BICH 4943 Thèmes choisis en biochimie

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

2 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 Conduction nerveuse 2008

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

4 Schéma d'une neurone typique
Conduction nerveuse 2008

5 Exemples de divers types de neurones
Conduction nerveuse 2008

6 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 Conduction nerveuse 2008

7 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 Conduction nerveuse 2008

8 Réseau de neurones Signaux peuvent s’additionner 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) Conduction nerveuse 2008

9 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 Conduction nerveuse 2008

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

11 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 Conduction nerveuse 2008

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

13 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: f0 pas de déplacement net Donné en mV (généralement) f0 Na= + 60, f0 K= - 80 Équation de Nerst: calcul du potentiel d'un ion Conduction nerveuse 2008

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

15 Concentrations ioniques typiques d'une cellule
Conduction nerveuse 2008

16 Potentiel membranaire de repos (Y0)
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) Conduction nerveuse 2008

17 Calcul du potentiel de repos d'une cellule
Equation de Goldman Somme pondérée des f de chaque ion diffusible Au potentiel membranaire de repos ( Y0 = - 60) Na+ (fNa = + 60) tend à entrer dans la cell K+ (fK = -80) tend à sortir de la cell Conduction nerveuse 2008

18 Dépolarisation et hyperpolarisation
Changements subis de Y causés par entrée ou sortie massive d'ion dans la cellule Y0 => Y typique des nouvelles [ ] ioniques calculable avec équation Goldman Dépolarisation: Y est plus positif ou moins négatif mV => - 20 ou +15 Hyperpolarisation Y est plus négatif ou moins positif: mV => - 80 Conduction nerveuse 2008

19 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 Conduction nerveuse 2008

20 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, Y passe à valeurs plus basses que Y0 -> 80 mV (max.) hyperpolarisation Conduction nerveuse 2008

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

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

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

24 Inhibiteurs: bloque canal en configuration O, F ou R
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 <ion transporté> Conduction nerveuse 2008

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

26 Détecteur de voltage + barriere
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) Conduction nerveuse 2008

27 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 Ca2+ Relargage des neurotransmetteurs Conduction nerveuse 2008

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

29 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 Conduction nerveuse 2008

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

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

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

33 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- Conduction nerveuse 2008

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

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

36 Patch clamp d'un neurone
Conduction nerveuse 2008

37 Variantes d'isolement de zones
Conduction nerveuse 2008

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

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

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

41 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 Conduction nerveuse 2008

42 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 Conduction nerveuse 2008