Le potentiel d’action se fait en une mili-seconde. Le potentiel d’action ne se produit pas tout en même temps dans le neurone, c’est dans un endroit particulier et microscopique, il n’est pas ailleurs dans le neurone.

Question 41

Qu’est-ce qui arrive si on maintient le courant électrique injecté dans un neurone?

Answer 41

Même si on maintient le courant électrique, la polarisation-dépolarisation se fait de façon sporadique

Question 42

De quelle façon peut-on mesurer le potentiel de la membrane?

Answer 42

En introduisant une microélectrode dans la cellule et un voltmètre à l’extérieur de la cellule, on peut déterminer la différence de potentiel en mV.

Question 43

Quel outil permet d’étudier les potentiels d’action?

Answer 43

Un oscilloscope. Celui-ci enregistre les variations du voltage dans le temps.

Question 44

Expliquer les différentes phases du potentiel d’action de la membrane du neurone.

Answer 44

La membrane est au potentiel de repos, soit à -65 mV. Les canaux sont fermés.

Phase 1 - Phase ascendante : Rapide dépolarisation de la membrane. Les canaux à sodium s’ouvrent.

Phase 2 - Dépassement (overshoot) : La modification du potentiel membranaire se poursuit jusqu’à un pic de +40 mV. À ce moment, l’intérieur est positif par rapport à l’extérieur.

Phase 3 - Phase descendante : rapide repolarisation de la membrane. Valeurs plus négatives que celles du potentielle de repos. Les canaux à sodium se ferment et les canaux à potassium s’ouvrent.

Phase 4 - Post-hyperpolarisation (undershoot) : retour au potentiel de repos.

Le potentiel d’action dure environ 2 millièmes de seconde (ms).

Question 45

Quand le potentiel d’action se déclenche?

Answer 45

Lorsqu’un autre neurone envoie un signal, ça peut déclencher le potentiel d’action. Il y a un phénomène électrique qui naît à la suite d’une stimulation électrique de la cellule.

Si la dépolarisation d’une cellule atteint un niveau critique. Le niveau critique est ce qu’on appelle le seuil.

Lorsque la dépolarisation de la membrane dépasse le seuil, elle génère les potentiels d’action.

Dans les neurones, la dépolarisation est causée par l’entrée Na+ dans la cellule, à travers les canaux, dont l’ouverture est contrôlée par des neurotransmetteurs libérés par d’autres neurones.

Question 46

Qu’arrive-t-il si un courant est injecté de façon continue dans un neurone à travers une microélectrode?

Answer 46

Ce n’est pas un, mais une série de potentiels d’action qui est déclenchée. La fréquence de décharge des potentiels d’action reflète l’amplitude du courant dépolarisant.

Donc, plus le courant est élevé, plus la cadence augmente.

Question 47

Quelle est la durée du potentiel d’action?

Answer 47

1 millième de seconde

Question 48

Quels ions passent à quel moment pendant le potentiel d’action d’un neurone?

Answer 48

Dans la phase ascendante, il y a une entrée du sodium, les canaux s’ouvre. Éventuellement les canaux se ferment (c’est très court) et ceux du potassium s’ouvrent.

Comme c’est court, le sodium n’arrive pas à atteindre son potentiel d’action. C’est donc une dépolarisation très rapide. Les valeurs maximales sont autour de 40-42mV.

Potentiel de repos peut être atteint, car les canaux sont ouverts longtemps (potassium)

Question 49

Expliquer le potentiel d’équilibre du potassium K+

Answer 49

Le potentiel d’équilibre du potassium se situe à -80 mV.

Au départ, les canaux ioniques sont fermés. Si les canaux potassiques de la membrane s’ouvrent, le K+ commencera à descendre son gradient de concentration et à sortir de la cellule. Chaque fois qu’un ion K+ quitte la cellule, l’intérieur de la cellule perd une charge positive. Pour cette raison, un léger excès de charge positive s’accumule à l’extérieur de la membrane cellulaire et un léger excès de charge négative s’accumule à l’intérieur. C’est-à-dire que l’intérieur de la cellule devient négatif par rapport à l’extérieur, créant une différence de potentiel électrique à travers la membrane.

Ça va donc entraîner une dépolarisation, ce qui veut dire que le potentiel membranaire va devenir plus positif qu’il est au potentiel de repos (au lieu d’être à -65 mV, il se rendra jusqu’à 40 = point de dépassement).

À ce moment, il y aura une phase descendante pendant laquelle une force électrique va attirer les ions K+ à l’intérieur de la cellule. Le potentiel d’équilibre de K+ est de -80 mV, ce qui veut dire qu’à ce point la membrane est en hyperpolarisation et qu’il n’y a pas une plus grande entrée d’ions K+ que d’ions K+ qui sortent et donc la concentration est équilibrée de part et d’autre de la membrane.

Question 50

Expliquer le potentiel d’équilibre du sodium Na+

Answer 50

Les ions Na+ sont généralement plus présents à l’extérieur de la cellule qu’à l’intérieur ce qui fait que si des canaux sodiques s’ouvrent, les ions Na+ vont se diriger à l’intérieur de la cellule, selon le gradient de concentration. Cela rendra l’intérieur de la cellule plus positive par rapport à l’extérieur de la cellule. Au point de dépassement, une force électrique va attirer les ions Na+ à l’extérieur de la cellule est c’est à +62 mV que les forces seront en équilibre.

Question 51

Pourquoi dit-on canal voltage-dépendant?

Answer 51

Car ce sont les charges dans le neurone qui poussent à ouvrir le canal.

Question 52

Quelle est la structure du canal sodique?

Answer 52

Un canal est une structure quaternaire.
Comporte 4 domaines qui eux sont formés par 6 hélices (S1 à S6) transmembranaires. Entre chaque domaine se trouve un pore. Le port est fermé jusqu’à ce qu’il y ait dépolarisation jusqu’au seuil, ce qui permet le passage des Na+ à travers le pore.

La boucle se situant entre S5 et S6 est polarisée, ce qui a pour effet de repoussé la 5e molécules. Modifications structurale et ça ouvre la porte.

Question 53

Quel est le seuil de dépolarisation permettant d’ouvrir les canaux sodiques?

Answer 53

-40 mV

Question 54

Qu’arrive-t-il à un pore si on envoie un courant constant (par la méthode du patch-clamp) qui modifie le potentiel membranaire l’amenant jusqu’au seuil de -40 mV?

Answer 54

Même si le courant est constant, le pore (canal) ne s’ouvrira que de façon temporaire.

L’ouverture du pore se fait rapidement.

Question 55

À quel moment les canaux potassiques s’ouvrent?

Answer 55

Lorsqu’il y a dépolarisation de la membrane, suite à l’ouverture des canaux sodiques.

Question 56

Qu’est-ce qui fait que le potentiel d’action se propage dans une seule direction seulement?

Answer 56

Lorsque le PA a un endroit, la membrane située juste derrière est devenue réfractaire, à cause de l’inactivation des canaux sodiques.

Pendant le PA à un endroit donné, le potentiel fini par atteindre -80 mV en phase d’hyperpolarisation prolongé. C’est donc plus facile de se rendre à -65 mV pour se rendre à -40 mV que de passer par -80 mV. C’est moins facile à dépolariser. Donc c’est pourquoi le potentiel se déplace dans une seule direction.

Question 57

Qu’est-ce qui fait que le potentiel d’action se propage le long de l’axone?

Answer 57

Quand l’axone est suffisamment dépolarisé pour atteindre le seuil (-40 mV), les canaux sodiques dépendants du potentiel s’ouvrent et le potentiel d’action est initié.

L’afflux de charge positive dépolarise le segment de la membrane situé juste devant, jusqu’à ce qu’il atteigne le seuil à son tour et génère son propre potentiel d’action.

Question 58

Qu’est-ce qui fait que la vitesse de conduction du potentiel d’action augmente le long de l’axone? (exemple du tuyau percé, l’eau peut s’écouler à 2 endroits)

Answer 58

1. Plus le diamètre de l’axone est grand, plus la vitesse sera grande.
2. Moins il y a de canaux ouverts, plus la vitesse de conduction sera grande, car le PA peut se propager le long de l’axone plutôt que d’entrer dans la membrane.
3. En isolant l’axone d’une gaine de myéline ce qui empêche les “fuites”.

Question 59

Qu’est-ce que la conduction Saltatoire?

Answer 59

C’est la conduction du PA le long d’un axone myélinisé.

Question 60

Décrivez la façon dont est structuré un axone ayant une gaine de myéline.

Answer 60

La gaine de myéline entoure (isole) l’axone, mais pas de façon continue. Ces interruptions se nomment “noeuds de ranvier”. La concentration de canaux sodiques est très grand au niveau de ces noeuds. C’est à ces endroits que le PA est produit. Dans les axones myélinisés, le PA saute d’un noeud à l’autre.

Question 61

Seules les membranes qui contiennent une protéine spécifique sont capables de générer des potentiels d’action. Quelle est cette protéine et dans quelle région du neurone se trouve ce type de membrane?

Answer 61

Le sodium.

Dans l’axone.

Question 62

Qu’est-ce que la zone d’initiation de l’influx nerveux?

Answer 62

C’est la partie de la membrane neuronale, caractérisée par une densité élevée de canaux ioniques dépendants du potentiel, où les potentiels d’action sont généralement évoqués, en général le “cône axonique”.