– UE : 7 Système nerveux PLAN DU COURS

2016-2017 physiologie : le système nerveux
Physiologie
– UE : 7
Système nerveux
Semaine : n°18 (du 06/02/17 au
10/06/17)
Date : 06/02/2017
Heure : de 9h00 à
10h00 Professeur : Pr. Duriez
Binôme : n°9 Correcteur : n°38
Remarques du professeur :
PLAN DU COURS
I) Le potentiel de repos
A) Les ions
1) le sodium NA+
2) l'ion potassique K+
3) Le calcium Ca++
B) Déséquilibre de concentration ionique
C) La différence de potentiel
D) Équation de Goldman
II) Le potentiel d'action
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Suite du cours
I) potentiel de repos
Quand une micro électrode pénètre dans une cellule : -80 mV entre extérieur et intérieur de la cellule
Quels sont les conditions qui permettent un potentiel de repos ?
–Caractéristique de la membrane cellulaire :
formé d'une double couche de PL imperméable aux ions (= laisse pas passer électricité).
Néanmoins les ions (l'électricité) peuvent passer grâce à la présence de canaux ioniques = protéine qui
traverse la membrane (en rouge) de conformation particulière dans l'espace et libère un canal qui laisse
passer des ions.
Des canaux sont spécifiques, en général ces canaux laissent passer qu'un seul type d'ion.
Par exemple : un canal calcique qui laisse passer que le Na+
–Les canaux ioniques : ouvert ou fermé
Quand le canal est ouvert en permanence on appelle cela les canaux de fuite. L'ion pourra passer en
permanence
Beaucoup de canaux ioniques sont soient ouvert soient fermé : quand les canaux sont fermés les ions ne
passent pas et inversement quand les canaux sont ouverts les ions peuvent passer.
Condition d'ouverture des canaux :
–Canaux ioniques voltage dépendant : quand la différence de potentiel (ddp) varie entre la face externe et
interne de la membrane le canal s'ouvre ou se ferme. Pour une certaine valeur de ddp le canal sera fermé
et une autre valeur le canal sera ouvert.
–Canaux avec récepteur : Nous verrons d'autres canaux ionique qui sont constitués de récepteur sur
lesquels les neurotransmetteur se fixent et ouvrent le canal
Dans le cadre de l'étude du potentiel de repos on prend en compte que les canaux ionique voltage
dépendants.
Condition qui permet l'existence d'un potentiel de repos et de potentiel d'action (activité électrique) :
–La membrane : double couche de phospholipide qui laisse passer les ions grâce aux canaux.
–La différence de concentration entre les ions à l'intérieur de la cellule et les ions à l'extérieur de la
cellule. Les concentrations en ions entre les deux faces sont différentes. Différente dans le liquide EC par
rapport au liquide IC
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A) Les ions
Concentration en mmol/L :
Intracellulaire Extra-cellulaire I/E
Na+ 12 145 1/12,1
K+ 155 439/1
Ca++ 10^-5 – 10^-4 2
Cl- 4 120 1/30
HCO3- 8 27 1/3,4
Anions 155 5
1) le sodium Na+ :
A l’intérieur de la cellule il y a peu de sodium, la concentration est de l'ordre de 12 mmol/L
A l'extérieur par contre 145 mmol/L
2) l'ion potassique K+ :
A l’intérieur il y a beaucoup de potassium 150 mmol/L mais peu à l'extérieur: 4mmol/L
Nous verrons que cette concentration de potassium doit rester à un niveau stable à l'extérieur de la cellule sous
peine de bloquer l'activité électrique de la cellule.
3) le calcium Ca++ :
A l'extérieur de la cellule : 2mmol/L (2mEq) à l'intérieur de la cellule, dans le cytoplasme, la concentration de 10^-
5/10^-4 mM ;
il existe un ratio de 10^5 entre extérieur et intérieur de la cellule
Attention pour le calcium ici il s'agit du calcium libre à l'intérieur de cytoplasme.
Remarque : Dans les organites de la cellule le calcium est aussi présent mais en concentration différente. Dans le
réticulum et les mitochondries les concentrations en calcium sont plus importante, de l'ordre du millimolaire.
Dans chaque compartiment externe et interne les charges + sont compensées par les charges négatives.
Par exemple : A l'extérieur de la cellule les ions chlore vont neutraliser l'essentiel des charges positives (peu d'ion
chlorure à l'intérieur de la cellule.
Les protéines vont aussi jouer ce rôle de neutraliser des charges : à l'intérieur se sont les protéines sous forme
protéinate chargé négativement qui vont neutraliser les charges positives.
Le bicarbonate, régule le ph, il est plus présent à l'extérieur qu'à l'intérieur.
B) Déséquilibre de concentration ionique
Puisqu'on vient de voir un déséquilibre de concentration ionique il faut au départ et en permanence un mécanisme
qui permet de créer une déséquilibre de concentration ionique entre l'extérieur et l'intérieur de la cellule.
Pour le sodium et le potassium : il existe une pompe: sodium potassium ATP dépendant : Na/K ATPase
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La pompe Na/K ATPase :
C'est un système enzymatique qui est ancré dans la membrane de la cellule.
Ce système enzymatique est constitué de deux sous unités : bêta et alpha.
Ce système enzymatique va avoir pour substrat de l'ATP
L'ATP est une réserve d’énergie pour la cellule. Le métabolisme oxydatif (glucose ou AG) a pour fonction de
produire de l’énergie, produit et consommé en permanence.
L'énergie est stocké, la forme de stockage est l'ATP :
ATP : 3 groupements phosphates reliés par des liaisons phosphate hautement énergétique.
Quand l'activité ATPase agit, il va couper ATP pour libérer un groupement phosphate et transformer l'ATP en ADP.
Cette liaison phosphate est très riche en énergie.
La rupture libère l'énergie qui va être transmise à ce complexe protéique et agir comme une pompe au niveau de la
membrane.
A chaque fois une molécule ATP hydrolysé il y a 3 NA+ qui sortent (de l'intérieur vers l'extérieur de la
cellule) et 2 K+ qui rentrent dans la cellule, passage de l'extérieur a l'intérieur.
Il existe donc un système qui permet de faire entrer du potassium de la cellule et de faire sortir de sodium.
Ce transfert sodium potassium, se fait contre les gradients de concentration.
En effet : il y a plus de sodium à l'extérieur de la cellule, spontanément le sodium rentre. Ici la pompe faire sortir le
sodium, il agit donc contre le gradient de concentration
Ce système agit contre le gradient de concentration : il doit donc consommer de l'énergie. Ce système permet
de créer le déséquilibre sodium et potassium entre les deux faces de la membrane.
Dès que le métabolisme de la cellule diminue (ex : cellule privé d'oxygène) le métabolisme s’arrête et
instantanément la quantité d'ATP diminue à l'intérieur de la cellule.
Le stock est suffisant pour fonction quelques10aines de secondes, en environ 10 sec la quantité totale ATP a
disparu/consommé. La pompe Na/K ne fonctionne donc plus, les ions vont donc se répartir de façon égale de part
et d'autre de la cellule ; la cellule sera paralysée, et la cellule meurt si l'absence d'oxygène se poursuit.
=> Ce système Na/K fonctionne qu'en présence d'énergie.
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En résumé :
Pour qu'il est possibilité d'avoir un potentiel de repos, il faut :
–Une membrane avec canaux ionique
–Une asymétrie de concentration ionique
–Un système qui permet de créer l'asymétrie de concentration
C) La différence de potentiel
Qu'est ce qui permet de créer la différence de potentiel ?
Nous avons vu qu'il y avait plus de potassium à l'intérieur de la cellule et peu a l'extérieur de la cellule. Quand on
est au niveau du potentiel de repos (quand la cellule n'est pas excitée) les seuls canaux ouverts en permanence à la
surface membranaire sont des canaux perméables au potassium. (présence de canaux de fuites de potassium)
Les canaux perméables de sodium sont virtuellement tous fermés (impossibilité pour le sodium de passer la
membrane).
Il y a donc beaucoup de potassium à l'intérieur de la cellule, ces ions potassium sont agités en permanence :
agitation brownienne.
Ces ions vont avoir tendance à se déplacer, naturellement. Comme il y a une « porte ouverte », canaux de fuite, les
ions K+ étant plus nombreux à l'intérieur vont avoir tendance a y sortir. Il y a donc un flux d'ion potassium qui va
sortir de la cellule grâce à un gradient de concentration.
A chaque ion potassium qui sort , il amène une charge + supplémentaire sur la face externe.
La face externe de la membrane se charge donc progressivement positivement. On peut calculer le flux sortant
d'ion potassium : ce flux sortant sera proportionnelle à la différence de concentration des ions potassiums de
l'intérieur par rapport à l'extérieur.
Plus le ratio sera important plus le flux sera important.
D'autres facteurs viennent moduler le flux :
–R (agitation brownienne): constante des gazs parfaits.
–T: temps absolue.
Le flux est calculé en biophysique
Chaque fois qu'un ion K+ vient s'ajouter à l'extérieur de la cellule, la membrane se charge de plus en plus
positivement
Est ce que indéfiniment il est possible dans ces conditions que les ions potassium sortent ? NON !!
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