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Le système nerveux: le potentiel d'action M. McIntyre.

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1 Le système nerveux: le potentiel d'action M. McIntyre

2 Potentiel de membrane et influx nerveux Luigi Galvani (1737 / 1798) Un courant électrique appliqué à un nerf provoque la contraction des muscles d'une grenouille morte. Une électricité animale circule dans les nerfs.

3 1850 : l'Allemand H. von Helmholtz ( ) mesure la vitesse de l'influx nerveux dans un nerf. Vitesse de quelques mètres par seconde seulement. C'est donc beaucoup plus lent que l'électricité circulant dans un fil métallique (~ vitesse de la lumière) Vitesse de quelques mètres par seconde seulement. C'est donc beaucoup plus lent que l'électricité circulant dans un fil métallique (~ vitesse de la lumière) La cellule, une pile électrique

4 Andrew Fielding Huxley (1917) Alan Hodgkin ( ) Expériences sur les neurones géants de calmar à la fin des années 30 et dans les années 40. Axones géant de calmar Ganglion contenant les corps cellulaires Nobel 1963

5 Potentiel de repos : -70 mV Il y a une différence de potentiel électrique entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule.

6 Extérieur de la membrane: Ions positifs = Na + surtout (un peu de K + aussi) Ions négatifs = Cl - surtout Intérieur du neurone: Ions positifs = K + surtout (un peu de Na + aussi) Ions négatifs = Protéines et ions phosphates Mais y a un léger surplus d ions + Mais y a un léger déficit dions + et léger surplus d ions - Concentrations en ions de chaque côté de la membrane:

7 Supposons que de part et dautre dune membrane on ait autant dions positifs que négatifs: 10 Cl - et 10 Na + 10 K + et 10 ions - Potentiel nul (autant de + que de -)

8 Que se passe-t-il si on ajoute des canaux permettant le passage des K+, mais pas des autres ions? ==> diffusion du potassium 10 Cl- 10 Na+ 3 K+ 10 ions - 7 K charges + et 10 - = +3 7 charges + et 10 - = -3

9 Le K+ cherche à diffuser en suivant son gradient de concentration Le K+ est attiré par les charges - de l'intérieur et repoussé par les charges + de l'extérieur La diffusion ne se fera pas jusquà équilibre des concentrations du K + Le gradient électrique qui se forme arrête la diffusion.

10 Les charges positives en surplus s accumulent sur la membrane Les charges négatives en surplus s accumulent sur la membrane À l équilibre: N.B. un peu de Na+ parvient à pénétrer +3 -3

11 La polarité de la membrane est donc due: Différence de concentration en ions entre lintérieur et lextérieur. Perméabilité sélective de la membrane (laisse passer le potassium, mais à peu près pas les autres ions). La polarité se maintient même si du Na + parvient à pénétrer: pompes à sodium / potassium. ~ 70% de lénergie dépensée par un neurone sert à faire fonctionner les pompes à sodium/potassium

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13 Le potentiel daction Les neurones peuvent réagir à un stimulus (excitabilité). Réaction = ouverture de canaux à sodium de la membrane Baisse dions + à lextérieur Hausse dions + à lintérieur

14 Entrée massive de Na + (~ à la s) ==> baisse de la polarité là où les canaux à sodium se sont ouverts. - 70mV - 60mV - 50 mV...

15 Si la polarité atteint un certain seuil ( ~ - 50 mV) ==> le phénomène s amplifie : dautres canaux à sodium souvrent soudainement (canaux tensiodépendants). La dépolarisation va atteindre une valeur limite = ~ +40 mV au point de la membrane où les canaux se sont ouverts.

16 Canaux tensiodépendants = canaux qui souvrent sous leffet dun courant électrique. Le déplacement dions par diffusion constitue un courant électrique (un courant électrique, ce sont des charges électriques qui se déplacent). Donc la diffusion dions engendre un courant électrique. Ce courant électrique, sil est assez fort, peut provoquer louverture de canaux tensiodépendants.

17 Fermeture des canaux à sodium. Ouverture de canaux à K + qui étaient fermés ==> perméabilité au K + ==> sortie de K + = potentiel d action Le point dépolarisé reprend rapidement sa polarité: Il n'entre que très peu de Na + lorsqu'un point de la membrane se dépolarise. Globalement, la concentration en Na + dans l'ensemble de la cellule n'augmente que de 0,0001% Le changement de concentration à l'extérieur est aussi faible.

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19 Après la repolarisation, la membrane demeure inerte un certain temps (les canaux à sodium ne peuvent pas souvrir) = période réfractaire. Un neurone réagit toujours par un potentiel daction. La stimulation a provoqué linversion de polarité de lextrémité de laxone du neurone sensitif.

20 Linflux nerveux Potentiel d action en un point de la membrane ==> déplacement dions au voisinage de la zone dépolarisée = courants électriques Potentiel d action en un point de la membrane ==> déplacement dions au voisinage de la zone dépolarisée = courants électriques Des courants électriques (ions qui se déplacent) sont engendrés dans cette zone

21 Les canaux à sodium vont souvrir ici Les faibles courants électriques engendrés par les ions qui se déplacent provoquent louverture de canaux à sodium TENSIODÉPENDANTS au voisinage de la zone qui sest dépolarisée ce qui provoque la dépolarisation de la zone voisine. La dépolarisation dun point de la membrane provoque la dépolarisation du point voisin.

22 Influx nerveux = déplacement d un potentiel daction le long de la membrane du neurone Influx nerveux = déplacement d un potentiel daction le long de la membrane du neurone Même principe que la vague dans un stade

23 Les anesthésiques locaux bloquent les canaux à sodium. Que se passe-t-il si on bloque ces canaux?

24 La tétrodoxine (ou tétrodotoxine), une neurotoxine abondante dans les viscères (intestins, foie, ovaires surtout) de certains poissons agit aussi en bloquant les canaux à sodium. Au Japon, certains restaurants servent du Fugu, un poisson riche en tetrodoxine que seuls certains cuisiniers certifiés peuvent apprêter (un seul poisson contient assez de toxine pour tuer 30 personnes). Tout l'art du cuisinier consiste à servir la chair du poisson sans la contaminer avec la toxine.Fugu

25 Vitesse de déplacement de linflux = ~ 3 Km / heure à ~ 300 Km / heure Vitesse dépend: Diamètre de la fibre nerveuse : diamètre ==> vitesse Présence de myéline ==> vitesse conduction saltatoire

26 dépolarisation repolarisation dépolarisation repolarisation dépolarisation

27 Loi du tout ou rien Pour quil y ait potentiel daction, la dépolarisation au point stimulé doit dépasser un certain seuil (~ - 40 à ~ - 50 mV ). Le stimulus 1 (S1) est plus petit que S2 qui est plus petit que S3. Seul S3 provoque une dépolarisation qui atteint le seuil du neurone.

28 Si la dépolarisation ne dépasse pas le seuil : la membrane reprend sa polarisation normale et il n y a pas d influx. Si la dépolarisation dépasse le seuil ==> ouverture de canaux tensiodépendants ==> dépolarisation jusquà + 40 mV et repolarisation = potentiel daction ==> influx nerveux Peu importe lintensité du stimulus, la dépolarisation ne dépassera pas + 40 mV

29 Perception de lintensité du stimulus Le SNC peut faire la différence entre un stimulus faible et un stimulus fort même si le potentiel d action est le même dans les deux cas: 1. Un stimulus fort fait réagir plus de neurones quun stimulus faible

30 2. La fréquence des potentiels produits est plus grande si le stimulus est fort. La fréquence peut varier, selon la force du stimulus, de 1 Hz (un potentiel par seconde) à 100 Hz


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