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2008 Conduction nerveuse BICH 4943 Thèmes choisis en biochimie PRINCIPES GENERAUX Mécanismes moléculaires de la conduction nerveuse.

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1 2008 Conduction nerveuse BICH 4943 Thèmes choisis en biochimie PRINCIPES GENERAUX Mécanismes moléculaires de la conduction nerveuse

2 2008 Conduction nerveuse Cone axonal { int/gration des signaux venant de plusieurs dentrites Volatage-gated nomm/s d[apres la s/elctivit/ Lignand gated: d[apres le ligand: recepteur

3 2008 Conduction nerveuse BICH 4943 Thèmes choisis en biochimie Structure des neurones Mécanismes moléculaires de la conduction nerveuse

4 2008 Conduction nerveuse Schéma d'une neurone typique

5 2008 Conduction nerveuse Exemples de divers types de neurones

6 2008 Conduction nerveuse Gaine de myéline Enroulement autour de l'axone Membrane riche en myéline Isole l'axone Nœuds de Ranvier: petits espaces libres entre deux cell Schwann

7 2008 Conduction nerveuse Synapse Espace entre bouton synaptique d'une axone (présynaptique) et (généralement) celui d'une dendrite (post-synaptique) Transmission d'un signal chimique qui propage le signal électrique de l'axone vers la dendrite

8 2008 Conduction nerveuse Réseau de neurones Signaux peuvent sadditionner se soustraire, se moduler, etc. Propagation du signal peut se faire entre plusieurs neurones avec série de transmission électriques (dans les neurones) et chimiques (entre les neurones)

9 2008 Conduction nerveuse Corps neuronal contient l'essentel des organites Noyau Mitochondries Réticulum endoplasmique Golgi Axones sont enrichis en filaments du cytosquelette Microtubules Boutons synaptiques sont enrichis Vésicules de sécrétion Qq mitochondries

10 2008 Conduction nerveuse BICH 4943 Thèmes choisis en biochimie Potentiel membranaire Mécanismes moléculaires de la conduction nerveuse

11 2008 Conduction nerveuse Membrane et gradient électrochimique Membrane biologique imperméable aux ions Canaux de transport spécialisés (ouverts ou fermés) difusion des ions de part et d'autre de la membrane Gradient chimique: de concentration Gradient électrique: attraction des charges Charges diffusibles vs non diffusibles

12 2008 Conduction nerveuse Gradient eléctrochimique Il y a déplacement (si canaux ouverts) jusqu'à ce que potentiel chimique = potentiel électrique => équilibre

13 2008 Conduction nerveuse Potentiel d'équilibre ou de repos (d'un ion) Potentiel où il y a équilibre d'un ion de part et d'autre de la membrane: pas de déplacement net Donné en mV (généralement) 0 Na = + 60, 0 K = - 80 Équation de Nerst: calcul du potentiel d'un ion

14 2008 Conduction nerveuse Si pour un ion donné dans des conditions données > 0 => tendance à entrer dans la cellule tendance à sortir de la celllule Situation hypothétique car il y a plus dun ion dans une cellule En pratique il faudrait se baser sur le potentiel de repos de la membrane

15 2008 Conduction nerveuse Concentrations ioniques typiques d'une cellule

16 2008 Conduction nerveuse Potentiel membranaire de repos ( 0 ) Potentiel stable de la membrane qui existe quand tous les canaux ioniques sont fermés Pas de mouvements ioniques sgnificatifs Maintenu par Na-K ATPase ("pompe à Na-K) Différents de tous les potentiels d'équilibre de tous les ions Déterminé par potentiels d'équilibre de tous les ions Présence des ions non diffusibles Normalement négatif (autour de - 60 mV)

17 2008 Conduction nerveuse Calcul du potentiel de repos d'une cellule Equation de Goldman Somme pondérée des de chaque ion diffusible Au potentiel membranaire de repos ( 0 = - 60) Na+ ( Na = + 60) tend à entrer dans la cell K+ ( K = -80) tend à sortir de la cell

18 2008 Conduction nerveuse Dépolarisation et hyperpolarisation Changements subis de causés par entrée ou sortie massive d'ion dans la cellule typique des nouvelles [ ] ioniques calculable avec équation Goldman Dépolarisation: est plus positif ou moins négatif - 60 mV => - 20 ou +15 Hyperpolarisation est plus négatif ou moins positif: - 60 mV => - 80

19 2008 Conduction nerveuse Cas du Na dans une cell normale Na = + 60 mV tend à entrer cell si ouverture des canaux Na => entrée massive de Na dans la cell passe à des valeurs plus élevées que 0 -> … > + 60 (max.) dépolarisation

20 2008 Conduction nerveuse Cas du K dans une cell normale K = - 80 mV tend à sortir cell si ouverture des canaux K => sortie massive de K de la cell, passe à valeurs plus basses que 0 -> 80 mV (max.) hyperpolarisation

21 2008 Conduction nerveuse Mécanismes moléculaires de la conduction nerveuse Canaux ioniques BICH 4943 Thèmes choisis en biochimie

22 2008 Conduction nerveuse Canaux ioniques Structures transmembranaires pouvant laisser passer un ion par un pore (tunnel) interne selon Selon gradient électrochimique ( et ) Spécificité: ex. cation monovalent sélectivité: ex. Na vs K

23 2008 Conduction nerveuse Signal d'ouverture Différents signaux déclenchent l'ouverture Canaux voltaïques (potentiel-dépendants) Transmission électrique (neurone) Canaux ligand-dépendants Substance chimique du milieu extra-cell. (neurotransmetteur) Transmission chimique (synapse) Autres

24 2008 Conduction nerveuse Canaux voltaïques Spécifiques très sélectifs : très taille des ion (avec/sans coquille d'hydratation) Inhibiteurs: bloque canal en configuration O, F ou R Nom: canal à

25 2008 Conduction nerveuse Cycle d'un canal voltaïque Fermé (F) : aucun passage d'ion Peut être ouvert si est atteint Ouvert (O): passage ion Réfractaire (inactif) ( R): aucun passage d'ion Ne peut souvrir même si est atteint Retour à F après un certain temps

26 2008 Conduction nerveuse Structure générale Tunnel interne Passage des ions: Sélectivité par taille Détecteur de voltage + barriere Mouvement de charges induit par dépolarisation membranaire => changement conformationel Pas nécessairement de seuil d'ouverture précis Bouchon d'inactivation (état réfractaire)

27 2008 Conduction nerveuse Exemples de canaux voltaïques Canal à Na +: dépolarisation -> potentiel d'action? Canal à K +: hyperpolarisation retour a la normale Canal à Cl - : Inhition/régulation du signal Canal à Ca 2+ Relargage des neurotransmetteurs

28 2008 Conduction nerveuse Canaux ligand-dépendants Spécifiques tres sélectifs : plus ou moins Cycle: généralement pas Ouverture: liaison du ligand sur un site extracellulaire Nom: récepteur du

29 2008 Conduction nerveuse Agonistes et antagonistes analogues structuraux du ligand Affinité pour le site liaison > ligand Agoniste: se lie sur le site et l'active Antagoniste: se lie sur le site mais ne l'active pas Ligand/agoniste ne peut se lier Force ouverture ou bloque ouverture du canal

30 2008 Conduction nerveuse Exemple de canaux ligand-dépendant Récepteur acétylcholine (nicotinique) Récepteur GABA ( -aminobutyrate) Récepteur du glutamate

31 2008 Conduction nerveuse Etudes des canaux Dispositifs pour mesurer la polarisation des cellules et le fonctionnement des canaux Micro-électrodes

32 2008 Conduction nerveuse Micro électrode simple Mesure les potentiels membranaires selon les situations Changer milieu externe Effet ligand inhibiteurs

33 2008 Conduction nerveuse Clampage de zone (Patch clamp) Electrode = micropipette Fixe potentiel à un niveau Maintien potentiel par compensation avec électrons (courrant) Mesure du courant prop. Mouvements des ions Mesure entree/sortie ion Entrée cations/sortie d'anions => entrée e - Entrée anions/sortie cations => sortie e -

34 2008 Conduction nerveuse Labo avec système de clamplage Microscope Table anti-vibration Ordi Potentiomètre Micromanipulateur Syst. optiques

35 2008 Conduction nerveuse Diagramme d'un montage de base Contrôler composition milieu d'incubation

36 2008 Conduction nerveuse Patch clamp d'un neurone

37 2008 Conduction nerveuse Variantes d'isolement de zones

38 2008 Conduction nerveuse Cellule entiere Changer milieu extracellulaire Effet indirect produits dans le milieu extracell.

39 2008 Conduction nerveuse Zone renversée "intside-out" traction Effet produits intracell.

40 2008 Conduction nerveuse Zone normale "outside-out" Traction + succion Fermeture de la zone Membrane se reforme Effet produits millieu extracell

41 2008 Conduction nerveuse Exemple d'enregistrement obtenu Etude canal a Na a - 60 mV 1 pA durant environ 1 msec Presque 10,000 ions Na durant 1 msec

42 2008 Conduction nerveuse Exemple d'expérimentation Montage Pipette de clampage: NaCl, pas de Cl dans milieu intracell. Clampée à -45 mV Quelques ouvertures du canal et courant positif Si pipette de clampage: KCl Aucun courant => slnt Na passe par ce canal


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