Module 3_Potentiels membranaires

Question 1

Qu’est-ce que le potentiel électrique?

Answer 1

Force électrique d’attraction entre des charges de signes opposés séparées par une barrière (source d’énergie potentielle capable d’effectuer un travail si on leur permet de revenir ensemble).

Question 2

Qu’est-ce que le potentiel membranaire (voltage)?

Answer 2

C’est le potentiel électrique de la membrane (différence de charges de chaque côté de la membrane).
Son unité de mesure est le millivolt (mV).

Question 3

Vrai ou faux? La face interne de la membrane est tapissée par des anions, la face externe par des cations.

Answer 3

Vrai.

Question 4

Parce que la surface interne de la membrane contient un excès d’anions, le potentiel membranaire de la cellule au repos est __________ (positif ou négatif)?

Answer 4

Négatif. Le milieu extra cellulaire sert de point de référence dans la mesure du voltage (0 mV).

Question 5

Le potentiel membranaire d’une cellule au repos est de _____ mV.

Answer 5

-70 mV

Question 6

a) Si le potentiel devient moins négatif et se rapproche de 0 mV, il y a __________.
b) Si le potentiel devient plus négatif que le potentiel de repos, il y a __________.

Answer 6

a) dépolarisation
b) hyperpolarisation

Question 7

Si une cellule dépolarisée retourne vers le potentiel de repos, il y a __________.

Answer 7

Repolarisation.

Question 8

Qu’est-ce que le courant?

Answer 8

Le mouvement d’éléments chargés (mouvement d’ions à travers la membrane).

Question 9

Vrai ou faux? Plus le potentiel membranaire est grand, plus le mouvement net d’ions est important.

Answer 9

Vrai.

Question 10

Qu’est-ce que la résistance?

Answer 10

Tout obstacle au déplacement des molécules chargées ou des ions.

Question 11

Vrai ou faux? Plus la résistance est grande, plus le courant est grand.

Answer 11

Faux, c’est l’inverse.

Question 12

Différencier conducteur et isolant.

Answer 12

Conducteur: procure peu de résistance au mouvement des ions (eau LIC et LEC).
Isolant: offre de la résistance au mouvement des ions (lipides membrane).

Question 13

Qu’est-ce que la loi d’Ohm?

Answer 13

I = V/R

Question 14

Nommer et décrire les facteurs (2) impliqués dans l’établissement du potentiel membranaire de repos.

Answer 14

1) La distribution inégale des ions dans le LIC et le LEC (gradients de concentration).
2) La perméabilité sélective de la membrane à ces ions.

Question 15

Quels sont les deux principaux ions impliqués dans la création du potentiel de repos?

Answer 15

K+ et Na+.
La pompe Na+/K+-ATPase cause une forte concentration de K+ dans le LIC et de Na+ dans le LEC.

Question 16

Comment est généré l’excès de charges positives à la face externe et de charges négatives à la face interne de la membrane?

Answer 16

-perméabilité au K+ cellule au repos = plus grande que Na+ (+ de canaux K+).
-diffusion K+ extérieur cellule fait excès charges positives à l’extérieur (charges négatives à l’intérieur).
-crée le potentiel membranaire.

Question 17

Expliquer ce qu’est le potentiel d’équilibre.

Answer 17

Exemple avec le K+:
-diffusion K+ LIC vers LEC selon gradient de concentration
-extérieur = +
-anions attirés face interne (ne traversent pas la membrane)
-intérieur = - (crée gradient électrique)
-mouvement K+ LEC vers LIC
-lorsque que forces tendent faire sortir K+ cellule sont neutralisées par forces tendent faire entrer K+ cellule = il n’y a plus de mouvement net de K+.
-différence de charges chaque côté membrane à ce moment d’équilibre = POTENTIEL D’ÉQUILIBRE.
-le potentiel d’équilibre d’un ion est déterminé par l’équation de Nernst.

Question 18

Quels sont les potentiels d’équilibre du K+ et du Na+?

Answer 18

EK+ = -90 mV
ENa+ = +60 mV

Question 19

Vrai ou faux? La perméabilité membranaire aux ions a un impact clé sur la contribution de chaque ion au potentiel de repos.

Answer 19

Vrai, plus la perméabilité à un ion est grande, plus le potentiel de repos est près du potentiel d’équilibre de l’ion.

Question 20

Expliquer pourquoi le potentiel de repos est de -70 mV.

Answer 20

Le K+ et le Na+ influencent le potentiel de repos. Puisque la membrane cellulaire est beaucoup plus perméable au K+ qu’au Na+, le potentiel de repos est beaucoup plus près du potentiel d’équilibre du K+ (-90 mV), mais l’entrée d’un certain nombre d’ions Na+ (potentiel d’équilibre +60 mV) dans la cellule contribue à rendre le potentiel de repos moins négatif (-70 mV).

Question 21

Pourquoi le Ca2+ et le Cl- ne sont pas impliqués dans le potentiel de repos?

Answer 21

Ca2+:
-fort gradient de [ ] entre LIC et LEC
-potentiel d’équilibre = +122 mV
-ne contribue pas car perméabilité membranaire presque NULLE

Cl-:
-fort gradient de [ ] entre LIC et LEC
-membrane perméable à cet ion
-ne contribue pas car potentiel d’équilibre = -70 mV (identique potentiel de repos)

Question 22

Quels sont les deux facteurs impliqués dans le potentiel de repos?

Answer 22

-gradient de [ ] de K+ et Na+ de chaque côté de la membrane (pompe Na+/K+-ATPase)
-différence de perméabilité membranaire à ces ions

Question 23

Quels sont les rôles de la pompe Na+/K+-ATPase dans la création et le maintien du potentiel de repos?

Answer 23

Indirect: établir gradients de concentration
Direct: contribue à la séparation des charges de chaque côté de la membrane (électrogénique)

Question 24

Qu’est-ce qui cause un changement dans le potentiel de repos?

Answer 24

-Des modifications soudaines de la perméabilité membranaire entraînent des mouvements d’ions à travers la membrane cytoplasmique.
-Causées par canaux à ouverture/fermeture contrôlée (ligand-dépendants, voltage-dépendants ou activés mécaniquement).

Question 25

Quel est le rôle des variations du potentiel membranaire?

Answer 25

Mouvement d'ions qui crée un signal électrique (sert de voie de communication aux cellules).

Question 26

Nommer les deux types de signaux électriques issus d'une modification du potentiel de repos.

Answer 26

-Potentiel gradué -Potentiel d'action

Question 27

Décrire les caractéristiques du potentiel gradué.

Answer 27

-importance du changement de potentiel membranaire varie en fonction de l'INTENSITÉ et de la DURÉE du stimulus. -déclenchés par des stimuli environnants (médiateurs chimiques ou stress mécaniques) qui activent des canaux ligand-dépendants ou activés mécaniquement. -peut être dépolarisant (ouverture de canaux Na+ ligand-dépendants) ou hyperpolarisant (ouverture de canaux K+ ligand-dépendants). -ampleur limitée. -se propage de façon bidirectionnelle. -agit sur de courtes distances (se propagent avec décrément: intensité diminue avec distance). Canaux de fuite dans membrane permet certains cations s'échapper dans LEC. -initie le potentiel d'action!

Question 28

Comment s'effectue la propagation du potentiel gradué?

Answer 28

1) entrée Na+ cellule (ouverture canal) --> dépolarisation localisée membrane (zone active). Zones adjacentes (inactives) = reste polarisées et conservent potentiel de repos. 2) Côté extracellulaire: zone active - Côté intracellulaire: zone active + 3) Différences de charges entraînent courant (long faces interne et externe membrane). 4) Le potentiel gradué se déplace de la zone active vers les zones inactives.

Question 29

Décrire les caractéristiques du potentiel d'action.

Answer 29

-présent dans les neurones et les cellules musculaires (cellules excitables). -déclenché par potentiel gradué. -rapides et de grande ampleur -même amplitude et durée pour un type cellulaire. -se propagent sur de longues distances (sans décrément). -dépend gradients de [ ] et perméabilité membranaire ions (Na+ et K+). -seuls les canaux voltage-dépendants peuvent engendrer potentiels d'action.

Question 30

Comparer le potentiel gradué et le potentiel d'action.

Answer 30

Question 31

Quels sont les deux principaux canaux impliqués dans la génération d'un potentiel d'action?

Answer 31

Les canaux Na+ et K+ voltage-dépendants.

Question 32

Décrire la conformation du canal Na+ voltage-dépendant lorsque la cellule est au repos et lorsqu'elle est activée.

Answer 32

-deux portes (porte d'activation et porte d'inactivation) -deux portes doivent être ouvertes pour permettre Na+ diffusion intérieur cellule. -configurations: 1) le canal est fermé mais peut être ouvert (porte d'activation seulement est fermée) 2) le canal est ouvert (deux portes ouvertes) 3) le canal est fermé et ne peut PAS être ouvert (porte d'activation ouverte et porte d'Inactivation fermée)

Question 33

Décrire la conformation du canal K+ voltage-dépendant lorsque la cellule est au repos et lorsqu'elle est activée.

Answer 33

-une seule porte -fermée cellule au repos -s'ouvre lentement lorsque cellule se dépolarise (permet faire sortir K+)

Question 34

Qu'est-ce que le potentiel seuil?

Answer 34

L'amplitude que les potentiels gradués doivent atteindre pour déclencher un potentiel d'action (-55 mV).

Question 35

Expliquer les changements de perméabilité et les mouvements ioniques qui surviennent lors des différentes phases d'un potentiel d'action, en décrivant la cinétique de l'ouverture/fermeture des canaux Na+ et K+ voltage-dépendants.

Answer 35

1) Potentiel membranaire de repos (-70 mV). Canaux Na+ et K+ voltage-dépendants fermés, canaux de fuite K+ ouverts. 2) Dépolarisation initiale causée par PG (potentiel seuil atteint). Déclenchement irréversible pente ascendante (dépolarisation) du PA. 3) -Potentiel d'action = forme de pic. Ouverture rapide canaux Na+ voltage-dépendants, cause entrée + importante de Na+ cellule, accentuant la dépolarisation et entraînant ouverture canaux Na+ additionnels. -Phase ascendante = rétrocontrôle positif, boucle se répète jusqu'à atteindre sommet pic (porte inactivation canal Na+ se ferme). Porte inactivation prend + de temps à se fermer, donc canal demeure configuration ouverte 0,5ms ce qui permet entrée Na+. -Sommet pic: polarité membranaire = +30 mV (perméabilité membranaire Na+ atteint maximum). 4) Sommet pic --> ouverture lente canaux K+ voltage-dépendants --> sortie K+ cellule. Dépolarisation arrête avec fermeture canaux Na+ et ouverture canaux K+. S'engage dans repolarisation. 5) Ouverture canaux K+ voltage-dépendants --> augmente perméabilité membranaire K+ --> repolarisation vers potentiel de repos. 6) Hyperpolarisation --> fermeture entre canaux K+ (repolarisation en deçà potentiel repos). -Canaux Na+ conformation fermé peut être ouvert (coïncide retour potentiel de repos). 7) Fermeture complète canaux K+ voltage-dépendants + activité pompes Na+/K+-ATPase + canaux de fuite K+ --> retour potentiel de repos.

Question 36

Expliquer les changements de perméabilité et les mouvements ioniques qui surviennent lors des différentes phases d'un potentiel d'action, en décrivant la cinétique de l'ouverture/fermeture des canaux Na+ et K+ voltage-dépendants. (suite)

Answer 36

Question 37

Expliquer le concept de "tout ou rien" associé è l'amplitude du potentiel d'action.

Answer 37

-PA identiques pour un type cellulaire -suffit seulement atteindre le potentiel seuil -si dépolarisation initiale en deçà potentiel seuil, PAS de PA.

Question 38

Comment la cellule différencie les stimuli d'intensités différentes dans le contexte du concept de "tout ou rien"?

Answer 38

-intensité convertie en fréquence! -plus l'amplitude du stimulus de départ (PG) est grande, plus le nombre de PA par seconde est grand. -un stimulus plus intense dépolarise un plus grand nombre de neurones, augmentant le nombre de signaux transmis au système nerveux central.

Question 39

Qu'est-ce que la période réfractaire lors du potentiel d'action?

Answer 39

Une période pendant laquelle la membrane résiste à se dépolariser de nouveau. Deux phases: période réfractaire ABSOLUE et RELATIVE. Période réfractaire absolue: -Début de la dépolarisation jusqu'à repolarisation potentiel de repos. -Inactivation progressive canaux Na+ voltage-dépendants (fermeture porte inactivation). -2e PA ne peut PAS être généré avant majorité canaux revenus conformation de base. Période réfractaire relative: -Immédiatement après absolue. -Canaux K+ voltage-dépendants tardent à se fermer (hyperpolarisation). -Possible générer 2e PA, MAIS stimulus dépolarisation doit être + élevé que normale.

Question 40

Quels sont les effets de la période réfractaire?

Answer 40

1) Limitent le nombre de PA générés par unité de temps. 2) Assurent propagation PA = UNIdirectionnelle.

Question 41

Expliquer comment s'effectue la propagation du potentiel d'action (direction).

Answer 41

PA initial induit courant électrique qui dépolarise région membranaire adjacente et génère 2e PA qui induit courant qui dépolarise région adjacente et génère 3e PA, etc. Processus se répète tout le long axone. *Analogie vague humaine (personne ne bouge, mais chacun se lève, dépolarisation, et s'assoie, repolarisation).

Question 42

Quelles sont les deux caractéristiques de la propagation du PA non partagées avec le potentiel gradué?

Answer 42

1) PA peut se propager longues distances sans décrément ou atténuation (amplitude dernier PA fin axone = amplitude 1er PA). 2) Propagation unidirectionnelle (vers l'avant, pas vers l'arrière), à cause de la période réfractaire absolue!

Question 43

Expliquer les deux types de propagation (conduction) des potentiels d'action.

Answer 43

Conduction contigüe: -axones non-myélinisés. -génération PA successifs régions membranaires adjacentes axone. Conduction saltatoire: -axones myélinisés. -fibre nerveuse recouverte de plusieurs couches de myéline (enroulement des cellules de Schwann autour de son axe). -composition myéline: 80% lipides, 20% protéines --> excellent isolant axone --> prévient fuite courant + favorise mouvement cations intérieur axone. -régions non-myélinisées, noeuds de Ranvier --> réparties à intervalle régulier. -Noeuds de Ranvier = régions pourvues +++ canaux Na+ voltage-dépendants --> seuls endroits où PA générés. -"Saute" d'un noeud à l'autre: propagation unidirectionnelle (période réfractaire).

Question 44

Identifier deux facteurs affectant la rapidité de la conduction.

Answer 44

1) Myélinisation de l'axone: -conduction saltatoire bcp + rapide (ne s'effectue que dans les noeuds de Ranvier). -pour fibre de même taille, vitesse conduction 50 fois + rapide dans axone myélinisé que non-myélinisé. 2) Diamètre de l'axone: -plus le diamètre est grand, plus la conduction est rapide (augmentation diamètre entraîne chute résistance). -selon loi d'Ohm: axone de diamètre supérieur = moins de résistance = propagation + rapide courant.