Est-ce que des cellules peuvent être conductrices d’électricité?

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Le système nerveux Collège Lionel-Groulx

Plan du cours Les différentes divisions du système nerveux Les neurones et les cellules gliales Transport transmembranaire chez les cellules Changements de potentiel de membrane Déplacement de l’influx le long de l’axone Transmission de l’influx d’une cellule à une autre Intégration nerveuse Collège Lionel-Groulx

Les différentes parties du système nerveux
Système nerveux central (SNC) Encéphale Moelle épinière Système nerveux périphérique (SNP) Division sensitive (afférente) Division motrice (efférente) Collège Lionel-Groulx

Organisation du système nerveux
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Hiérarchie du SNP et direction de l’information nerveuse

Exemple 1: Régulation de la respiration
Déséquilibre: [CO2] (affecte le pH) Détection par des chimiorécepteurs Influx nerveux envoyé au SNC via le SNP division sensorielle (afférente) Analyse et prise de décision par les centres de régulation de la respiration du SNC (bulbe rachidien) Influx nerveux envoyé au diaphragmes et muscles intercostaux via le SNP division motrice (efférente) Changement de la freq. resp., retour à la normale du CO2 et du pH - Système cardiovasculaire -

Exemple 2: Arc réflexe Collège Lionel-Groulx

Structure fine du système nerveux
Réseau de centaine de millions de cellules appelées « neurones » Ces cellules sont responsables de transmettre les influx nerveux Elles sont accompagnées de cellules « gliales » Celles-ci soutiennent les cellules nerveuses, mais on a trouvé récemment que leur rôle était beaucoup plus complexe Collège Lionel-Groulx

Les neurones et leurs parties

Les cellules gliales Aussi appelées gliocytes 10 à 50 gliocytes par neurone Il existe plusieurs types de gliocytes: Astrocytes: soutien dans le SNC, barrière hémato-encéphalique Oligodendrocytes: gaine de myéline dans le SNC Neurolemmocytes (cellules de Schwann): gaine de myéline dans le SNP Collège Lionel-Groulx

Les cellules gliales Collège Lionel-Groulx

Les cellules gliales On a récemment découvert que des cellules gliales pouvaient communiquer avec les neurones et participer à la transmission et la modulation de signaux nerveux Collège Lionel-Groulx

La gaine de myéline Collège Lionel-Groulx

Propriétés des membranes
Phosphoglycérolipides Parties hydrophiles Partie hydrophobe Mosaïque fluide Sélectivement perméables O2 Na+ CO2 K+ Collège Lionel-Groulx

Transport transmembranaire
La membrane plasmique est sélectivement perméable Elle peut choisir ce qui entre et sort grâce à des protéines de transport appelées pompes ou canaux Le mode de transport dépend de deux facteurs: La nature du soluté à transporter Le gradient électrochimique de part et d’autre de la membrane Collège Lionel-Groulx

Transport transmembranaire: trois facteurs importants
La taille de la molécule Détermine la classe de transport La charge électrique/polarité de la molécule Détermine le « moyen » de transport (avec ou sans protéine) Le gradient ( [ ] ou électrochimique) Détermine la nécessité d’utilisation d’énergie (transport passif vs actif) Collège Lionel-Groulx

Gradients Gradient = différence de part et d’autre d’une membrane Deux sources de gradients Concentration Potentiel électrique Les molécules neutres sont affectées par le gradient de concentration Les molécules chargées sont affectées par les gradients de concentration et le gradient électrique, conjointement appelés gradient électrochimique Collège Lionel-Groulx

Types de transport transmembranaire
Dans le sens du gradient: Diffusion simple (molécules neutres) Diffusion facilitée (molécules chargées ou polaires) Contre le gradient Transport actif (toute molécule, nécessite de l’énergie) Macromolécules (actif) Endocytose (la cellule « avale ») Exocytose (la cellule « crache ») Collège Lionel-Groulx

Types de transport transmembranaire

Endocytose (pino) et exocytose
L’exocytose est exactement l’inverse… Collège Lionel-Groulx

Potentiel de membrane Les cellules possèdent des pompes électrogènes (pompes à H+, Na+/K+, etc.) Celles-ci génèrent un potentiel de membrane négatif (d’où le nom électrogène) Ce potentiel est appelé potentiel de repos pour les cellules nerveuses Les neurones ont la capacité de changer rapidement ce potentiel de membrane Collège Lionel-Groulx

Potentiel de repos (pp. 1214 - 1215)
En plus des pompes Na+/K+, des canaux ioniques permettent la diffusion facilitée des ions. Il y a plus de canaux à K+ qu’il y en a à Na+ Le potentiel de repos est plus près du potentiel d’équilibre (Eion) de K+ (-90 mV) que de Na+ (+62 mV) Équation de Nerst (à 37⁰C): Cette équation n’est pas à savoir pour l’examen K+: 5/140 = 0,036 log 0,036 = -1, x -1,447 = -89,7 mV Na+: 150/15 = 10 log 10 = x 1 = +62 mV 𝐸𝑖𝑜𝑛=62 𝑚𝑉 log 𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑥𝑡é𝑟𝑖𝑒𝑢𝑟 𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑡é𝑟𝑖𝑒𝑢𝑟 Collège Lionel-Groulx

Dépolarisations et hyperpolarisation
Les cellules sont polarisées (négativement) lorsqu’au repos Lorsque le potentiel de membrane change pour se rapprocher de zéro: dépolarisation Lorsque le potentiel de membrane change pour s’éloigner de zéro: hyperpolarisation Collège Lionel-Groulx

Concentrations ioniques autour de la cellule
Qu’arrive-t-il si on ouvre un: Canal à sodium? Canal à potassium? Canal à chlore? Collège Lionel-Groulx

Changements de potentiel
C’est la concentration de certains ions qui va varier grâce à l’ouverture de certains canaux ioniques Dépolarisation: entrée d’ions positifs (Na+) Hyperpolarisation: sortie d’ions positifs (K+) ou entrée d’ions négatifs (Cl-) Collège Lionel-Groulx

Dépolarisation graduelle et influx nerveux
Les changements de potentiels peuvent être gradués (petits, moyens, grands…) Si la dépolarisation atteint le seuil d’excitation: c’est le potentiel d’action ou influx nerveux L’influx nerveux n’est pas gradué: il est du type « tout ou rien » Collège Lionel-Groulx

Graphiquement… Collège Lionel-Groulx

Le secret des neurones: les canaux à ouverture contrôlée
Les neurones changent leur potentiel de membrane par diffusion facilitée Les neurones ont des canaux dont l’ouverture est contrôlée Il y a deux sortes de canaux à ouverture contrôlée Canaux tensiodépendants: potentiel électrique Canaux chimiodépendants: présence d’un ligand Collège Lionel-Groulx

Période réfractaire Collège Lionel-Groulx

Propagation de l’influx le long de l’axone
L’axone est dépolarisé région par région L’influx voyage de façon unidirectionnelle À votre avis, pourquoi la transmission de l’influx est-elle unidirectionnelle? Collège Lionel-Groulx

Propagation de l’influx le long de l’axone
L’axone est dépolarisé région par région L’influx voyage de façon unidirectionnelle grâce à la période réfractaire Deux facteurs font varier la vitesse de la transmission de l’influx: Diamètre du neurone Gaine de myéline: conduction saltatoire Collège Lionel-Groulx

Propagation de l’influx
Le sodium diffuse d’une région de l’axone à une autre Le changement local de potentiel de membrane permet à de nouveaux canaux de s’ouvrir Ainsi de suite d’un bout de l’axone à l’autre Collège Lionel-Groulx Cliquez ici pour une animation

Conduction saltatoire: 150 m/s

Transmission de l’influx nerveux d’une cellule à une autre
Deux types de transmission: Électrique Chimique La transmission se fait au niveau du synapse: jonction entre deux cellules nerveuses adjacentes Collège Lionel-Groulx

Transmission synaptique électrique: très rapide

La transmission synaptique chimique directe
Plus lente mais moins « contraignante » que la transmission électrique Se fait grâce à des canaux ioniques à ouverture contrôlée: les canaux chimiodépendants Nécessite l’utilisation de messagers chimiques: les neurotransmetteurs Collège Lionel-Groulx

Synapse chimique: 0,3 à 0,5 ms Une cellule moyenne possède entre 1,000 et 10,000 corpuscules nerveux terminaux! Largeur de la fente synaptique: 30 à 50 nm. Collège Lionel-Groulx Cliquez ici pour animation

Canaux chimiodépendants
Dans le premier cas, l’effet du Na+ est plus important que l’effet du K+ à cause de ENa (+62 mV) et EK (-90 mV). L’équilibre entre ces deux valeurs amène une dépolarisation. Collège Lionel-Groulx

Intégration nerveuse Un seul neurone peut avoir des milliers de synapses La fonction de chaque synapse peut varier: Synapses excitatrices Synapses inhibitrices Collège Lionel-Groulx

Intégration nerveuse Type de synapse Réponse postsynaptique Type de canaux ouverts Excitatrice Potentiel gradué, PPSE (dépolarisation) Canaux chimiodépendants à Na+ Inhibitrice Potentiel gradué, PPSI (hyperpolarisation) Canaux chimiodépendants à K+ ou Cl- Collège Lionel-Groulx

Intégration nerveuse Chaque neurotransmetteur peut induire un PPSE ou un PPSI La réponse postsynaptique dépend du type de canal ionique ouvert par le neurotransmetteur Un seul PPSE ne suffit habituellement pas à déclencher un potentiel d’action La sommation de divers PPS permet d’atteindre ou non le seuil d’excitation Collège Lionel-Groulx

Les types de sommation Sommation temporelle Un même neurone provoque plusieurs PPSE successifs permettant d’atteindre le seuil Sommation spatiale Différents neurones provoquent simultanément plusieurs PPSE permettant d’atteindre le seuil Collège Lionel-Groulx

Les types de sommation Collège Lionel-Groulx

L’effet de différentes drogues sur la transmission synaptique

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