Electrodiffusion (1/2) Flashcards
Citer et expliquer brièvement les hypothèses de GHK qui permettent d’intégrer l’équation de Nernst-Planck et d’obtenir l’équation du potentiel membranaire.
L’intégration de l’équation de Nernst-Planck permet d’obtenir les équations de GHK en se basant sur les hypothèses suivantes :
-
membrane mince
- les coefficients de partitions aux deux interfaces de la membrane sont indépendant des concentrations
- **champ électrique transmembranaire constant **
- dψ/dx est une constante sur l’épaisseur de la membrane
- ψ varie linéairement au sein de la membrane
-
principe d’indépendance
- les ions traversent la membrane indépendamment les uns des autres (de la même espèce ou d’une espèce différente)
- suppose que le mouvement d’un ion en un point de la membrane est influencé par le gradient électrochimique en ce point.
-
Di constant
- Le coefficient de diffusion de l’ion i dans la membrane est constant
Indiquer l’équation du potentiel de GHK en considérant que le Na+, le K+ et le Cl- sont les principaux ions dont il faut tenir compte.
Equation du potentiel de GHK , dans les conditions physiologiques, où l’on considère que les ions perméants prédominants sont le Na+, le K+ et le Cl- :
Potentiel de diffusion : définition
Le potentiel de diffusion est une différence de potentiel (ddp) qui résulte d’une séparation de charge infinitésimale au niveau de l’interface séparant deux solutions contenant un sel, à des concentrations différentes et dont les ions qui proviennent de la dissociation de ce sel ont des mobilités différentes, permettant la formation de dipôles.
Potentiel de diffusion : conditions d’installation (en vous aidant d’un schéma)
La génération d’un potentiel de diffusion résulte de la formation de dipôle diffusant de façon orientée à travers une membrane à large pores qui sépare deux compartiments, il existe donc un potentiel de diffusion Δψ (où le compartiment vers lequel diffuse les ions aura toujours le signe de l’ion ayant la plus grande mobilité).
(Image Potentiel de diffusion au niveau d’une mb non selective à larges pores. avec Kacétate out (à gauche) > Kacétate in (à droite))
Potentiel de diffusion : caractéristiques au niveau d’une membrane sélective
- Gradient de concentration ionique transmembranaire
- Perméabilité membranaire différentielle aux ions hydratés
- Séparation infinitésimale de charge au niveau de la membrane et développement d’une ddp qui préserve l’électroneutralité
- Signe de la ddp dépend de la charge de l’ion hydraté dont la perméablité est la plus grande : le compartiment le moins concentré aura toujours le signe de l’ion dont la perméabilité est la plus grande.
Potentiel de diffusion : caractéristiques au niveau d’une membrane non sélective à larges pores
- Gradient de concentration ionique entre les deux compartiments séparés par une membrane non sélective
- Mobilité différente des ions hydratés provenant de la dissociation du sel
- Séparation infinitésimale de charge au niveau de la membrane et développement d’une ddp qui est un potentiel de jonction liquide et qui préserve l’électroneutralité
- Signe de la ddp dépend de la charge de l’ion hydraté dont la mobilité est la plus grande : le compartiment le moins concentré aura toujours le signe de l’ion dont la mobilité est la plus grande
Dipôle: définition
Un dipôle se constitue lorsqu’un sel, formé de deux ions de mobilités différentes se dissocie en solution. La séparation de charges va permettre le développement d’une ddp.
Dipôle: l’attraction entre les ions tend à accélérer/ralentir l’ion dont la mobilité est la plus grande?
L’attraction entre les ions tend à RALENTIR l’ion dont la mobilité est la plus grande.
(et à accélerer l’ion dont la mobilité est la plus faible)
But: préserve l’électroneutralité et confère une mobilité intermédiaire.
Les ions se déplace : au hasard/ en dipôle?
Les ions ne se déplacent pas au hasard mais par paires où en dipôles
Potentiel électrochimique de Nernst : définition
Le potentiel de Nernst est un potentiel de diffusion particulier qui se développe lorsqu’il existe un gradient de concentration ionique transmembranaire et que la membrane n’est perméable qu’à une seule espèce ionique. Il s’agit d’une situation hypothétique puisqu’une membrane biologique n’est jamais strictement perméable à une seule espèce ionique et strictement imperméable aux autres ions.
Potentiel électrochimique de Nernst : conditions d’installation (en vous aidant d’un schéma)
- Gradient de concentration transmembranaire
- Membrane sélectivement perméable à une seule espèce ionique et imperméable aux autres espèces ioniques
- Séparation de charge infinitésimale au niveau de la membrane ==> maintient gradient transmembranaire.
Potentiel électrochimique de Nernst : formule donnant l’expression du potentiel électrochimique de Nernst à 37°C.
Ei : potentiel de Nernst en mV
z: valence de chaque espèce ionique i.
R : contante des gazs parfaits = 8,31 J.K-1.mole-1
T : température, en K
F : constante de Faraday = 96 500 C.mol-1
C1, C2 : concentrations respectives dans les compartiments liquidiens
La stabilité d’un potentiel de diffusion nécessite…?
de maintenir stable le gradient transmembranaire, ce qui implique une dépense permanente d’énergie.
7 Caractéristiques de Nernst
- La driving force qui s’exerce sur l’ion perméant est nulle
- Le flux net de l’ion perméant est nul et les flux unidirectionnels sont égaux et opposés.
- A une température donnée, la valeur du potentiel d’équilibre d’un ion ne dépend que de la nature de l’ion et des concentrations de l’ion de part et d’autre de la membrane.
- Le signe de Ei dépend de la **charge de l’ion perméant **: le compartimenet le moins concentré (vers lequel diffuse l’ion perméant) aura toujours le signe de l’ion perméant.
- Les gradients ioniques restent inchangés (une séparation de charges infinitésimales permet le développement du potentiel de diffusion et ne modifie pas les gradients en mM)
- Le potentiel membranaire (Em ou Vm) et le potentiel d’équilibre de l’ion (Ei) ont la même valeur (les abrévations Em et Vm qui représentent le potentiel membranaire peuvent être utilisées de façon interchangeable)
- Le potentiel électrochimique de l’ion perméant est égal dans les deux compartiments
Potentiel de diffusion et potentiel électrochimique de Nerst : différences/similitudes.
Le potentiel de Nernst et le potentiel de diffusion qui se développe au niveau d’une membrane sont des potentiels de diffusion qui résultent d’une séparation de charge infinitésimale.
Mais :
- le potentiel de Nernst est un potentiel de diffusion particulier qui se développe lorsque la membrane n’est perméable qu’à une seule espèce ionique (situation hypothétique) :
- Il s’agit d’un potentiel d’équilibre électrochimique qui se maintient indéfiniment sans apport d’énergie extérieure et les gradients ioniques qui ne se dissipent pas restent donc inchangés.
- le potentiel de diffusion se développe au niveau d’une membrane qui présente une perméabilité différentielle à plusieurs espèces ioniques.
- Il ne s’agit pas d’un potentiel électrochimique dans la mesure ou il s’annule lorsque les gradients ioniques sont dissipés.
- La stabilité du potentiel de diffusion dépend de la stabilité des gradients ioniques et nécessite l’utilisation permanente d’énergie.
Expliquer la signification d’un gradient de potentiel électrochimique d’un ion i égal à zéro/différent de zéro
Le potentiel d’équilibre électrochimique, Ei, d’un ion i est calculé par la relation de Nernst :
Le signe de E indique le sens du gradient ionique (entrant ou sortant) Lorsque Ei ≠0, il existe une driving force nette s’exerçant sur i. Lorsque Ei = 0, il n’y a pas de driving force nette s’exerçant sur i et le système est à l’équilibre.
- Cation (z>0)
- Si Ei>0, Cext>Cint (gradient de concentration dans le sens entrant)
- Si Ei<0, Cext
- Anion (z<0)
- Si Ei<0, Cext>Cint (gradient de concentration dans le sens sortant)
Définir la driving force qui s’exerce sur un ion et donner la formule qui permet de la calculer.
Un courant sortant signifie …?
Un courant sortant signifie un courant sortant de charges positives.
L’intérieur de la cellule étant négatif, la sortie de charges positives hyperpolarise ou repolarise la cellule (rend l’intérieur de la cellule plus négatif par rapport à l’extérieur)
un courant sortant est un courant positif et hyperpolarisant (ou repolarisant)
Un courant entrant signifie…?
Un courant entrant signifie un courant entrant de charges positives.
L’intérieur de la cellule étant négatif, l’entrée de charges positives dépolarise la cellule (rend l’intérieur de la cellule moins négative par rapport à l’extérieur)
un courant entrant est un courant négatif et dépolarisant
