Chapitre 5: Conductance PDF

Conductance Si VM \< EX → entrant ; si VM \> EX → sortant. La force électromotrice en fonction du voltage sera toujours linéaire. On a pris beaucoup d'exemples où la conductance est constante. Mais cette conductance des canaux ioniques participant au PA n'est pas toujours constante. La conductanc...

Conductance Si VM \< EX → entrant ; si VM \> EX → sortant. La force électromotrice en fonction du voltage sera toujours linéaire. On a pris beaucoup d'exemples où la conductance est constante. Mais cette conductance des canaux ioniques participant au PA n'est pas toujours constante. La conductance dépend du potentiel membranaire et du temps. Les chercheurs ont essayé de comprendre comment évolue cette conductance. Pour cela, ils ont utilisés la méthode de voltage imposé pour bloquer ce paramètre du potentiel et pouvoir imposé le potentiel qu'ils veulent étudier et juste regader la temporalité de la conductance pour un potentiel membranaire. Variation de la conductance en fonction du temps : INa = gNa. (Vm -- ENa) Vm et ENa sont des constantes Ils ont enregistré un courant INA. (Vm- Ek) est constant, donc INa varie uniquement par rapport à la conductance. Il suffit de diviser INa par (Vm - ENa) pour avoir la conductance. On peut donc voir la variation de la conductance en fonction du temps. En fonction du temps, la conductance du sodium augmente puis après elle diminue. On a variation de la conductance sodium en fonction du temps. La conductance diminue pour être égale à 0, donc cela veut dire que le canal sodium en fonction du temps va s'ouvrir pour laisser passer du sodium puis va se refermer. On a une ouverture et une fermeture de ce canal sodium en fonction du temps. On peut faire la même chose pour différents potentiels : Pour la conductance sodium → elle augmente puis elle diminue ; alors que pour la conductance potassique → elle augmente de façon progressive jusqu'à un maximum. Pour le sodium, on a un phénomène transitoire pour le sodium. La conductance va être transitoire avec une augmentation et une diminution pour revenir à 0. L'augmentation de la conductance sodium est nettement plus rapide que celle de la conductance potassique. On a donc des différences de cinétiques entre la conductance du sodium et du potassium. Pour le potassium, on a un phénomène qui va se stabiliser avec le temps. On a une augmentation qui va se stabiliser en fonction du temps jusqu'à un maximum. On peut donc essayer de voir quel est l'effet du potentiel sur la conductance sodium et plus particulièrement sur la valeur maximale de la conductance sodium. On mesure la conductance maximale de cette conductance que nous allons reporter sur un graphique qui se nomme « conductance en fonction du potentiel membranaire ». On reporte les différentes conductances de puis on relie les différents points. On remarque qu'on a deux limites/deux bornes : en dessous d'une certaine valeur la conductance est nulle. Pour le sodium, en dessous de - 50 mV, la conductance = 0, cela veut dire qu'en dessous de - 50 mV, si la conductance = 0, alors les canaux sodiques sont fermés. Puis, on voit une borne supérieure → borne de conductance maximum. Pour une certaine valeur de potentiel, le canal sodium est pleinement ouvert. De cette borne inférieur de - 50 mV jusqu'à cette borne supérieure, la conductance va augmenter en fonction du voltage de façon sigmoïdale. Augmentation de la conductance : plus on va dépolariser (plus on va vers des potentiels positifs) et plus la conductance augmente jusqu'à un maximum. Cette valeur de -50 mV nous rappelle quelque chose : valeur du seuil. Donc, le seuil est le potentiel pour lequel on doit ouvrir les canaux sodiques pour déclencher le PA. Les canaux sodiques ne s'ouvre donc qu'à partir du potentiel seuil qui est de -50 mv. Une fois que le canal est totalement ouvert on ne peut pas l\'ouvrir plus donc la conductance est maximale pour un certain voltage. Plus on dépolarise plus on ouvre le canal. Lorsque l'on utilise de la TTX, on isole complètement le courant potassique et on ne voit donc que le courant sortant. A contrario, lorsqu'on utilise de la TEA, on isole complètement le courant sodique (transitoire) et on ne voit que le courant entrant.(transitoire) et on ne voit que le courant entrant. On peut représenter le maximum de ces courants en fonction du voltage et on voit que le courant transitoire (courant sodique) a cette forme caractéristique que l'on peut voir ci-dessous (schéma page suivante) : la courbe débute à - 70 mV environ et vers 50 mV elle va dépasser l'axe des abscisses, elle va prendre une valeur positive → le point qui permet la transition entre le négatif et le positif est appelé le potentiel inversion du courant (le courant va s'inverser du négatif au positif, donc le potentiel inversion est d'environ 50 mV). On peut faire la même chose pour le courant potassique → ce courant potassique ne possède pas de potentiel inversion car il est toujours positif pour ces différentes concentrations de potassium. Le potentiel d\'inversion pour un canal ionique, ou plus généralement pour un courant ionique, est la valeur du potentiel de membrane pour laquelle le flux ionique est nul. Il s\'agit en fait de la valeur de potentiel de membrane à laquelle une espèce ionique est en équilibre électro-osmotique. Lors du potentiel d'action, il y a une phase de dépolarisation, de repolarisation et ce potentiel d'action est déclenché lorsqu'il dépasse un seuil. Si l'on représente la conductance au sodium en fonction du voltage, ce sodium va avoir cette conductance qui est positive à partir d'un certain voltage - 50 mV et ce voltage est ce que l'on appelle le potentiel seuil. En dessous de ce voltage, le canal sodique est fermé, on ne peut pas avoir de courant sodique mais dès lors que l'on dépasse ce voltage seuil, on ouvre les canaux sodiques et on peut déclencher le début de la phase de dépolarisation. Plus on dépolarise, plus la conductance au sodium augmente jusqu'à un maximum où la conductance devient maximale car le canal est grandement ouvert (on ne peut pas ouvrir plus). Ix= GX\*(E-Erev) Si IX=0 donc Gx =0 ou (E-Erev) = 0 GX = 0 donc seuil (E-Erev)= 0 donc potentiel d\'inversion. Si une seule espèce ionique est perméante donc Erev=EX Plus on dépolarise plus la conductance est élevée. Quand gNa est au maximum Ina diminue car E-ENA diminue. Le potentiel d\'action : Notion de seuil : la phase de dépolarisation du potentiel d\'action est due aux ions sodiums qui passent par les canaux sodiques lorsqu\'ils sont ouverts. Le seuil du potentiel d\'action correspond au voltage pour lequel le canal va s\'ouvrir. Le cycle de Hodgkin : Phénomène de rétrocontrôle positif, sorte de cercle vicieux. En effet, lorsque l'on dépasse le seuil, on ouvre les canaux sodiques, le sodium va donc entrer dans la cellule, on va avoir une ouverture à un certain degré → donc une conductance sodique qui va générer un courant sodium. Ce courant sodium va faire rentrer les ions Na+, ces ions sodium vont créer une dépolarisation → cette dépolarisation va donc faire passer le potentiel de par exemple - 30 à - 20 mV. Donc à ce potentiel là, la conductance est plus grande → comme la conductance augmente, le courant va également grandir, donc une entrée d'ions sodium. Ces ions sodium vont entraîner une plus grande dépolarisation qui va faire passer le potentiel à une autre valeur par exemple + 10. Toute cette phase est du à un phénomène de boucle où la conséquence génère la cause → cycle de Hodgkin. Le maximum de dépolarisation tend vers ENA. La valeur du courant sodique est à ce moment là égal à 0. Ce cycle va être rompu pour différentes raisons → notamment le fait qu'on est plus d'entrée de courant donc que le courant sodium devient nul. En effet, le maximum du PA tend vers ENA → on sait que INA = gNA (Vm - ENA), INA sera nulle donc on arrête ce phénomène soit si la conductance est nulle (ce qui n'est pas le cas ici) soit lorsque Vm = ENA. En effet, on a un arrêt de la dépolarisation car la courant sodium est nul. La dépolarisation se termine lorsque l'on va être à une valeur proche de ENA → c'est à dire lorsque l'entrée de charges positives s'arrête. Le cycle s'arrête si l'entrée de charges positives s'arrête → gNA = 0 ou que (Vm - ENA) = 0. Durant un potentiel d\'action la conductance sodique augmente mais apparition d\'une conductance sodique qui fait que l\'on atteint pas totalement ENA au moment de la dépolarisation. A partir des courants je peux retracer la conductance. Ce cycle va être rompu pour différentes. mV (en partant de - 70 et en arrivant à - 14 mV) (page suivante) → on impose un voltage pendant un certain temps. La conductance sodium augmente puis diminue lorsque l'on impose potentiel de - 14 mV, donc augmentation de la conductance puis diminution de cette dernière ce qui va permettre de générer un courant que l'on appelle transitoire. La conductance potassium, quant à elle, est complétement différente : elle augmente progressivement pour aller à un maximum et ce maintient tant que l'on maintient le potentiel imposé à cette valeur. C'est pour cela que l'on parle plutôt de courant maintenu → puisqu'il va se maintenir tant que l'on ne change plus le potentiel. En revanche, il met un certain temps à arriver à cette valeur maximale de stabilité de conductance → c'est pour cela que l'on appelle ce canal ionique de canal retardé. L'augmentation de la conductance sodium qui va se faire très rapidement génère un courant sodique et l'augmentation de la conductance est du à des ouvertures des canaux sodiques → ce phénomène se nomme l'activation. On parle de l'activation du courant sodium et on parle de l'activation du courant potassium.Cette phase d'augmentation du courant par l'augmentation de la conductance avec ouverture des canaux → c'est la phase d'activation. La grande différence que l'on peut voir est que ce courant/conductance sodium après un maximum diminue en fonction du temps → cette diminution en fonction du temps est décrit comme étant une phase d'inactivation. Cette phase d'inactivation correspond à une diminution de la conductance en fonction du temps qui va générer une diminution du courant en fonction du temps. Cette inactivation est un retour, une diminution du courant entrant pour venir à 0 → cette phase d'inactivation n'est présente que sur la conductance sodium. Le courant potassique n'a pas cette phase d'inactivation. Activation : - Augmentation du courant entrant sodium (influx) - Augmentation du courant sortant potassium (efflux) - Augmentation des conductances Inactivation : - Augmentation de la conductance potassique - Augmentation du courant potassique Retard courant potassique Évolution des conductances en fonction du temps pour un même potentiel membranaire - Diminution de la conductance sodique - Diminution du courant entrant sodium I- Structure moléculaire des canaux ioniques Il est important pour les chercheurs de connaître la relation structure fonction pour connaître l\'origine d\'une mutation ou d\'une pathologie. Les structures moléculaire vont permettre de comprendre pourquoi on a une activation et une inactivation et pourquoi ils s\'ouvrent en fonction du voltage. Anguille créer un grand nombre de potentiels d\'actions pour créer une décharge électrique. C\'est ce qui a permis de déterminer la structure des canaux ioniques. Canal sodique : composé d\'acides aminés qui forme des boucles alpha et des feuillets bêta. L\'agencement de ces acides aminés créer un pore qui s\'ouvre en fonction du voltage. Structure moléculaire : 4 fois le même motif composé de 6 segments c\'est ce que l\'on appel un domaine. Le segment S4 est très riche en charge positive, c\'est donc un segment sensible aux charges électrique. Le fait le canal soit voltage dépendant est due à ce segment S4. Le canal sodique et calcique ont la même structure alors que le canal potassique, quant à lui, a une structure différente. En effet, le canal potassique n'est constitué que d'un domaine et pour faire un canal potassique, il en faut 4 (domaines) → cette sous-unité qui forme le canal potassique est très courte, elle équivaut à un domaine du canal sodium et pour faire un canal potassique → il faudra 4 sous-unités comme on peut le voir dans le schéma formé d'un seul domaine pour former un canal potassique. Un canal potassique n'est donc constitué que d'un domaine et il lui faut 4 sous-unités pour reproduire un canal potassique en son centre un pore. S'il y a une sensibilité au voltage, cela signifie qu'il existe des parties chargées de cette protéine qui vont être sensibles à un champ électrique. Dans le segment transmembranaire 4 (S4) de tous les domaines (domaine 1 à 4), il existe des AA chargés positivement de manière assez abondante → ce sont ces segments 4 qui correspondent à la zone sensible au voltage, on parle de « voltage sensor » (ce sont les charges positives qui vont être sensibles à un champ électrique). Au repos, l'intérieur est plus négatif que l'extérieur → si on a des charges positives, on sait qu'elles vont être attirées par le pôle négatif. Au repos, ce segment S4 est dans une conformation stabilisée par le champ électrique, puis lorsqu'il y a dépolarisation, on va inverser la polarité → l'extérieur devient négatif et l'intérieur devient positif. Ces charges positives qui composent le S4 (segment 4) vont être attirées vers l'extérieur et ce segment S4 va se déplacer dans la membrane vers l'extérieur → on a une modification de la conformation du segment S4. Le déplacement hélicoïdale de cette structure dans la MP va permettre d'ouvrir le canal. Ouverture du canal sodique : Les segments S4, au repos, sont stabilisés dans une conformation basse → lorsque l'on va dépolariser, on a une inversion de polarisation → l'extérieur va devenir plus négatif que l'intérieur → on va avoir un déplacement du segment S4 vers l'extérieur → ce déplacement du segment S4 (rotation hélicoïdale) va ouvrir le canal → cette ouverture est proportionnelle au déplacement du segment S4. Plus le champ électrique est important, plus le segment S4 se déplace et plus le canal s'ouvre (c'est la représentation de la conductance qui est voltage dépendant). L'activation d'un canal c'est le déplacement des segments S4 dans la membrane lorsqu'on impose un champ électrique. domaine 4, il existe une « boule » d'acides aminés qui peut se déplacer pour aller entre les segments 5 et 6 (bord du canal) et fermer ce pore. Plus on dépolarise, plus cette boule va se mettre au niveau du pore du canal et bloquer le passage des ions → c'est ce que l'on appelle le phénomène d'inactivation. Si on résume tous cela, au repos les segments S4 sont bien vers le milieu IC, la boule d'AA qui permet l'inactivation qui est entre le domaine 3 et 4 (donc qui n'est pas sur le pore → passage des ions sodiques possible). Plus on dépolarise, plus les segments S4 (qui sont représentés en rouge) vont sortir du canal pour être attirer vers l'extérieur et la boule d'acides aminés va être attirée vers l'intérieur du canal et va venir bloquer ce dernier. Plus la dépolarisation est importante, plus cette boule va se mettre dans le canal et va empêcher le passage des ions → inactivation du canal. Le canal potassique n'a pas cette structure moléculaire, cette « boule d'acide aminés » et donc n'a pas d'inactivation du canal, en revanche elle a cette activation des segments S4. II- Périodes réfractaires et courant sodium 1. Cycle d\'un canal Na+ Au repos je peux représenter le canal sodique par une protéine comprenant une porte appelée porte m qui est fermée au repos, lorsque je dépolarise, ouverture de la porte m, puis inactivation du canal qui ferme la porte h, on se retrouve à un état inactivé. Repolarisation pour revenir au potentiel de repos. C\'est ce que l\'on appel le processus de réactivation. 2. Périodes réfractaires Absolue → tous les canaux sodiques sont à état inactivé. Les périodes réfractaire = réactivation du courant sodique. 3. Les canaux NA e K comment ça marche ? Porte qui s\'ouvrent avec la dépolarisation → porte m ou segment S4 Le canal sodium est un canal qui va s'activer et qui va s'inactiver → il y a des portes moléculaires. Les portes qui s'ouvrent avec la dépolarisation qui permettent d'ouvrir le canal → ce sont les m gates (portes m), 3 ici. Ces portes sont sensibles à la dépolarisation. Pour le canal potassium, on appelle les portes n les portes qui s'ouvrent avec la dépolarisation, 4 ici. On va rajouter au canal sodium, une porte d'inactivation → porte h (h gate). Des formules représentent les variations de ces portes en fonction du voltage. Plus on dépolarise plus M est proche de 1, plus on hyperpolarise plus M est proche de 0 ; Canal sodique à 4 portes, ils faut que les 4 portes soient ouverte pour que le canal soir ouvert. III- Propagation du potentiel d\'action Potentiels électrotoniques : diminution de l'amplitude avec la distance Potentiels d'action: pas de diminution de l'amplitude avec la distance L\'amplitude de electrotonus diminue avec la distance. Pas de diminution du potentiel d\'action avec la distance. Lorsque l\'on mesure l\'amplitude de l\'electronus en fonction de la distance, on constate une diminution mono-exponentielle. Constante de longueur : Décroissance mono exponentielle : Vx = V0. e-x/tau Tau : constante Vx = V0. e-x/λ , λ constante de longueur Vx /V0= e-x/ λ Si x = λ donc Vx /V0 = e -1 Vx = 0,37. V0 Plus lambda augmente plus la décroissance est lente. Si un milieu est riche en ion, on peut dire qu\'il est conducteur, donc il est caractérisé par sa résistance. On sait qu\'il y a des ions qui passent au travers de la membrane donc la membrane est conductrice. → il y a une conductivité du milieu EC, on peut donc représenter le milieu EC par une résistance RE. A l'intérieur de l'axone, il y a des ions qui permettent de conduire le courant → il y a donc une conductivité à l'intérieur d'un axone (cette conductivité est représenté par RI). RE et RI sont des résistances que l'on appelle longitudinales car ils sont dans le sens de la longueur. Une résistance est en ohm, donc on va pouvoir représenter RI comme la résistance correspondant à une longueur de 1 mètre. La résistance longitudinale est en ohm par mètre. Les canaux ioniques laissent passer des ions de l'intérieur à l'extérieur et inversement donc on a une résistance transversale. Cette résistance transversale correspond à la résistance membranaire RM. On a un schéma électrique avec les résistances RE et RI longitudinales ; et RM transversale. On va diviser la membrane par des portions où l'on retrouve RE, RI, et RM qui se répètent tout au long de la membrane. Si on a un courant à l'intérieur, il peut être conduit par ces résistances à l'extérieur mais aussi au travers de la membrane. Si on a un schéma de résistance, on a un générateur qui délivre un voltage V0, ce générateur va générer un courant qui va se propager dans ce circuit électrique. Ce courant i va passer dans Ri1 et lorsqu'il y a un embranchement, ce courant va se diviser proportionnellement à la valeur des résistances qui sont dans les différentes branches. A mesure que le courant avance, lorsqu'il rencontre un nœud, il se divise en deux → 100 A, il rencontre un nœud puis se divise en deux 50 et 50, puis 50 rencontre un nœud et se divise en deux 25 d'un côté et 25 de l'autre.. Donc, plus on s'éloigne du point de création de voltage et plus le courant diminue. Les canaux Na+ s\'ouvrent localement en réponse au stimulus et déclenchent un potentiel d\'action en ce point, du courant dépolarisant s\'étend passivement le long de l\'axone, la dépolarisation locale provoque l\'ouverture des canaux NA+ voisins et déclenche un potentiel d\'action en ce point. Les canaux Na+ situés en amont s\' activent tandis que les canaux K+ s\'ouvrent. La membrane se repolarise et l\'axone devient réfractaire en ce point. Le lambda est un facteur important dans le déplacement du potentiel d\'action. Plus le lambda est grand plus le potentiel d\'action se déplace rapidement. λ est la constante de longueur ou d'espace Rm est la résistance membranaire Ri résistance longitudinale intracellulaire Si le diamètre est très petit la résistance est très grande et si le diamètre augmente la résistance diminue. Facteurs influençant la vitesse de conduction : - Diamètre de l\'axone - Résistance membranaire - Capacité membranaire Si le diamètre augmente, Ri diminue, λ augmente. Si Rm augmente λ augmente. Cette augmentation a lieu lorsqu\'il y a myélinisation. Dans un axone myélinisé le potentiel d\'action se déplace de nœud de ranvier en nœud de ranvier on parle de conduction saltatoire. IV -- Les synapses Neurone = cellule pré-synaptique Synapse : Lieu de transfert d\'information entre 2 cellules. Synapse électrique: permet le passage direct des courants électriques d'un neurone à l'autre Synapse chimique : permet le passage indirect de l'influx nerveux via des molécules chimiques : les neurotransmetteur 1. Synapses électrique Plusieurs propriétés : - Synapse électrique : jonction communicante (gap -- junction) - Bidirectionnelle - Connexon - Transfert d'ions, d'ATP, de métabolites, etc.. - Transmission rapide ( µsec) - Synchronisation de l'activité de plusieurs neurones Connexon : assemblage de connexines. 2. Synapse chimique - Fente synaptique (20 nm) - Vésicule synaptique - Neurotransmetteurs : Ach, GABA, 5-HT, etc... - Unidirectionnelle - Récepteurs post-synaptiques - Excitatrice ou inhibitrice 3. Le neurotransmetteur Acétylcholine : Système parasympathique, système sympathique pré-ganglionnaire, jonction neuromusculaire. Système nerveux central : mémoire et apprentissage. Les catécholamines (synthétisées à partir de la tyrosine) : *Noradrénaline* : système sympathique, système nerveux central : l\'attention, les émotion, le sommeil, le rêve et l\'apprentissage. *Dopamine* : contrôle du mouvement de la posture, humeur,plaisir *Sérotine* : Régulation de la température, sommeil, rythme circadien, l\'humeur, l\'appétit et la douleur. *Glutamate* : neurotransmetteur excitateur, le plus répandu dans le système nerveux central,n apprentissage et mémorisation. Acide gamma aminobutyrique : neurotransmetteur inhibiteur Caractéristiques : - Présents dans le neurone présynaptique - Dépolarisation présynaptique - Présence de récepteurs postsynaptiques: - Diversité des récepteurs - Ex: acétylcholine : nicotinique, muscarinique - Variabilité tissulaire Récepteurs adrénergiques : adrénorecepteurs → fibres qui libèrent une substance, la noradrénaline. Plusieurs types de récepteurs, lorsque la noradrénaline se fixe sur les récepteurs alpha elle provoque la vasoconstriction et lorsqu\'elle se fixe sur les bêta elle provoque la vasodilatation.