RÉPARTITION DES IONS DANS LA CELLULE ET LE MILIEU
A l’extérieur de la cellule, on trouve du chlorure de sodium, donc du Na+ et des Cl- .
A l’intérieur de la cellule, on trouve du potassium K+ et des Anions A- .
La concentration en K+ est typiquement 30 a 40 fois plus importante à l’intérieur des cellules qu’à l’extérieur, alors que la situation est inversée pour Na+.
Ces différences sont engendrées et maintenues par une pompe de la membrane plasmique (ATPase) qui expulse activement 3 ions Na+ vers l'extérieur de la cellule et importe deux ions K+ vers l'intérieur.
POTENTIEL
MEMBRANAIRE DE REPOS
La distribution asymétrique
des ions K+ et Na+ engendre ce qu’on appelle un potentiel
de membrane, c'est-à-dire une différence de potentiel transmembranaire.
Sans influence de l’extérieur, ce potentiel est de l’ordre
de -70 mV, avec l’extérieur de la cellule positive par rapport à
l’intérieur ; c’est le potentiel membranaire de repos.
Source : http://ressources.unisciel.fr/biocell/chap2/co/module_Chap2_3.html
Dans un premier temps, le potassium K+ sort de l’intérieur de la cellule dans
laquelle sa concentration est très élevée.
Son mouvement domine car on a en effet plus de canaux de fuite pour K+ ouverts que de canaux pour Na+ car les membranes
des cellules nerveuses sont très perméables au potassium.
Par conséquent, la valeur du potentiel de repos est principalement déterminée par le mouvement de
Par conséquent, la valeur du potentiel de repos est principalement déterminée par le mouvement de
Il va alors polariser la face interne de la membrane
négativement par rapport à la face externe.
Lorsque le déplacement des ions K+ hors de la
cellule est égal à leur déplacement vers l’intérieur de la cellule, le
potentiel de membrane est égal à -90 mV.
Il se créer donc un potentiel. Celui-ci va se dresser contre le mouvement de K+
à travers la membrane.
Le gradient électrochimique de K+ va ainsi diminuer.
Le gradient électrochimique de K+ va ainsi diminuer.
D’autre part, on remarque l’entrée de Na+ dont la
concentration est plus élevée à l’extérieur de la cellule.
C’est le gradient électrochimique de Na+ qui est
à l'origine d'un flux entrant passif au
niveau énergétique d’ions Na+ de plus en plus important.
En effet, ce gradient électrochimique est augmenté par le
potentiel de membrane crée par le potassium.
Au bout d’un certain temps (<1 ms), on voit qu’il y a
autant de K+ qui sortent que de Na+ qui entrent dans la
cellule. On aboutit à un équilibre : c’est le potentiel membranaire de repos de
-70 mV.
Ainsi, l’instauration du potentiel membranaire de repos
dépend de la diffusion, à travers les canaux de fuite, des ions K+ et, dans une moindre mesure, des ions Na+. La pompe à Na+/K+ est aussi
essentielle au potentiel de repos puisqu’elle
maintient les gradients de concentration
ioniques.
→ On peut donc dire que l’ouverture et la fermeture
des canaux ioniques influent sur le potentiel membranaire.
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| La perméabilité membranaire et les facteurs influant le potentiel membranaire de repos Source : http://books.google.fr/books?id=8x8JASZkT9kC&pg=PA175&lpg=PA175&dq=canaux+de+fuite+biologie&source=bl&ots=000EKbznjE&sig=KZEJixKcbww2yxROyr1PEX6nVJk&hl=fr&sa=X&ei=c7ioUd-vDMeVPPLVgbAI&ved=0CFMQ6AEwBA#v=onepage&q=canaux%20&f=false |
POTENTIEL
D’ACTION
Le potentiel d’action, aussi appelé influx nerveux, est une
forte modification du potentiel membranaire qui se propage, sans changer
d’amplitude, sur de grandes distances le long d’un axone.
C’est un phénomène électrique qui a pour origine une
stimulation électrique de la cellule nerveuse (ou neurone).
Ce potentiel d'action peut se décomposer en 3
étapes : la dépolarisation, la repolarisation et l'hyperpolarisation.
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| (Réalisé par nos soins) |
Les canaux Na+ et K+ jouent un rôle
fondamental dans la transmission de l’influx nerveux, c'est-à-dire dans la
transmission d’impulsions électriques.
On a vu précédemment que la membrane d’un neurone au repos a
un potentiel de membrane dit potentiel de repos de -70 mV.
Les canaux de fuite de K+ sont toujours ouverts,
mais les canaux Na+et K+ voltage-dépendants sont fermés.
Les canaux ioniques voltage-dépendants sont des canaux dont
l’ouverture dépend du potentiel de membrane.
Ils ne s’ouvrent qu’à partir d’une valeur donnée de courant.
La stimulation d’une fibre nerveuse provoque une dépolarisation progressive de la membrane plasmique de celle-ci.
On arrive à une valeur seuil du potentiel membranaire qui est d’environ - 55 mV : c’est la valeur limite pour le
déclenchement d’un potentiel d’action.
Des canaux voltage-dépendants disposés tout le long de la
fibre nerveuse commencent alors à s’ouvrir, ils laissent passer des ions
positifs Na+ pendant un
laps de temps très court : ce sont des canaux sodiques
voltage-dépendants. Ils sont responsables du déclenchement des potentiels
d’action.
→ Le Na+ pénètre dans le
cytoplasme et provoque une inversion temporaire du potentiel de membrane qui
atteint environ +30 mV. Les ions Na+ rendent la cellule plus positive, c’est la dépolarisation.
Le potentiel de membrane, de plus en plus positif, sera plus proche du seuil d'excitation nécessaire à la genèse du potentiel d'action.
Cela favorise alors l'apparition d'influx nerveux dans l'axone et les nerfs sont plus faciles à activer.
Ainsi, la fréquence du potentiel d’action augmente et nerfs sont plus actifs car il y a plus d’influx nerveux produits.
Le potentiel de membrane, de plus en plus positif, sera plus proche du seuil d'excitation nécessaire à la genèse du potentiel d'action.
Cela favorise alors l'apparition d'influx nerveux dans l'axone et les nerfs sont plus faciles à activer.
Ainsi, la fréquence du potentiel d’action augmente et nerfs sont plus actifs car il y a plus d’influx nerveux produits.
→ Après une petite fraction de
seconde, les canaux Na+ se ferment, les canaux K+ voltage-dépendants
s’ouvrent et les ions K+
traversent la membrane pour gagner le milieu extracellulaire.
Ces canaux restent ouverts un peu trop longtemps et la sortie d’ions K+ excédentaires cause l’hyperpolarisation.
Il s’établit un potentiel membranaire d’environ -80 mV encore plus négatif que le potentiel de repos.
Celui-ci atteint alors difficilement le seuil d'excitation.
Les nerfs sont plus durs à activer et la production d'un influx nerveux dans l'axone est plus difficile.
Ainsi, la fréquence du potentiel d'action diminue, ce qui provoque une baisse d'activité des nerfs car il y a moins de conduite d'influx nerveux.
Ces canaux restent ouverts un peu trop longtemps et la sortie d’ions K+ excédentaires cause l’hyperpolarisation.
Il s’établit un potentiel membranaire d’environ -80 mV encore plus négatif que le potentiel de repos.
Celui-ci atteint alors difficilement le seuil d'excitation.
Les nerfs sont plus durs à activer et la production d'un influx nerveux dans l'axone est plus difficile.
Ainsi, la fréquence du potentiel d'action diminue, ce qui provoque une baisse d'activité des nerfs car il y a moins de conduite d'influx nerveux.
→ Immédiatement après leur ouverture, les canaux K+ se ferment, les canaux de fuite du potassium restent la voie principale pour le déplacement des ions à travers la membrane, et le potentiel de repos se rétablit.
Ainsi, le potentiel membranaire
d’un neurone n’est pas toujours au repos et peut augmenter ou diminuer. Ces variations de potentiel sont nécessaires
car elles servent de signaux pour le système nerveux.
Elles peuvent par exemple lui permettre de comprendre ce qui est perçu ou ressenti et d’ordonner une réponse adaptée.
Elles peuvent par exemple lui permettre de comprendre ce qui est perçu ou ressenti et d’ordonner une réponse adaptée.
CAS DE L’ADÉNOSINE
On a vu précédemment que l’adénosine, en se fixant sur
son récepteur, envoie un message modérateur sur toute la réaction
en chaîne, ce qui provoque une hyperpolarisation. Elle diminue le
potentiel membranaire qui est alors très
négatif.
Le potentiel membranaire
atteint difficilement le seuil nécessaire à la genèse d’un potentiel d’action.
On a aussi beaucoup moins de
pics du potentiel de membrane par minute (voir sur le graphe).
L’adénosine réduit donc l’activité
des nerfs .
→ Il y a donc une fréquence beaucoup moins importantes
de potentiels d’action, d’où une sensation de somnolence, de ralenti. On est
ainsi moins vigilant.
En dehors de son action
périphérique sur l’organisme, l’adénosine exerce ses effets au niveau du cerveau
comme régulateur de l’éveil et du sommeil.
CAS DE LA CAFÉINE
On a vu précédemment que la caféine, en prenant la
place à l’adénosine sur son récepteur, empêche son action, il n’y a plus de
régulation de la cascade de réaction et celle-ci est amplifiée.
Tout cela entraîne une dépolarisation
de la membrane.
Cette dépolarisation de la
membrane facilite la genèse de potentiels d’action car le potentiel membranaire
est plus proche du seuil permettant celle-ci. On a alors une fréquence de potentiel d'action qui augmente avec plus de pics par minute.
→ On aura alors un plus grand nombre de potentiels
d’action produits, d’où la sensation d’être « réveillé » et plus vigilant.
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Comparaison de la genèse des potentiels d'action : en présence d'adénosine et de caféine
(réalisé par nos soins)
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Sources:
- Livre
Transport membranaire et bioélectricité, John H. Byrne, Stanley G. Schultz, édition De Boeck université
- Internet
- Livre
Transport membranaire et bioélectricité, John H. Byrne, Stanley G. Schultz, édition De Boeck université
- Internet
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