Physiologie du neurone - Principes de bioélectricité
Physiologie du neurone - Principes de bioélectricité
I / Mise en évidence
Avec une micro-pipette de verre :
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mis en place par Ling et Gerard
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PIC
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on envoie le signal électrique sur un oscilloscope ou un ordinateur
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on observe :
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que lorsque l'électrode est hors de la cellule : 0V de différence
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une brutale déflexion dans les valeurs négatives de l'ordre de -70 à -80 mV (il s'agit du potentiel de repos = PR)
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D'autre cellules sont qualifiée d’excitable et sont capable de faire varier le potentiel de façon variable pendant une durée variable, à la suite d'un stimulation, voire même d'inverser le potentiel. Mais toujours de façon transitoire.
Lorsque qu'on assiste à un éloignement du voltage par rapport au 0, le potentiel augmente (même si négatif). On parle d'hyperpolarisation.
Dépolarisation = vers le 0
Les molécules responsables de ces phénomènes n'ont été découvertes que tardivement.
Canaux ioniques :
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forment un puits à travers les parois cellulaires
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fonctionnent comme une enzymes
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s'ouvrent, se ferment
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très dynamiques
II / Excitabilité
PIC
Le potentiel de repos d'une cellule excitable. La stimulation engendre une dépolarisation d'un certain type. Ce phénomène a pour effet d'atteindre un niveau caractéristique de chaque cellule. Puis, repolarisation (chute du potentiel).
Avant la dépolarisation on a un pré potentiel.
Le potentiel de repos résulte du déséquilibre des concentration en K+ (peu concentré dans le plasma). Sortie permanente de potassium de la cellule (K++++++) vers le plasma (K+). Mais on a toujours autant de charges positives que négatives. Les acides aminés portent de nombreuses charges négatives, on libère donc des charges négatives des protéines lors de la sortie des K+ de la cellule.
La dépolarisation est due à l'entrée rapide et transitoire d'ions sodium qui sont beaucoup plus concentrés à l'extérieur qu'à l'intérieur (rush pendant une demi milliseconde).
La repolarisation est induite par l'ion potassium. Le courent d'ions potassium s'intensifie, puis rejoint sa valeur de repos (mais ne devient pas nul, les canaux restent ouverts). En intensifiant, il donne une valeur négative pour la repolarisation.
On a l’existence de ponts : grosses protéines, enzymes. Ces enzymes on besoin d'énergie, donc d'ATP ici. Le sodium va être expulsé de façon active (ex : Na/K ATPase.
Le calcium va de même avoir besoin de mécanismes pour pouvoir sortir de la cellule contre son gradient de concentration : la Ca2+ ATPase.
Il existe aussi des échangeurs. Le sodium est utilisé comme énergie électrochimique. Avec le célèbre échangeur calcium-sodium. Ça ne consomme pas d'ATP. Mais le bilan de leur fonction va être une consommation d'ATP. En conséquence, un neurone sans glucose meurt.
Autre notion importante : une cellule au repos a pût produire un potentiel. Mais si les canaux sont déjà ouvert ce ne sera plus le cas. Le potentiel d'action est dit tout ou rien, il se déclenche à 100% ou pas du tout. On parle d'une période réfractaire absolue pendant la dépolarisation et le début de la repolarisation. En fin de repolarisation on a une période réfractaire relative.
La durée de période réfractaire va déterminer la fréquence maximale à laquelle va fonctionner un organe. On appel la période réfractaire également période de récupération fonctionnelle (ERP = effectile refractory period).
III / Variabilité des potentiels d'action
Toutes les cellules ont au départ un potentiel de repos.
Historique rapide :
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il y a 1,5 milliard d'années : apparition de cellules avec une faible excitabilité principalement due aux échanges d'un ion
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les mers étaient riches en chlorure de potassium ! (et pas de sodium)
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800 à 900 millions d'année après : cellules similaire à nos cellules musculaires lisses :
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variation un peu plus lentes (quelques secondes), répétitives du potentiel avec des entrée d'ion calcium
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première cellules striées (attention : pas squelettique) à potentiel d'action rapide
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dépolarisation due à l'ion sodium avec la phase lente : plateau de dépolarisation (200ms) caractéristique du cœur
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repolarisation due au potassium
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puis suppression due plateau → cellules musculaires squelettiques (10 ms)
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1 ms chez les neurones (jusqu'à 500 Hz dans le cerveau!!!)
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PIC facultative
IV / Structure moléculaire des canaux
1,5 milliard d'année :
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PIC
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une oxydase :
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structure élémentaire
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ex : si on met 4 stylo les un contre les autres en « rond » on a un trou au milieu
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Puis :
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alliance entre deux structures (unitaires et monomériques)
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formation du filtre de sélectivité
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ajout de 4 domaines transmembranaires
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4 * 1 ou 2 * 2 ?
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domaine intramembranaire chargé négativement = détecteur de voltage sur le segment 4
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à la base du segment 6 : porte (pour les canaux ioniques les plus élaborés)
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segment 6 = sous-unité α
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x4 sous-unités α :
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4 filtres de sélectivités mis en « commun »
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Les canaux sodiques et calciques sont fabriqués selon le même modèle :
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avec α1, α2, α3 et α4
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mais dans les canaux potassique : liaisons non covalente, extrémité C-terminale pour chacune qui forme une grosse boule qui contribue à la fermeture du canal = principe de Bowl and Chain
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x5 → récepteur à l'acétylcholine
V / Généralisation et classification
On a des canaux qui servent à des fonctions extrêmement différentes. Mais tous laissent passer un ion donnés.
Ils varient par :
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le type d'ions :
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sodium → canaux sodiques
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calcium → canaux calciques
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potassium → canaux potassiques
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chlore → canaux chlore
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le type de déclenchement :
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voltage → canaux voltage dépendants
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molécule signale → canaux récepteur dépendants
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étirement (contrainte de compression ou d'extension) (détermine la pression circulatoire, la sensibilité au toucher)
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la localisation :
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tissu, organe (cardiaque, nerveux, musculaire, …)
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subcellulaire (membrane, noyau, réticulum, mitochondrie)
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ce ne sont pas les mêmes canaux selon les endroits !
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la génomique :
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i
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protéine
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gène
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ex : le canal sodique (i(Na)), protéine : Nav1.5, gène SNC5
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ex : le canal calcique (i(Ca)), protéine : Cav1.2, gène CACNA
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le changement d'un acide aminé suffit à modifier le fonctionnement d'un canal
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canalopathies possibles
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Transporteurs d'ions et échangeurs :
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PIC facultative
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les sous unités α de ces transporteurs et échangeurs contenant un nombre de domaines transmembranaire supérieur ou égal à 6
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classement en fonction :
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du substrat :
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des ions : (ex : ions Na+, K+, Ca2+)
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métabolites
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de l'énergie :
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ATP
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Na+
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localisation :
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comme les canaux
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direction du transport :
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uniport : une seule chose
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antiport :deux chose dans des directions différentes
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symport : deux choses dans la même direction
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génomique :
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canaux
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