UA 2 Flashcards
Le potentiel de repos des neurones varie entre…
–40 et –90 mV (le moins signifie que l’intérieur de la cellule est négatif).
Nommez deux facteurs qui contribuent à la génération du potentiel de repos des neurones.
Différence dans la composition ionique des milieux intra et extracellulaire
La perméabilité de la membrane à ces ions.
Quels sont les deux principaux ions qui déterminent le potentiel membranaire de repos ?
sodium et potassium
Quelle équation mathématique permet de calculer le potentiel membranaire de repos ?
De quoi dépend-t-elle ?
L’équation de Goldmann qui est une extension de l’équation de Nernst (E=60 log Co/Ci)
Elle dépend de la concentration de part et d’autre de la membrane de tous les ions et de la perméabilité de la membrane à ces différents ions.
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Pour quel ion la membrane est-elle la plus perméable ? Expliquez.
Potassium puisque son potentiel d’équilibre est plus proche du potentiel de repos membranaire. Au repos, il y a de 50 à 70 fois plus de canaux potassiques (canaux potassiques de fuite) ouverts que de canaux sodiques. Donc, au repos, la membrane plasmique est plus perméable aux ions K+ qu’elle ne l’est aux ions Na+. C’est la sortie du potassium qui est l’élément principal responsable du potentiel de repos. Aussi, la pompe Na+/K+-ATPase ou pompe électrogénique participe au potentiel d’équilibre négatif (-70 mV) car pour 3 Na+ qui sortent seulement 2 K+ entrent, ce qui introduit une résultante négative de charges.
Définissez ce qu’est le potentiel d’équilibre d’un ion.
C’est le potentiel électrique nécessaire pour balancer le gradient chimique causé par la différence de concentration des ions de part et d’autre de la membrane lorsque celle-ci n’est perméable qu’à cet ion.
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La figure suivante illustre le potentiel d’équilibre de l’ion Y+. Les deux compartiments sont constitués d’une concentration équivalente d’ions X+Z- d’une part, et de Y+Z- de l’autre part.
a) Comment expliquez-vous le mouvement ionique observé en A) ?
b) Qu’est-ce qui incite les ions Y+ à diffuser du compartiment 1 au compartiment 2 en C) ?
c) Quelle case illustre l’atteinte du potentiel d’équilibre de l’ion ? Expliquez.
L’ion Y+ diffuse du compartiment 2 au compartiment 1 en suivant son gradient de concentration (ou chimique).
Les ions diffusent en suivant un gradient électrique. Les ions Y+ du compartiment 1 sont attirés par la force négative du compartiment 2 et repoussés par les forces positives qui s’accumulent dans le compartiment 1.
La case D). Le potentiel de membrane est égalisé en D) puisque le flux ionique générer par le gradient électrique est égal et opposé au gradient chimique généré par l’ion Y+.
Donnez l’équation qui permet de calculer le potentiel d’équilibre d’un ion.
Comment la nomme-t-on ?
Eion = 60 log concentration extracellulaire (Co)/concentration intracellulaire (Ci).
Équation de Nernst.
Concentration (mmol/L) Ions Extracellulaire Intracellulaire A 100 30 B 150 90 C 10 230
Parmi ces ions, lequel aura le potentiel d’équilibre le plus élevé ? Expliquez.
L’ion C. Selon l’équation de Nernst les potentiels des ions A, B, et C sont, +31,4, +13,3 et -81,7, respectivement. Où plus simplement, la différence de concentration de part et d’autre de la membrane pour cet ion est plus élevée que les deux autres (peut importe le sens du gradient). Il faudra un potentiel électrique plus élevé pour balancer le gradient chimique de cet ion.
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Définissez dans vos termes ce qu’est :
-un gradient chimique :
-un gradient électrique :
-un gradient chimique :
C’est un gradient qui implique une diffusion de molécules du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré.
-un gradient électrique :
C’est un gradient qui implique un mouvement de charges positives vers des charges négatives.
Quel nom unique donne-t-on à un gradient ionique ? Expliquez.
Gradient électrochimique, L’ion diffusera selon son gradient de concentration en plus de son gradient électrique.
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Le potentiel de repos est près du potentiel d’équilibre du potassium. Pourtant, en observant l’image il serait tentant de prioriser l’influence de l’ion sodique pour établir le potentiel de repos. Dites pour quelle raison ?
Puisqu’il y a deux forces (électrique et chimique) qui incitent les ions Na+ à entrer dans la cellule, on s’attendrait à un potentiel de repos se rapprochant du potentiel d’équilibre du sodium. Ce n’est pas le cas, car pour un gradient de concentration donné, plus la membrane est perméable à un ion, plus grande sera la contribution de cet ion dans le niveau du potentiel membranaire. Au repos, les membranes sont fortement perméables au potassium, mais pas au sodium.
Quel facteur limite l’ion sodium à influencer le potentiel de repos ?
Au repos, la membrane est très peu perméable à cet ion.
Comment expliquez-vous que le potentiel de repos ne soit pas exactement le même que le potentiel d’équilibre du potassium (-70 mV vs -89 mV) ?
La membrane laisse diffuser quelques ions Na+ passivement vers l’intérieur de la cellule, ce qui rend moins négatif le potentiel membranaire au repos par rapport au potentiel d’équilibre du K+.
a) Si les ions potassiques sortaient continuellement vers l’extérieur (en suivant leur gradient de concentration) et que les ions sodium continuaient à entrer, que risquerait-il d’arriver ?
b) Étant donné que ce phénomène n’a pas lieu, nommez et décrivez le mécanisme qui permet de préserver le potentiel de repos à –70 mV.
c) En plus de maintenir les gradients de concentration des ions sodiques et potassiques de part et d’autre de la membrane, qu’est-ce que ce mécanisme génère de plus ?
Il y aurait une diminution du gradient de concentration pour ces ions (et donc une perte de gradient électrique et du potentiel de repos).
La pompe Na+/K+ ATPase: elle pompe 2 ions K+ vers l’intérieur de la cellule contre 3 ions Na+ vers l’extérieur de la cellule.
La pompe génère une charge négative intracellulaire constante puisque la différence de charge nette est de -1. On dit qu’elle est une pompe électrogénique. Donc, elle participe également à la création des gradients de concentrations des ions sodiques et potassiques et au potentiel membranaire de repos. En maintenant les gradients de concentration, elle participe à la détermination des niveaux de diffusion des ions impliqués dans le potentiel membranaire.
Une modification du potentiel membranaire de repos peut être causée par …
tous les facteurs qui changent soit la concentration ionique des milieux intra- et extra-cellulaire ou les facteurs qui changent la perméabilité de la membrane à n’importe quel ion.
Quelle est la fonction des modifications du potentiel membranaire de repos ?
Les modifications engendrent des signaux électriques qui permettent aux cellules nerveuses de communiquer. C’est de cette façon que ces cellules génèrent et transmettent l’information.
Nommez et définissez les deux types de signaux engendrés par une modification du potentiel membranaire.
a) Potentiel gradué
Modification locale du potentiel membranaire d’amplitude et de durée variables qui parcourt une courte distance, sans seuil ni période réfractaire avec perte décrémentielle. Peut-être bidirectionnel (sens de la propagation et direction du courant).
b) Potentiel d’action
Modification locale en tout ou rien du potentiel membranaire d’amplitude constante et de courte durée qui peut parcourir de longue distance. Le potentiel membranaire doit atteindre un certain seuil avant que le potentiel d’action ne se déclenche. Il y a une période réfractaire. Son intensité ne diminue pas avec la distance (sans décrément) et est unidirectionnel.
Les principaux stimuli qui déclenchent des potentiels gradués proviennent de…
modifications locales de l’environnement (par exemple, activation de récepteurs ou canaux sensibles à la chaleur, la lumière ou la pression osmotique au niveau du système nerveux périphérique).
Le potentiel gradué, de part sa nature locale et sa faible intensité, ne peut véhiculer une variation du potentiel membranaire sur de longues distances. Cependant, ce type de potentiel peut jouer un rôle important dans la sensibilité de certains neurones. Comment?
Un potentiel gradué peut s’additionner à un autre par un phénomène appelé : « sommation ». Le potentiel résultant aura un effet accentué par rapport aux potentiels gradués pris isolément.
Le potentiel gradué peut modifier le potentiel de repos dans un sens ou dans l’autre, soit vers une dépolarisation ou une hyperpolarisation. Définissez ces deux termes :
a) Dépolarisation :
Augmentation du potentiel membranaire causée par une entrée de charges positives (le potentiel membranaire devient moins négatif que le potentiel de repos et se rapproche de 0).
b) Hyperpolarisation :
Diminution du potentiel membranaire causée par une sortie d’ions positifs ou une entrée d’ions négatifs. Le potentiel membranaire devient plus négatif que le potentiel de repos.
Nommez deux des caractéristiques uniques aux potentiels gradués.
Modification du potentiel, d’amplitude et de duré variable, qui est conduite de façon décrémentiel ; il n’a ni seuil, ni période réfractaire
Décrivez le mécanisme d’action d’un potentiel gradué dépolarisant. Vous devez spécifier les types d’ions impliqués dans le processus ainsi que leur déplacement latéral de part et d’autre de la membrane.
Les ions Na+ entrent dans la cellule et dépolarisent localement la membrane à partir du site générateur. À l’intérieur de la cellule, il y a un déplacement des charges positives (principalement les ions K+) vers les charges négatives adjacentes.
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a) Expliquez pour quelle raison le changement de voltage diminue en fonction de la distance parcourue à partir du site de dépolarisation ?
b) En partant du site de dépolarisation, décrivez le mécanisme qui mène à la réduction du courant pour cet ion en fonction de la distance parcourue.
Il y a une diminution progressive du potentiel membranaire par une diffusion passive de charges positives (comme un boyau d’arrosage qui fuit) à l’extérieur de la cellule en fonction de la distance parcourue.
La dépolarisation a mené à un déplacement de charges positives des ions K+ vers les régions adjacentes au site de dépolarisation. La membrane étant très perméable aux ions K+, ceux-ci sortent vers l’extérieur en suivant leur gradient de concentration. Ceci contribue à rendre l’intérieur de la cellule plus négatif et au retour au potentiel de repos.
Les potentiels gradués se manifestent chez la plupart des cellules de l’organisme. Ce sont des signaux électriques qui parcourent de très courtes distances. Or, le système nerveux ayant pour fonction de transmettre l’information à partir des cellules de la périphérie jusqu’au cerveau et vice-versa, le signal électrique doit parcourir de longues distances. Pour se faire, les cellules nerveuses génèrent…
des potentiels d’action.
Quel autre nom attribue-t-on aux potentiels d’action ?
Des influx nerveux
Quelle est la caractéristique spécifique aux cellules nerveuses qui leur permettent de générer des potentiels d’action.
Elles sont excitables
Les cellules nerveuses sont pourvues d’un type de canaux ioniques particuliers qui est absent de la plupart des autres cellules de l’organisme dites non excitables et qui permet la propagation du potentiel d’action.
a) Nommez-les :
b) À quel endroit sur le neurone les retrouve-t-on en grand nombre ?
c) Décrivez leur mécanisme d’activation.
d) Nommez le mécanisme d’activation de ces canaux ?
e) Lorsque la membrane est dépolarisée à un certain niveau, que se passe-t-il ?
Canaux sodiques voltage-dépendants
Au cône d’implantation, à la base de l’axone.
Une dépolarisation membranaire cause un changement de conformation du canal et il s’ouvre laissant passer les ions Na+. L’entrée de sodium cause une dépolarisation subséquente de la membrane ce qui provoque l’ouverture d’autres canaux sodiques voltage-dépendants dans une sorte de cascade amplificatrice.
Ils s’activent par une rétroaction positive.
Il y a déclenchement d’un potentiel d’action.
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a) Identifiez l’inconnue Y) :
b) Comment nomme-t-on les types de stimuli illustrés en A) et B) ?
c) De quelle manière les stimuli en C), D) et E) ont-ils déclenché un potentiel d’action ?
d) Le stimulus illustré en E) est plus intense que celui en D). Pourtant ces deux stimuli déclenchent la même amplitude de potentiel d’action. Expliquez ce fait ?
e) Quel est l’effet d’un stimulus plus intense sur la génération de potentiels d’action ?
Seuil d’excitabilité ou potentiel d’excitabilité ou potentiel seuil.
stimuli infraliminaux
En C), les deux stimuli de plus faible intensité ont causé deux potentiels gradués dans un délai très court, de temps de sorte qu’il y a eu une sommation des potentiels gradués et atteinte du seuil d’excitabilité. En D) et E) l’intensité du stimulus est plus forte et, dans les deux cas, est suffisante pour déclencher un potentiel d’action.
Une fois que le seuil d’excitabilité est atteint, les événements membranaires ne dépendent plus de l’intensité du stimulus. Les potentiels d’action répondent à la loi du « tout ou rien ».
Il augmentera la fréquence de génération de potentiel d’action, mais le degré d’intensité du potentiel d’action sera le même.
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a) Identifiez chacune des étapes numérotées de la courbe du potentiel d’action.
b) Quel ion est principalement impliqué au cours des phases 3, 5 et 6, respectivement ?
- potentiel de repos
- potentiel seuil
- dépolarisation
- pic de dépolarisation
- repolarisation
- hyperpolarisation ou post-hyperpolarization
- potentiel de repos
3 : Na
5 : K
6 : K
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Nom : Sodiques voltages-dépendants / Potassiques voltages-dépendants
Stimulus d’activation : Augmentation du voltage membranaire / Augmentation du voltage membranaire
Temps d’activation : Rapide / Lent
Temps d’inactivation : Rapide / Lent
Relevez la principale différence moléculaire entre les canaux sodium voltages-dépendants et canal potassium voltage-dépendant
Les canaux Na+ arborent une porte d’inactivation (visualisé sous forme de chaine et boulet qui limite le flux d’ions sodium en bloquant brièvement le canal après qu’il ait été ouvert par une dépolarisation) qui est absente chez les canaux potassiques.
image 11 et 12
Décrivez l’état d’activation et d’inactivation des canaux sodiques et potassiques en spécifiant le mouvement des charges pour chacun des numéros identifiés à la photo 11
1: Les canaux Na+ et K+ voltage-dépendants sont fermés.
2: Les canaux sodiques ligand-dépendants s’ouvrent et laissent entrer des ions Na+ dans la cellule. Lorsque la quantité d’ions sodium ayant traversée la membrane est suffisante, la dépolarisation atteint le niveau seuil (pas représenté dans l’animation).
3: Une grande quantité de canaux Na+ voltage-dépendants s’ouvrent alors brutalement. Cette entrée entraîne une activation subséquente d’autres canaux sodiques voltage-dépendants par rétrocontrôle positif (réaction en chaîne). Les canaux potassiques sont activés, mais s’ouvrent très lentement.
4: Lorsque le pic de dépolarisation est atteint, les canaux sodiques sont abruptement inactivés par la porte d’inactivation qui bloque le canal et empêchent l’entrée de Na+. Les canaux potassiques sont maintenant ouverts et permettent le passage des ions K+ hors de la cellule.
5: Les canaux potassiques sont ouverts et laissent sortir de grande quantité de K+. Les canaux sodiques sont toujours inactivés. La membrane se re-polarise.
6: Comme la fermeture des canaux potassiques est lente et laissent sortir encore des ions K+ hors de la cellule jusqu’au retour du potentiel de repos, le potentiel membranaire se retrouve momentanément sous le potentiel de repos. Il y a hyperpolarisation. Les canaux sodiques sont maintenant fermés (ne sont plus inactivés).
7: Lorsque tous les canaux voltage-dépendants (Na+ et K+) se referment le potentiel membranaire retourne à son état initial de repos. N.B. les canaux de fuite (non voltage-dépendants) demeurent actifs.
Quel est le mécanisme d’inactivation des deux canaux voltage-dépendants ?
- Canal sodique voltage-dépendant :
Le canal est bloqué par la porte d’inactivation. Cette porte est en fait un segment protéique qui vient obstruer le canal lorsque le potentiel membranaire est fortement positif.- Canal potassique voltage-dépendant :
Le canal se ferme graduellement par rétrocontrôle négatif (Plus l’intérieur de la cellule devient négatif, plus nombreux sont les canaux potassiques qui se ferment).
- Canal potassique voltage-dépendant :
qu’est ce qui détermine la nature de la communication entre les neurones
Un seul potentiel d’action ne suffit pas à la communication nerveuse. C’est le nombre de potentiels d’action par unité de temps (fréquence) ainsi que leur intégration par le neurone post-synaptique qui déterminera la nature de la communication entre les neurones.
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a) À quoi les périodes 1 et 2 correspondent-elles ?
b) Qu’est-ce qui caractérise ces deux périodes ?
Sur le graphique ci-dessus, le stimulus A) est suffisamment intense pour déclencher un potentiel d’action.
c) Parmi tous les autres stimuli, identifiez ceux qui pourraient déclencher un potentiel d’action subséquent. Expliquez votre réponse.
d) Si un stimulus électrique d’intensité plus grande que les stimuli C) et D) était donné lors de la période 1, y aurait-il une possibilité plus grande de déclencher un potentiel d’action ? Expliquez.
Période 1: période réfractaire absolue
Période 2: période réfractaire relative
Période 1 :
Impossible d’avoir un 2e potentiel d’action
Période 2 :
La génération d’un 2e potentiel d’action est possible durant cette période si un second potentiel gradué d’intensité suffisante survient (assez fort pour atteindre le potentiel seuil malgré l’hyperpolarisation de la membrane).
Le stimulus D): il est donné lors de la période réfractaire relative. S’il est suffisamment intense (comme le suggère le graphique), il pourra déclencher un potentiel d’action puisqu’à cette période, quelques canaux sodiques sont à nouveau fonctionnels.
Le stimulus F): il est donné lorsque tous les canaux sodiques voltage-dépendants sont au repos. Donc, ils sont prêts à être activés.
Non, l’intensité du stimulus donné durant la période réfractaire absolue n’a aucune influence sur le déclenchement de potentiel d’action subséquent. Les canaux sodiques voltage-dépendants sont soit déjà ouverts ou inactifs. Ils ne peuvent pas être activés davantage.
La période réfractaire relative est influencée par l’état d’activation des canaux sodiques voltage-dépendants. Quel autre facteur diminue la possibilité d’engendrer un potentiel d’action durant cette période ?
Quelle est la condition pour engendrer un potentiel d’action durant cette période ?
La fermeture lente des canaux potassiques cause la sortie de potassium et rend l’intérieur de la cellule plus négatif que le potentiel de repos (hyperpolarisation). La cellule est alors plus difficilement excitable.
Le stimulus électrique doit être plus intense pour atteindre le seuil d’excitabilité (ou potentiel seuil).
Quelles sont les fonctions de la période réfractaire ?
- Permet de limiter le nombre de potentiel d’action qu’une membrane excitable peut produire à un moment donné (absolue et relative).
- Contribue à séparer temporellement les potentiels d’action (absolue et relative).
- Elle détermine le sens de la propagation de l’influx nerveux, i.e. du cône d’implantation jusqu’aux boutons axonaux ou terminaux (absolue seulement).
