Potentiel membranaire Flashcards
Expliquer pourquoi le potentiel membranaire de repos n’est pas un potentiel de Nernst pour le potassium.
Le potentiel membranaire dépend des concentrations des ions les plus perméants et de leur perméabilité membranaire relative. (Im=IK+INa+ICl)
Comme les principaux ions perméants sont le K+ et le Na+, Vm peut, dans des conditions physiologiques théoriquement varier entre EK et ENa, qui sont les 2 valeurs extrêmes de potentiel membranaire.
Dans la plupart des cellules, le potentiel de repos dépend principalement de PK qui est 100x > PNa, c’est pourquoi Vm est proche de EK. Mais, la perméabilité prédominante du K+ n’est pas exclusive, ce qui éloigne Vm de EK.
Pour des valeurs de [K+]ext>10mM, la courbe suit parfaitement la relation de Nernst pour le K+, la membrane se comporte comme étant uniquement perméable au K+ et les valeurs de Vm correspondent au potentiel d’équilibre du K+.
Pour des valeurs de [K+]ext<10mM, la courbe s’écarte de la relation de Nernst pour le K+ et les valeurs de Vm ne correspondent pas au potentiel d’équilibre du K+ (même si elles en sont proches)
Dans les conditions physiologiques ou [K+]ext = 4 à 5 mM, la membrane au repos présente une perméabilité prédominante mais non exclusive au K+ (perméabilité à d’autres ions dont le Na+, Cl- et Ca2+.
Expliquer pourquoi le potentiel de repos du globule rouge est de -10 mV càd une valeur nettement supérieure à celle mesurée au niveau des autres cellules.
Le potentiel membranaire dépend des concentrations des ions les plus perméants et de leur perméabilité membranaire relative. Dans des conditions physiologiques, où les ions perméants prédominants sont le Na+, K+ et le Cl-, le potentiel membrane se mesure grâce à l’équation de GHK qui prend la forme de :
Vm = (R.T)/F . ln ((PNa.[Na]ext+PK.[K]ext+PCl.[Cl]int) / (PNa.[Na]int+PK.[K]int+PCl.[Cl]ext)
- Vm= -10mV
- [Cl]int = 80 mM
- [Cl]ext=110 mM
- donc ECl =-9mV
- La DF= (Vm-ECl) = -1O -(-9) = -1 mV (environ 0 mV)
Au niveau de la membrane des globules rouges, PCl est nettement prédominante par rapport à PK et PNa et l’équation du potentiel de GHK devient la relation de Nernst pour le Cl-.
VCl = - (R.T)/F. ln([Cl]ext /[Cl]int) = - 61,5. log ([Cl]ext /[Cl]int)
Ainsi, le potentiel de repos du GR est quasi égal au potentiel d’équilibre du Cl-, soit -10mV.
Expliquer pourquoi le potentiel membranaire de repos n’est pas un potentiel d’équilibre électrochimique
Le potentiel de repos est un potentiel de diffusion qui résulte de l’asymétrie de concentrations des différents ions perméants et qui reste stable grâce à l’activité de la Na+,K+-ATPase.
Il ne s’agit pas d’un potentiel d’équilibre électrochimique, le potentiel s’annule à l’équilibre lors les gradients ioniques se sont dissipés, mais est un potentiel stationnaire dont la stabilité dépend de la stabilité des gradients ioniques et nécessite l’utilisation permanente d’énergie.
Expliquer le rôle de la Na+,K+-ATPase. dans la génération et le maintien du potentiel membranaire de repos.
La stabilité du potentiel de repos est assurée par la Na+,K+-ATPase qui contribue de 2 manières à la valeur de Vm :
principalement, de manière indirecte : elle établit et maintient les gradients ioniques transmembranaires asymétriques.
minoritairement, de manière directe : la pompe est électrogénique et participe pour ± 5mV au potentiel membranaire.
La stabilité du potentiel de repos est assurée par la Na+,K+-ATPase qui assure la stabilité des gradients ioniques de Na+ et K+ (principaux ions perméants). La Na+,K+-ATPase est la «pompe» du modèle pompe-fuite, elle compense les fuites passives de gradients de concentrations ioniques par une compensation active.
Une cellule eucaryote est incubée, à 37°C, en présence d’ouabaïne 1mM. Expliquer l’effet de l’ouabaïne sur le potentiel membranaire de repos, en vous aidant d’un schéma
L’ouabaïne inhibe la Na+K+-ATPase –> effets sur Vm
- effet rapide et direct : réduction de ± 5mV
- effet lent et indirect : dissipation progressive des gradients ioniques
Expliquer pourquoi de faibles variations de la kaliémie peuvent avoir des conséquences cliniques majeures.
2% du pool de K+ est extracellulaire ainsi une variation du pool de K+ extracellulaire influence fortement la kaliémie et modifie le potentiel de repos qui dépend étroitement du rapport [K]ext/[K]int.
(rappel : le potentiel de membrane est proche de EK car PK est prédominante).
Des variations inappropriées de potentiel membranaires peuvent voir des conséquences cliniques majeures au niveau des cellules excitables et en particulier au niveau des cellules musculaires cardiaques, pouvant entrainer des arythmies fatales.
Expliquer l’effet d’une hypokaliémie aigüe sur le volume cellulaire et en particulier sur le volume des cellules cérébrales.
La tonicité plasmatique est très majoritairement (et quasi exclusivement) conditionnée par la natrémie (le Na + et les anions qui l’accompagnent conditionnent > 90% de la tonicité du plasma)
La kaliémie normale se situe entre 3,5 et 4,5 à 5 mEq/l et n’intervient quasi pas dans la tonicité plasmatique.
Le K + est majoritairement intracellulaire où sa quantité reste très stable (sauf si déplétion potassique importante)
Une hypokaliémie aigue même sévère à 2 mEq/l, ce qui ne représente qu’une diminution d’à peine 1,5 à 2 mEq/l, soit 1,5 à 2 mosm/l:
- ne s’accompagne pas d’une diminution de la quantité de K+ intracellulaire.
- n’influence pas la tonicité plasmatique
- n’entraîne pas de mouvements liquidiens entre compartiments
- pas d’effet sur le volume cellulaire
- volume des cellules cérébrales inchangé
NB: l’hypokaliémie même sévère ne modifie pas l’activité de Na/K ATPase, PKrestant suffisamment élevée (cf Km(K) de la Na/K ATPase de 1,5 à 2mM)
Dessiner le modèle électrique de la membrane en considérant les 3 ions principaux (Na+,K+ et Cl-) et expliquer brièvement chaque composant du modèle.
Le modèle électrique de la membrane, basé sur la loi d’Ohm, permet de déterminer Vm.
Il considère pour chaque ion perméant :
- le gradient ionique comme une pile dont la FEM est égale au potentiel d’équilibre de l’ion considéré
- le canal ionique comme une conductance ohmique variable (g), traduisant la perméabilité ionique membranaire.
La pile et la conductance sont placés en série et les différents types de canaux en //.
L’orientation de chaque pile (Ei) correspond à la direction des charges positives entrainées par le gradient de concentration:
- pour le K+, si [K]int= 120 mM et [K]ext= 5mM alors EK= -85mV à 37°C et le gradient de concentration fait sortir K+ : pôle positif de la pile à l’extérieur
- pour le Na+, si [Na]int= 14 mM et [Na]ext= 140mM alors ENa= +61,5mV à 37°C et le gradient de concentration fait entrer Na+ : pôle positif de la pile à l’intérieur
- pour le Cl-, si [Cl]int= 30 mM et [Cl]ext= 100mM alors ECl= -85mV à 37°C et le gradient de concentration fait sortir Cl- : pôle positif de la pile à l’extérieur
Indiquer la formule permettant de calculer le potentiel membranaire de repos (Vm) en vous basant sur le modèle électrique de la membrane et en considérant les 3 ions principaux ( Na+,K+ et Cl-).
Citer et donner les unités des différents composants de cette formule.
Expliquer comme cette formule est établie et comment elle permet de comprendre l’influence prépondérante du K+ sur la valeur de Vm.
Vm = (gk/gm). EK + (gna/gm). ENa + (gcl/gm).ECl
Lorsqu’une conductance prédomine nettement (cas du K+) et que gi/gm se rapproche de 1, Vm tend vers le potentiel d’équilibre de l’ion considéré.
Le courant au niveau du canal (Ii):
Ii=gi.(Vm-Ei)
IK= gk.(Vm-Ek) ; INa=gna.(Vm-ENa) ; ICl= gcl.(Vm-ECl)
Le courant membranaire au niveau des différents canaux (Im):
Im=Ik+ INa + ICl = (gk+gna+gcl).Vm -(gk.Ek+gna.ENa+gcl.ECl)
La conductance membranaire gm = gk+gna+gcl
d’où Im/gm = Vm - ((gk/gm).Ek + (gna/gm).ENa + (gcl/gm).Ecl)
et si Em = ((gk/gm).Ek + (gNa/gm).ENa + (gcl/gm).Ecl)
on obtient Im/gm = Vm-Em
V/F le potentiel de repos reste stable dans n’importe quelle cellule.
FAUX
Dans les cellules non excitables, le potentiel de repos reste stable et Vm= Vr
Dans les cellules excitables (neurones, cellules musculaires, cellules glandulaires) le potentiel de repos varie:
- en fonction de stimulations ponctuelles pour donner naissance à des PA
- spontanément et périodiquement (activité pacemaker des cell sinusales cardiaques ou des cellules de Cajal du tube dig)
Conditions d’installation et caractéristiques du potentiel de diffusion?
-
gradient de concentration ionique transmembranaire
- ex: [C+A-]1 > [C+A-]2
-
perméabilité membranaire différentielle aux ions hydratés
- ex: perméabilité au C+ hydraté et perméabilité à A- hydraté sont différentes
- séparation infinitésimale de charge au niveau de la membrane et développement d’une ddp qui préserve l’électroneutralité
-
signe de la ddp dépend de la charge de l’ion hydraté dont la perméabilité est la plus grande: le cpt le moins concentré aura toujours le signe de l’ion dont la perméabilité est la plus grande.
- ex: le cpt le moins concentré en C+A- devient positif si la mbrane est plus perméable au C+ hydraté qu’à A- hydraté
Le potentiel membranaire résulte…
… de la tendance à la dissipation des gradients ioniques à travers une membrane sélective à différents ions.
Le potentiel de repos est un potentiel de diffusion qui résulte…
… de l’asymétrie de concentration des différents ions perméants et qui reste stable grâce à l’activité de la Na+,K+-ATPase
V/F Le potentiel de repos est un potentiel d’équilibre électrochimique.
FAUX
Le potentiel de repos n’est pas un potentiel d’équilibre électrochimique et chaque ion auquel la membrane est perméable est soumis à une driving force (Vm-Ei) génératrice d’un courant ionique Ii.
V/F le potentiel de repos est la valeur de Vm lorsque Im=0
VRAI
Im=IK+INa+ICl
V/F une augmentation successive des concentrations de [K+]ext permet de mesurer des valeurs de Vm de moins en moins négatives.
VRAI
Lorsque le potentiel membranaire devient supérieur au potentiel de repos, la membrane se dépolarise.
Quelle équation permet de prédire la valeur de Vm lorsqu’une membrane est perméable à plusieurs ions?
GHK, elle permet de prédire la valeur de Vm en fonction des perméabilités et des concentrations des différents ions présents dans le milieu interne et externe.
Dans les conditions physiologiques, ou les ions prédominants sont Na+, K+, Cl- l’équation est:
V/F La distribution du K+, Na+ et Cl- est active, tandis que la distribution du Ca2+ varie selon le type cellulaire.
FAUX
