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 Notes de cours

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Nicolas
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MessageSujet: Notes de cours   Mer 8 Mar à 17:49

1. Transports membranaires
1. 1. Compartiments liquidiens
Les systèmes de l'organisme sont interdépendants: les systèmes digestifs, respiratoires et urinaires échangent des molécules avec le milieu extérieur; il y a aussi des échanges avec le système sanguin: le système digestif fournit des nutriments (glucose, acides gras, acides aminés), des sels et de l'eau; le système respiratoire amène de l'oxygène et évacue du gaz carbonique; enfin, le système urinaire filtre le sang.
Les cellules font des échanges avec les différents systèmes du corps, avec lesquels elles sont en équilibre. En particulier, elles sont en contact avec le liquide extracellulaire, qui est un filtrat du plasma sanguin. On appelle aussi ce liquide le "milieu intérieur".
Le corps humain est constitué d'environ 60% d'eau corporelle et de 40% de matière solide. Le liquide intracellulaire représente 40% de la masse corporelle et le liquide extracellulaire 20%. Il est composé de 5% de plasma sanguin et de 15% de liquide interstitiel. Enfin, la masse solide est composée de 18% de protéines, de 15% de lipides et de 7% de minéraux.
Le plasma, le liquide interstitiel et le liquide intracellulaire contiennent des concentration différente de sels. Les cations (+) sont cependant toujours en équilibre avec les anions (-).
Dans le plasma, le Na+ est très abondant (140 mMol/l), le K+ rare (5 mMol/l), et les autres cations très peu abondants. Le plus important des anions est le Cl- (90 mMol/l), suivi par le HCO3- et les protéines chargées négativement (20 mMol/l chacun). Les autres anions composent les 10 mMol/l restants.
Les capillaires filtrent le plasma pour former le liquide interstitiel. Sa composition est légèrement différente de celle du plasma sanguin; cependant, la concentration en sels est comparable, et toujours équilibrée entre les anions et les cations. Il ne contient plus de protéines chargées négativement, 100 mMol/l de Cl- et environ 25 mMol/l de HCO3-.
La membrane cellulaire entoure la cellule et filtre le trafic. Le cytoplasme contient beaucoup de K+ (140 mMol/l) et peu de Na+ (10 mMol/l). On rencontre aussi une fraction d'environ 50 mMol/l d'autres cations, dont le plus abondant est le Mg++ (26 mMol/l). Son taux est bien plus élevé qu'à l'extérieur de la cellule (1 à 2 mMol/l). La plus grande fraction des anions est composée de phosphates (120 mMol/l), les protéines chargées négativement occupent aussi une place importante (60 mMol/l), le HCO3- et le Cl- ne comptent que pour 10 mMol/l chacun.
Le taux de Ca++ varie de manière importante entre le milieu intracellulaire et extracellulaire: à l'extérieur de la cellule, il est de 2 mMol/l environ, tandis qu'à l'intérieur de la cellule, il n'est que de 10p-4 mMol/l.
Toutes ces valeurs sont régulées pour maintenir une homéostasie. Une modification trop importante de ces taux provoque des dérèglements physiologiques comme une modification du volume cellulaire ou une apoptose.
Le pH garde une valeur constante de 7.4 environ à l'extérieur comme à l'intérieur de la cellule; au sein de la cellule, il peut cependant varier de manière plus large que dans le plasma.
Une différence de potentiel est mesurable entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule. En temps normal, l'intérieur de la cellule est chargé négativement et l'extérieur positivement. Le potentiel mesuré vaut, en temps normal, -70 à -90 mV.
L'osmolarité est constante et a une valeur d'environ 290 mosm/l. Si l'osmolarité n'est pas conservée, le l'eau entre ou sort de la cellule pour atteindre un nouvel équilibre; le volume cellulaire change donc. Les solutions physiologiques doivent donc être isoosmotiques; on parle normalement de solutions isotoniques.
La membrane est constituée d'une bicouche lipidique sur laquelle sont fixée des protéines. Certaines sont transmembranaires. Une membrane composée uniquement d'une bicouche lipidique laisse passer l'eau, les gaz (CO2, N2, O2) et les petites molécules comme l'urée et l'éthanol. Le glucose, par exemple, ne passe pas à travers la membrane; il en va de même pour tous les ions, pour l'ATP et le glucose-6-phosphate. Une membrane constituée uniquement d'une bicouche de phospholipides n'est donc pas fonctionnelle.
Dans une paroi cellulaire normale, seulement 10% de l'eau passe par la membrane; le reste passe par un type de canal particulier appelé "aquaporine".
La perméabilité de la membrane pour une molécule donnée dépend de son coefficient de partition, c'est-à-dire, de la proportion de cette molécule dissoute dans une phase aqueuse par rapport à celle dissoute dans une phase organique. Le coefficient de partition constitue donc une mesure de la lipophilie de la molécule; plus il est haut, plus la molécule est lipophile. Les molécules lipophiles, même de grosse taille, diffusent donc relativement facilement à travers la membrane, tandis que de petites molécules très lipophobes ont plus de peine.


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Nicolas
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MessageSujet: Re: Notes de cours   Mer 8 Mar à 17:51

1. 2. Transport actif et passif
La diffusion "simple" à travers une membrane n'est pas médiée par une protéine; la molécule diffuse simplement à travers la bicouche, en suivant son gradient de concentration.
Certains canaux permettent un "transport facilité" (le terme est impropre, mais toujours utilisé): les protéines ne sont pas confrontées au milieu lipidique, mais suivent simplement le gradient de leur concentration, comme s'il n'y avait pas de membrane.
Tous les transports fonctionnant grâce à un gradient de concentration sont dits "transport passif". Au contraire, quand le transport doit faire face à un gradient peu favorable, on parle de transport actif. Une source d'énergie est alors nécessaire. S'il s'agit de l'ATP, on parle de "transport actif primaire".
Un canal uniport ne laisse passer qu'un type de molécule, et dans un seul sens.
Un canal symport transporte deux types de molécules dans le même sens.
Un canal antiport transporte un type de molécule dans un sens et un autre dans l'autre.
Le transport symport ou antiport peut utiliser l'énergie apportée par une molécule qui suit son gradient de concentration pour transporter une autre molécule contre son gradient.
On peut différencier deux types de canaux selon le moyen par lequel ils sont "opérés" (activés ou inhibés):
- LOC (ligand operated chanel): le canal est régulé par un ligand, comme l'acétylcholine (Ach), la Noradrénaline, l'acide gamma-aminobutyrique, le glutamate, etc.
- VOC (voltage operated chanel): le canal est régulé par un changement de polarisation de la membrane.
On peut rencontrer différentes modulations sur un même canal; ainsi, il est possible de trouver des canaux sensibles à plusieurs ligands et au voltage. Certains canaux sont aussi régulés par une phosphorylation ou une déphosphorylation. VOC et LOC peuvent donc être cumulés.
Par exemple: - Un canal sensible au voltage possède une région sensible au voltage, chargée, et dont les changements de charge font changer la conformation. Il ne laisse passer qu'une seule sorte d'ion, et possède donc un "filtre de sélectivité"; il possède aussi un portillon ("gate"), qui lui permet le "gating": si le filtre de sélectivité est activé, le portillon s'ouvre. Ce type de canaux laisse passer un million à un milliard d'ions par seconde. Il est donc finement régulé par des activateurs et des inhibiteurs, qui régulent son activité de manière très spécifique.
- Un récepteur-canal ionotrope à Ach possède une unité réceptrice ancrée à un canal. Ce type de canal est un récepteur nicotinique: la nicotine a le même effet que l'Ach. Le récepteur est composé de deux sous-unités alpha, d'une sous-unité bêta, gamma et delta. L'Ach se fixe sur deux sous-unités alpha: le canal laisse entrer le Na+ et sortir le K+. Il n'est donc pas spécifique. Ce type de canal n'est pas sensible au voltage mais uniquement aux ligands. Chaque sous-unité est composée de quatre hélices transmembranaires; l'une d'entre elles est plutôt hydrophile, et est située à l'intérieur du canal, ce qui permet le passage facilité des ions.
- Un récepteur-canal GABA est un récepteur-canal ionotrope sensible au GABA. Il laisse passer le chlorure (Cl-). Ceci a donc pour effet d'hyperpolariser, et de diminuer l'excitabilité d'une cellule (p. ex: neurone). Les benzodiazépines ont un effet similaire au GABA.
La signalisation entre les cellules peut appartenir à différents types:
- juxtacrine: les récepteurs membranaires d'une cellule sont activés par des récepteurs membranaires d'une autre cellule (p. ex: intégrines).
- autocrine: la cellule libère un neurotransmetteur, ce qui l'active en agissant sur ses propres récepteurs.
- paracrine: la cellule libère un neurotransmetteur qui agit sur une cellule située à proximité.
- endocrine: une cellule libère un neurotransmetteur dans le sang; celui-ci est propagé par la circulation et active les récepteurs d'une cellule éloignée.
- neuronale: le neurone possède un prolongement cellulaire, l'axone, parfois long de plus d'1 m, qui lui sert à propager l'information par le biais d'une synapse chimique.
- jonction GAP: jonction communicante qui couple deux cellules et permet des échanges métaboliques et électriques.
On rencontre parfois, surtout au début du développement neuronal, des jonctions communicantes entre deux neurones; on parle de jonctions électriques. Leur fonctionnement est similaire à celui d'une jonction GAP et plutôt distinct d'une jonction synaptique normale.
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Nicolas
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MessageSujet: Re: Notes de cours   Lun 13 Mar à 23:39

Les jonctions communicantes permettent le couplage de deux cellules: toutes les molécules ayant un poids moléculaire inférieur à mille Da passent librement, de même que les ions. Elles sont aussi appelées jonctions GAP ou nexus. Elles sont composées de petits cylindres hexagonaux creux appelés connexons. Les connexons portés par chacune des deux membranes doivent être connectés pour que la jonction soit active. Les six sous-unités qui forment un connexon sont appelées connexines.
On rencontre des jonctions GAP dans le foie, le coeur, les muscles lisses, le système nerveux central, etc. Elles peuvent être régulées par la phosphorylation ou le voltage; un pH acide a tendance à les fermer, de même qu'une concentration trop élevée de Ca++.
Elles permettent donc le couplage ionique, moléculaire et électrotonique.
La diffusion simple est la diffusion d'une molécule à travers une membrane. Le flux est régi par l'équation:
F = K A ∆C
K: coefficient de perméabilité
A: aire de la membrane
∆C: différence de concentration
La différence (ou gradient) de concentration modifie le flux.
La perméabilité de la membrane est donc une constante importante à connaître; elle change selon la composition de cette membrane. On peut donc définir:
K = alpha D
alpha: solubilité
D: diffusion
D'où:
F = alpha D (∆C/∆x)
∆x: épaisseur de la mebrane, en Å
Une molécule non-polaire est plus soluble dans la membrane; elle diffuse donc mieux.

Diffusion facilitée:
Une protéine membranaire laisse passer spécifiquement une molécule (ou un ion) donné.
Les étapes du transport sont:
1) liaison
2) changement de conformation
3) dissociation
La spécificité est due à une liaison chimique du substrat avec un acide aminé ou un sucre. Étant donné que le fonctionnement s'apparente à celui d'une enzyme, la diffusion facilité obéit à la loi de Michaelis-Menten:
V = Vmax / 1 + kM / C. Ceci explique que les protéines transmembranaires aient un taux de saturation.
Exemples:
- GLUT1 transporte le glucose de l'extérieur à l'intérieur de l'érythrocyte. Cette protéine est saturable; c'est elle qui transporte plus de 99% du glucose métabolisé par l'érythrocyte. Le taux moyen de glucose dans le sang oscille entre 5 et 8 mMol/l, ce qui est plus ou moins égal à la concentration de saturation. kM, la concentration à laquelle V = 1/2 Vmax, vaut environ 1.5 mMol/l pour le D-glucose; pour le L-glucose, la concentration doit valoir plus de 3000 mMol/l; il n'est donc presque pas transporté. Le D-mannose a un kM de 20 mMol/l et le D-galactose de 30 mMol/l. Ils sont donc aussi transportés, mais très peu.
GLUT1 se rencontre essentiellement dans les érythrocytes, mais aussi dans le pancréas, le foie, les reins, etc.
La famille des GLUT compte une quinzaine de membres, dont:
- GLUT2, présent dans l'intestin, etc.
- GLUT3, présent dans le placenta, etc.
- GLUT4, présent dans le coeur, le tissu adipeux, les muscles squelettiques, etc.
- GLUT5, présent dans l'intestin grêle, etc.
Toutes ces protéines transmembranaires se rencontrent en outre aussi au niveau du cerveau.


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Nicolas
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MessageSujet: Re: Notes de cours   Lun 13 Mar à 23:40

Au sein des érythrocytes, le transport de l'oxygène et du gaz carbonique dépendent du transport du bicarbonate (HCO3-) et de l'ion chlorure (Cl-):
- dans les capillaire systémiques, le CO2 diffuse librement dans l'érythrocyte; il est transformé en H2CO3 par l'anhydrase carbonique, et un proton s'en dissocie pour se fixer sur l'hémoglobine. Ceci dissocie l'O2, qui est libérée et diffuse hors de la cellule. Pour éviter un taux intracellulaire trop élevé de HCO3- toxique, un échangeur antiport transporte HCO3- et l'échange contre du Cl-
- dans les capillaires pulmonaires, l'O2 en saturation entre dans la cellule, ce qui chasse le proton par un mécanisme compétitif. Le proton reforme donc du H2CO3, et l'acide carbonique est dissocié en eau et gaz carbonique. L'échangeur antiport change de sens pour amener du HCO3- en échange de Cl-, ce qui permet l'éjection du gaz carbonique.
Uniports, symports et antiports:
uniports:
- GLUT (GLUcose Transport) conduit le glucose dans la cellule
symports:
- SGLT (Sodium GLucose Transport) fait entrer un Na+ et un glucose. On le rencontre dans les entérocytes de l'intestin
- Dans le rein basal, un symport permet de faire entrer Na+ et HCO3-; un autre K+ et Cl-.
- Dans les érythrocytes, le rein apical et les glandes salivaires se trouve un transporteur Na+, 2Cl- et K+.
antiports:
- Dans le coeur et le rein se trouve un antiport cationique régulateur de pH, qui transporte un Na+ dans la cellule et en fait sortir un proton.
- Dans les érythrocytes (bande 3 de l'électrophorèse) se trouve un échangeur d'anions, qui fait entrer un Cl- et sortir un HCO3-.
Certains ports sont électrogènes:
symports électrogènes:
- Dans le rein (t. proximal), fait sortir 1 Na+ et 2 à 3 HCO3-
- Dans le rein (t. proximal), fait entrer 3 Na+ et 1 HPO4--.
antiports électrogènes:
- Dans le sarcolemme (coeur): fait entrer 3 Na+ et sortir un Ca++
- Dans la mitochondrie, fait entrer un ADP3- et sortir un ATP4-
- Dans le système nerveux central, au niveau des astrocytes, fait entrer un glutamate, un proton et 3 Na+ et sortir 1 K+.
Dans tous ces cas, il s'agit de transport facilité.
Les ports qui ne font pas changer l'état électrique de la membrane sont appelés "électroneutres", par opposition aux ports électrogènes.
En cas de transport passif, la molécule s'associe à la protéine en conformation A. Ceci la fait changer de conformation. La conformation B relâche la molécule de l'autre côté de la membrane.
En cas de symport, deux molécules sont associées sur la protéine. L'une des deux est transportée passivement et apporte l'énergie nécessaire au passage de l'autre molécule, qui subit un transport passif secondaire. Par exemple, le SGLT fait entrer un Na+ par transport passif et un glucose par transport actif secondaire.
Dans le cas du transport actif primaire, le transport est une pompe qui lutte contre un gradient direct. Elle utilise de l'énergie, fournie par l'ATP. Par exemple, la Na+/K+ATPase lutte à la fois contre les gradients du Na+ et du K+.
Il existe différents types de pompes ATPases motrices d'ions:
- les pompes P (phosphorylation) comptent deux sous-unités. Elles peuvent transporter H+, Na+, K+ et Ca++. La membrane plasmique des champignons et des plantes comprend des pompes H+; la membrane plasmique des eucaryotes comprend la pompe Na+/K+ et la pompe Ca++. L'estomac des mammifères comprend en outre une une pompe H+/K+; le reticulum sarcoplasmique un autre type de pompe Ca++.
- les pompes F (facteur) sont localisées dans les mitochondries. Elles comprennent au minimum 8 sous-unités, et leur tâche est de synthétiser de l'ATP en utilisant un gradient de protons.
- les pompes V (vacuolaires) sont présentes dans les lysosomes et les endosomes, mais aussi dans les vacuoles de sécrétion de certaines cellules, comme les ostéoclastes. Elles comprennent au minimum 7 sous-unités, et leur fonction est de créer un gradient de protons.
La pompe Na+/K+ATPase permet de maintenir la concentration normale de Na+ et de K+ au sein de la cellule; si ce n'est pas le cas, la cellule subit de graves troubles physiologiques, qui peuvent entraîner sa mort. Sans cette pompe, les cellules ne peuvent donc pas vivre.
La pompe Na+/K+ATPase comprend deus sous-unités alpha, qui effectuent le transport, et deux sous-unités bêta. Il s'agit donc d'un tétramère. Le transport qu'effectue cette protéine consiste à faire sortir 3 Na+ et entrer 2 K+. Elle maintient donc les gradients de Na+, de K+ et le gradient électrique.
Le kM de K+ vaut environ 0.05 mMol/l, et celui de Na+ 0.2 mMol/l.
Le fonctionnement de la pompe Na+/K+ATPase est le suivant: du côté cytoplasmique, la protéine a une haute affinité pour le Na+ et une très faible affinité pour le K+. Dès que la protéine a fixé 3 Na+, un phosphate est fixé sur un résidu Asp, ce qui cause un changement de conformation: les 3 Na+ sont libérés à l'extérieur de la cellule, car ils n'ont plus qu'une très faible affinité pour la pompe Na+/K+ATPase; le potassium a maintenant une grande affinité pour cette dernière et se fixe à sa surface. Le phosphate est alors clivé, ce qui fait rentrer les 2 K+; le changement de conformation fait aussi baisser l'affinité de la protéine pour le K+, qui est dissocié et relâché dans le milieu intracellulaire.
Si la cellule manque d'ATP, la pompe Na+/K+ATPase n'est plus active, et les gradients ne sont plus maintenus.
L'ouabaïne est un stéroïde cardiotonique qui bloque totalement la Na+/K+ATPase, en se liant spécifiquement à la grande sous-unité.
L'acidification cellulaire diminue le fonctionnement de la pompe Na+/K+ATPase.

La concentration calcique est 10'000 fois plus importante à l'extérieur qu'à l'intérieur de la cellule. La pompe Ca++ possède deux sous-unités liant chacune deux Ca++; chaque molécule d'ATP utilisée fait sortir 2 Ca++. Cette stoechiométrie est valable uniquement dans les muscles; ailleurs, elle est parfois différente.
Des pompes sont aussi présentes sur la membrane du lysosome: elles maintiennent un milieu acide (pH: 5.0) qui permet l'activité des enzymes protéolytiques. Il s'agit ici de pompes V.
La concentration de protéines de transport varie fortement entre différentes membranes:
- on rencontre 27'700 jonctions GAP par µm2 d'hépatocyte
- il y a 10'000 récepteurs à Ach par µm2 sur la synapse neuromusculaire
- il y a 23'000 canaux à Na+ par µm2 dans les noeuds de Ranvier, 200 à 600 sur le muscle squelettique, 1600 à 3350 sur les muscles striés, 2400 dans l'épithélium de la trachée, pour une seule dans les érythrocytes.
- on rencontre 8700 canaux Ca++ATPase par µm2 sur le reticulum sarcoplasmique.


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MessageSujet: Re: Notes de cours   Mar 14 Mar à 20:12

Résumé:
Diffusion "simple":
- à travers la membrane: les gaz (N2, O2, CO2, …) diffusent librement; l'eau peut aussi passer (10 % de l'eau entrant ou sortant d'une cellule passe par sa membrane)
- aquaporine: 90 % de l'eau qui entre ou sort d'une cellule passe par cette structure. L'urée peut aussi l'emprunter.
- VOC (Voltage Operated Channel): laisse entrer ou sortir les ions Na+, K+, Ca++ ou Cl-. Ce type de canal est régulé par le potentiel membranaire.
- LOC (Ligand Operated Channel) type "récepteur-canal": si le ligand est l'acétylcholine, le canal laissera passer Na+ ou K+; s'il s'agit du GABA, le Cl-; s'il s'agit d'un récepteur IP3 (inositol triphosphate), le Ca++; si le ligand est le glutamate, Na+, K+ ou Ca++.
- jonction communicante: toutes les molécules dont le poids moléculaire est inférieur à 1000 Da diffusent librement.
Diffusion "facilitée" et transport actif secondaire:
Le transport actif secondaire dépend, sauf exceptions, du gradient de Na+.
- uniport: GLUT: fait entrer le glucose
- symport: Na+/glucose, Na+/acide aminé, Na+/HCO3-, Na+/2 Cl- + K+
- antiport: Na+\H+, Cl-\HCO3-
Transport actif primaire (ATPases) (il ne s'agit pas d'antiports mais de pompes)
- Na+/K+ATPase: deux K+ entrent et trois Na+ sortent
- H+/K+ATPase: deux K+ entrent et deux H+ sortent
- autres: sortie de Ca++ ou de H+
Macrotransports (consomment de l'ATP):
- endocytose
- exocytose
- phagocytose
- pinocytose

Les enzymes ont un taux d'activité variable:
- la catalase et l'anhydrase carbonique ont un turnover de plus de 10p6 molécules / seconde
- la plupart des canaux laissent passer 10p6 à 10p9 molécules / seconde
- la Na+/K+ATPase laisse passer 5x10p2 Na+ / seconde
- la Ca++ATPase fait sortir 200 Ca++ / seconde

Dans une cellule, il y a constamment des entrées de Na+ et des sorties de K+, ceci dû aux échangeurs, aux canaux ioniques, etc. Il y a donc une diminution constante des gradients de ces substances, qui doit être compensée par l'activité des pompes Na+/K+ATPases.
La mitochondrie produit de l'ATP, qui est consommé par les pompes, comme la Ca++ATPase du reticulum sarcoplasmique (muscles) ou la Na+/K+ATPase des membranes plasmiques. Le Na+ est lui-même lié aux fonctionnements des différents cotransports utilisant son gardient.
Dans les cellules, 10 à 50 % de l'énergie produite sert à pomper grâce à la Na+/K+ATPase; dans les neurones, ce taux peut monter jusqu'à 60 %.


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MessageSujet: Re: Notes de cours   Mar 14 Mar à 20:12

3. Transport épithélial
Le transport épithélial implique souvent un transport transcellulaire (on parle aussi de transport vectoriel ou transépithélial). Ceci implique une polarité cellulaire: les cellules sont reliées par des jonctions serrées; cette ligne de démarcation sépare le côté apical (externe) du côté basolatéral (interne). Le côté apical peut porter des microvillosités et des structures protéiques différentes de celles des parois basolatérales. Par exemple, sur l'entérocyte, le côté apical, en contact avec le lumen intestinal, porte des microvillosités et des symports 2Na+/glucose, qui permettent le transport actif secondaire.
Les protéines intermédiaires ont donc une distribution asymétrique.
Apical:
- SGLT: symport Na+/glucose. Permet le transport actif secondaire du glucose.
Basolatéral:
- GLUTII: envoie le glucose dans le sang, selon le gradient de concentration.
- Na+/K+ATPase pompe le Na+ et fait sortir le K+
- un canal K+ laisse sortir le K+ pour maintenir un taux intracellulaire acceptable.
Le glucose entre par SGLT et sort par GLUTII; il passe de la lumière intestinale à l'entérocyte, puis au sang.
Le fonctionnement de l'estomac implique un autre transport transépithélial. Les cellules sont aussi divisées en région apicale et basolatérale. Le milieu extérieur, du côté apical, est très acide (pH: environ 1), ceci dû principalement au HCl. Les cellules pariétales se chargent de maintenir cette acidité.
Apical:
- H+/K+ATPase: fait sortir des protons et entrer du potassium.
- canal Cl-: fait sortir le Cl- intracellulaire, dont le gradient est plus haut qu'à l'extérieur.
- canal K+: équilibre le taux de K+ en le faisant sortir lorsqu'il est en excès, suivant son gradient.
Basolatéral:
- transport membranaire du CO2: diffusion simple
- antiport HCO3-/Cl-: le HCO3- en excès sort, tandis que le Cl- entre.
Au sein de la cellule, l'anhydrase carbonique transforme le CO2 et l'eau en HCO3- et H+. HCO3- est rejeté dans le sang, tandis que H+ acidifie le lumen de l'estomac.


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MessageSujet: Re: Notes de cours   Mar 14 Mar à 20:13

4. Homéostasie calcique
Le taux intracellulaire de Ca++ est de 10p-7 Mol/l, ce qui équivaut à 10p-4 mMol/l. Il s'agit de la concentration calcique libre, c'est-à-dire uniquement la part de Ca++ qui n'est pas lié à des protéines. Dans les organites et dans le liquide extracellulaire, le Ca++ a un taux plus élevé.
La pompe PMCA (Plasma Membrane Ca++ Atpase) fait sortir le Ca++ de la cellule. Il en existe cinq types.
La pompe SERCA (Sarco(Endo)plasmic Reticulum Ca++ Atpase) fait entrer le Ca++ dans les organelles. Il en existe trois types.
Certains canaux ioniques peuvent faire entrer du Ca++ de l'extérieur ou le faire sortir des organites; une partie est compensée par un antiport qui fait sortir du Ca++ et entrer du Na+; il s'agit de transport actif secondaire.
Il existe en outre différente protéines qui capturent du Ca++:
Cytosol:
- calmoduline (17 kDa): fixe 4 Ca++
- troponine (18 kDa): fixe 4 Ca++
- parvalbumine (11 kDa): fixe 2 Ca++
Organites:
- calreticuline (reticulum endoplasmique; 47 kDa): fixe 1 à 25 Ca++
- calséquestrine (reticulum sarcoplasmique; 44 kDa): fixe environ 40 Ca++
La mitochondrie ne contient normalement que peu de Ca++; si ce taux augmente trop, comme par exemple en cas d'ischémie, le Ca++ précipite rapidement avec les phosphates et l'ensemble forme des dépôts.
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MessageSujet: Re: Notes de cours   Mar 14 Mar à 20:15

5. Régulation du volume cellulaire
L'osmose est le déplacement de l'eau des zones riches en eau aux zones pauvres en eau. C'est un cas particulier de la diffusion: l'eau diffuse le long de son gradient.
Si l'on prend de l'eau pure et qu'on y rajoute du NaCl, on diminue la concentration de l'eau.
Si on sépare une solution d'eau pure et une solution de NaCl par une membrane semi-perméable ne laissant passer que l'eau, on observe que le volume d'eau salée augmente et le volume d'eau pure diminue. Cette pression de liquide différente s'appelle la "pression osmotique". Elle diffère selon les solutés contenus dans l'eau.
Les membranes cellulaires correspondent à des membranes semi-perméables laissant passer l'eau, mais pas la plupart des solutés.
Osmolarité = Molarité x Nombre de particules osmotiquement actives
L'osmolarité est exprimée en osm/l (osmole).
Exemples:
-[glucose] = 1 mol/l
Le glucose ne se dissocie pas dans l'eau; en conséquence, le nombre de particules osmotiquement actives est de 1. L'osmolarité vaut donc 1 osm/l.
- [NaCl] = 1 mMol/l
Le NaCl se dissocie dans l'eau et forme deux particules. Le nombre de particules osmotiquement actives est donc 2, et l'osmolarité 2 mosm/l.
- Au sein de la cellule, l'essentiel des cations est composé par 140 mMol de K+, qui est composé par des anions. On peut donc approximer: [KPO3] = 150 mMol/l. L'osmolarité est donc de 300 mosm/l.
La valeur non approximée, valable pour tous les liquides corporels, est de 290 mosm/l. Ceci est une constante à l'intérieur comme à l'extérieur de la cellule.
Les cellules changent de volume selon l'osmolarité des solutions dans lesquelles elles se trouvent. Ceci est particulièrement visible pour les globules rouges, dont le volume a une valeur bien définie. Dans une solution isotonique, c'est-à-dire ayant une pression osmotique de 0.3 osm/l, il garde un volume normal; si la solution a une valeur plus faible, elle est dite hypotonique, et le volume cellulaire augmente; si la solution a une valeur plus élevée, elle est dite hypertonique, et le volume cellulaire diminue.
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Nicolas
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MessageSujet: Re: Notes de cours   Mar 21 Mar à 23:13

Dans le cas du globule rouge, une solution hypotonique donne lieu à une hémolyse.
Dans une solution parfaite, on peut définir: P = nRT/V. Ceci est une adaptation de la loi des gaz parfaits:
- n: nombre de moles
- R: constante des gaz
- T: température absolue
- V: volume
Selon cette loi, on peut calculer: 1 osm/l = 22.4 atm. Ceci entraîne que 300 mosm/l ≈ 7 atm.
Il est important de noter que l'on n'observe de flux osmotique que si la membrane est sélective pour l'eau.
La cellule peut réagir et s'adapter à un changement d'osmose:
- en cas de RVI (Regulatory Volume Increase), la situation de référence est une cellule dont le volume est de 100 % et la pression osmotique interne et externe de 300 mosm/l. Si la pression osmotique externe augmente à 450 mosm/l, l'eau diffuse hors de la cellule jusqu'à arriver à une pression intracellulaire de 450 mosm/l. Le volume chute à 67 %, ce qui active certains canaux, comme le symport Na+/K+/2Cl-, ou les échangeurs H+/Na+ et HCO3-/Cl-, qui sont chimiquement couplés à l'entrée de CO2. Tout ceci permet d'augmenter la concentration intracellulaire en sels. Ainsi, , le volume remonte petit-à-petit à 100%, alors que le milieu intra- et extracellulaire ont une pression osmotique de 450 mosm/l.
- en cas de RVD (Regulatory Volume Decrease), la situation de référence est une cellule dont le volume est de 100 % et la pression osmotique interne et externe de 300 mosm/l. Si la pression osmotique externe diminue à 200 mosm/l, l'eau diffuse dans la cellule pour rétablir une pression osmotique identique. Le volume de la cellule augmente à 150 %. Des canaux sont sensibles à l'étirement de la membrane et font sortir des ions: il s'agit du symport K+/Cl- et de canaux au K+ et au Cl-. L'eau sort ensuite pour rétablir le volume cellulaire normal.
Ce type de variations dure 10 à 30 minutes.
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MessageSujet: Re: Notes de cours   Mar 21 Mar à 23:14

6. Potentiel de membrane au repos
Il y a, entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule, un gradient de K+, de Na+ et de Cl-; dans la cellule se trouvent aussi des protéines chargées, qui sont souvent des anions, et qui participent au potentiel de membrane. On rencontre encore des pompes Na+/K+ATPases, qui sont électrogènes. L'intérieur de la cellule au repos est toujours plus négatif que l'extérieur.
Les charges se mesurent en Eq/l: une mole de Na+ = 1 Eq; 1 mol/l de Ca++ = 2 Eq/l. Chaque compartiment est électroneutre: les charges positives sont compensées par les charges négatives.
De part et d'autre de la membrane est maintenu un équilibre osmotique, qui vaut environ 300 mosm/l.
La cellule est perméable au K+ et au Cl- et imperméable aux protéines anioniques. La concentration de K+ n'est pas à l'équilibre: il y a plus de K+ à l'intérieur de la cellule qu'à l'extérieur; il a donc tendance à sortir de la cellule. Pour conserver l'électroneutralité, du Cl- doit aussi sortir; cependant, ceci va contre la concentration de Cl-, qui, lors de l'établissement de l'équilibre, aurait plutôt tendance à entrer. Le K+ aura donc généré une sortie de charges positives, ce qui charge la cellule d'un potentiel négatif, alors que le milieu extracellulaire est plutôt positif. Ce gradient électrique est opposé au gradient chimique; ceci fait qu'à un certain moment, les deux gradients seront en équilibre: le K+ voudra entrer à cause du gradient électrique et sortir à cause du gradient chimique.
ceci permet d'établir l'équation de Gibbs-Donnan: [K+]i x [Cl-]i = [K+]o x [CL-]o. Ce n'est que quand les concentrations vérifient cette règle que l'équilibre est atteint; de plus, l'électroneutralité doit être préservée.
i: interne (in)
o: externe (out)
À l'équilibre, le travail chimique est égal au travail électrique.
On peut établir le potentiel d'équilibre d'un ion (Eion) par l'équation de Nernst:
Eion = (RT/ZF) x ln ([ion]o/[ion]i)
R: constante des gaz
T: température absolue
Z: valence de l'ion
F: constante de Faraday
Pour le K+, à 37°C: EK = 61.5 mV x log10 ([K+]o/[K+]i)
On peut donc favilement calculer le potentiel de membrane d'une cellule:
- une cellule contient 140 mmol/l de K+; le milieu extracellulaire 14 mmol/l. le potentiel de membrane vaut donc 61.5 mV x log10 (14/140) = -61.5 mV.
L'équation de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) permet d'établir l'équilibre membranaire des ions concernés:
Em = -61.5 mV x log10 (PK+ [K+]i + PNa+ [Na+]i +PCl- [Cl-]o)/(PK+ [K+]o+ PNa+ [Na+]o +PCl- [Cl-]i)
P: perméabilité
La perméabilité du Na+ à travers la membrane est à peu près 100 fois plus faible que celle de K+ dans les conditions de repos.
Les gradients de Na+ et de K+ sont maintenus par la Na+/K+ATPase; cependant, même si cette pompe est électrogène, le potentiel de membrane est avant tout déterminé par la perméabilité sélective du K+ à travers la membrane. En effet, le potentiel de membrane est très proche du potentiel de K+, et ceci malgré la présence d'autres ions et de transports électrogènes. Ainsi, la pompe Na+/K+ATPase n'est impliquée qu'indirectement, pour maintenir les gradients de substances.
Les différences de concentration d'ions entre un axone géant de calamar, un muscle de grenouille et une cellule humaine peuvent être très grandes; on observe cependant que le potentiel de membrane est toujours dû au K+, est toujours négatif, et garde toujours des valeurs confinées dans la même fourchette. Ceci n'est cependant pas entièrement valable pour les érythrocytes: ce type de cellule est très perméable au Cl- et compte très peu de pompes Na+/K+ATPases.
Les potentiels membranaires des trois ions importants sont:
- Na+: +67 mV
- K+: -98 mV
- Cl-: -90 mV
Le potentiel du Ca++ est plus difficile à calculer: sa très faible concentration à l'intérieur de la cellule fait que le rapport des concentrations externes et internes vaut plus de 15'000. On peut cependant calculer que le potentiel vaut plus de +128.
La mesure du potentiel de la membrane se fait en implantant un électrode dans la cellule au moyen d'une micropipette, et en plaçant un autre électrode dans le milieu extracellulaire. Les expériences ont montré la dépendance du potentiel à la concentration de potassium: en augmentant le taux de potassium extracellulaire, on diminue le potentiel de membrane, qui est à peu près nul quand la concentration extracellulaire vaut 120 mmol/l.
On peut aussi établir une courbe montrant l'évolution du potentiel de membrane en fonction de la concentration extracellulaire de K+. Pour des concentrations élevées (de l'ordre de 10 mmol et plus), on observe que l'expérience suit la courbe logarithmique constituée par le potentiel du K+. pour des valeurs inférieures, elle s'en écarte, et le potentiel décline plus lentement que descend la concentration de K+: on observe alors l'importance des autres ions.
On peut représenter schématiquement une membrane comme un circuit électrique: la force électromotrice est constituée par le potentiel de Nernst; la conductance par le taux d'ouverture des canaux au K+ et la capacité par la membrane, qui agit comme un diélectrique séparant les deux milieux.
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David
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MessageSujet: Re: Notes de cours   Mar 28 Mar à 17:43

II. Excitabilité


II.1 Polarisation et dépolarisation

II.1. 1Quelques définitions :

La conductance d’un ion (gIon) peut être définie comme sa facilité à passer à travers un certain canal, ou une membrane.
L’ouverture d’un canal spécifique à un ion va provoquer une augmentation de la conductance de ce ion.

La membrane a un potentiel électrique négatif (environ -70mV). Elle est donc polarisée.

Une hyperpolarisation consiste en une augmentation de cette polarisation et donc une diminution de potentiel membranaire.
Si le potentiel membranaire passe de -70mV à -100mV, on dit qu’il y a hyperpolarisation.

Dans le cas inverse, si la polarisation est diminuée ou même inversée, on parle de dépolarisation.
Si le potentiel membranaire passe à de -70mV à -50mV, on dit qu’il y a dépolarisation.


II.1.2 Le rapport entre la conductance et la polarisation :

L’ouverture d’un canal ionique, donc l’augmentation de la conductance, va faire tendre le potentiel membranaire vers le potentiel d’équilibre du ion concerné.

Rappel :
ENa+ = +67mV
EK+ = -98mV
ECl- = -90mV
ECa2+ = > +128mV

Une augmentation de gCL- ou gK+ va donc provoquer une hyperpolarisation.
Une augmentation de gNa+ ou gCa2+ va provoquer une dépolarisation.

II.2 Les canaux ioniques et leur régulation

Un canal est une protéine transmembranaire à travers laquelle 10p6-10p9 ions peuvent passer en une seconde.
Il y a des canaux ioniques dans toutes les cellules!

II.2. 1 Classification des canaux

Les canaux ioniques peuvent être classés suivant 5 différentes approches:

A) Sélectivité ionique
1) Cations: Na+, K+, Ca2+
2) Anions: Cl-,

B) Régulation
1) Voltage
2) Ligand
3) Messagers secondaires
4) Protéines G

C) Pharmacologie
1) Agoniste (maintient le canal ouvert)
2) Antagoniste (maintient le canal fermé)
3) Bloqueurs spécifique

D) Propriétés du canal
1) Conductance ionique élémentaire
2) Cinétique d’ouverture
3) Activation / Inactivation

E) Localisation des gènes / chromosomes
Ion v m.n
v: voltage dépendant
m: gène sous-famille
n: ordre de découverte
Exemple: Na v 1.9


II.2. 2 Les différents canaux ioniques et leur spécialités
A) Les canaux sodium
1) Nav (Dépendant du voltage)
2) Indépendant du voltage: Canal sodique épithélial (des médicaments peuvent interférer avec ces canaux indépendant du voltage)

B) Les canaux calcium
1) L-type Ca2+: Long Lasting current and Large conductance
2) T-type Ca2+: Transient current and Tiny conductance
3) N-type Ca2+: Neuronal

C) Les canaux potassium
1) KDR: Delayed rectifier: Kv à ouverture retardée
2) KIR: Rectificateur inverse
3) K2P: Independent du voltage: fuite (contrôle de l’excitabilité des neurones et cellules musculaires)
4) K(Ca) ou AHP (After-HyperPolarisation): Activé par une augmentation de la [Ca2+]
5) KATP: [ATP| bas: ouverture

D) Les canaux dépendant de la fixation de nucléotide cyclique (HCN)
Na+ et K+
Ces canaux sont impliqué dans l’actitvité rytmique (neurones) et le pace maker (cœur)
Ils sont régulés par l’AMP cyclique (cAMP)
En cas de stress, la production de cAMP augmente et active ces canaux, ce qui provoque une augmentation du rythme cardiaque.

E) Les canaux chlorure
1) Clv Dépendant du voltage
2) Cl(Ca) Dépendant du calcium
3) Volume regulated
4) Maxi-Cl (conductance très importante: 300-500pS)

F) Les canaux TRP (transient receptor potential)
Ca2+ et Na+
Les canaux TRP sont impliquées dans les neurones sensorielles et la sensation de douleur. La capsaicin (substance présente de les piments) stimule ces canaux.

II.2. 3 Caractéristiques de certains canaux

Le NaV
Il est constitué de 2 sous-unités β et une sous-unité α
La sous-unité α est constituée de 4 domaines composés chacun de 6 segments.
Dans chacun des 4 domaines, le segment 4 (S4) est sensible au voltage.
Chacun des 4 domaines possède une boucle-pore (entre S5 et S6) du côté extracellulaire qui tapisse l’intérieur du canal et constitue le filtre de sélectivité.

Le CaV
Il ressemble dans sa structure au Nav; cependant, il ne possède pas de sous-unités β et les 4 domaines forment chacun une sous-unité.
Ils sont donc formés de 4 sous-unités identiques composées chacune de 6 segments.
S4 est sensible au voltage.
Une boucle-pore entre S5 et S6, du côté extracellulaire, tapisse l’intérieur du canal et constitue le filtre de sélectivité

Le Kir : Inward-rectifier au Potassium (rectificateur inverse)
Il est constitué de 4 sous-unités identiques composées chacune de 2 segments avec une boucle-pore du côté extra-cellulaire.

Le cannal Kir peut s’associer à 4 grandes sous-unités SUR (sulphonyl-urea-receptor)
Dans le pancréas, le canal Kir associé à 4 SUR est responsable de la libération d’insuline.
On trouve cette combinaison dans le cœur, le pancréas, le rein, le muscle lisse, le muscle squelettique et le SNC.

Le K2P (indépendant du voltage)
Il est constitué d’une seule sous-unité composé de 4 segments et 2 boucle-pore (entre S1/S2 et S3/S4) du côté extracellulaire.
La conductance dépend beaucoup de ce type de canal


II.2. 4 Le Patch-clamp

Le patch est une méthode qui a permis de nombreux progrès dans les connaissances des canaux ioniques.
Elle consiste à appliquer une micropipette contre la membrane cellulaire, de sorte qu'elle y adhère de manière étanche, et à analyser un petit nombre de canaux.

On distingue 4 sortes de patch clamp:
1) Lié à une cellule intacte
2) Inside-out: Intérieur-dehors (on étudie un lambeau de membrane dont la partie intracellulaire se situe hors de la micropipette)
3) Outside-out: Extérieur-dehors (on étudie aussi un lambeau de membrane, mais cette fois la partie extracellulaire se trouve hors de la pipette)
4) De cellule entière (la membrane est rompue et la micropipette est en contact avec le cytoplasme. On analyse donc l’action des canaux de la cellule entière)

En munissant la micropipette d’une électrode (le voltage clamp), on peut mesurer la conductance.

Fonctionnement du voltage clamp:
1) On impose un voltage ΔE (en Volt)
2) A un certain seuil, le canal s’ouvre
3) Pour maintenir le potentiel de part et d’autre de la membrane, on injecte un courant ΔI (en picoAmpère)
4) On mesure l’intensité du courant.
5) La conductance est donnée par l’équation :
g = ΔI / ΔE (en pS)
(des Ampères / des Volts = des Siemens (S)

Chaque ouverture correspond à la même intensité : on l’appelle le courent ionique élémentaire.
Le courent ionique élémentaire nous permet de calculer la conductance ionique élémentaire (γ) qui correspond à la conductance spécifique pour un certain canal.
La probabilité d’ouverture d’un canal en fonction de l’intensité du courant montre une distribution gaussienne dont la moyenne permet de calculer la conductance ionique élémentaire.

Un courant entrant est un déplacement de cations vers le cytoplasme
ou un déplacement d’anions vers le liquide extracellulaire
C’est donc un courant qui va dépolariser la membrane
Un courant sortant est un déplacement de cations vers le liquide extracellulaire
ou un déplacement d’anions vers le cytoplasme
C’est donc un courant qui va hyperpolariser la membrane

II.2. 5 Influence de la polarisation sur l’activité des canaux

La méthode voltage clamp a permis de nombreuses observations par rapport à l’activité des canaux, en fonction de la polarisation.
Le comportement de chaque canal est particulier.

NaV
Plus la membrane est hyperpolarisée, moins il y a d’ouverture du canal sodique sensible au voltage.
Inversement, plus la membrane est dépolarisée, plus il y a d’ouverture du Nav.

Cependant, en dépolarisant un fragment de membrane contenant un seul Nav, on remarque des particularités:
Le canal ne s’ouvre qu’après un certain seuil de dépolarisation (-50mV); il s’ouvre très rapidement puis se ferme aussitôt.
Il reste ensuite en conformation fermée inactivable pendant 2ms (caractéristique de ce canal)
L’ouverture du canal va faire tendre le potentiel de membrane vers le potentiel d’équilibre du Na+ (+67mV)
On mesure en effet +50mV après l’ouverture du canal.
Le courant est entrant!

Kv
En dépolarisant un fragment de membrane contenant un seul Kv, l’ouverture est stimulée. Il n’y a cependant pas d’inactivation du canal comme pour le Nav.
Le courant est sortant!
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David
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MessageSujet: Re: Notes de cours   Mer 29 Mar à 18:52

II.2. 6 Relation entre le courant INa et le potentiel de membrane

Expérience sous forme de voltage clamp en analysant les canaux sodiques Nav (donc pour un canal isolé!):

I = courant
Vm = Potentiel de membrane
Po = Probabilité d’ouverture

A) On effectue un graphique de la courbe INa / Vm en maintenant le canal sodique ouvert grâce à des antagonistes:
La courbe du courant INa par rapport au Potentiel de membrane est une relation linéaire qui rappelle la loi d’Ohm
A Vm = 0mV, il y a un courant entrant. Ceci est du au gradient du sodium
A partir de Vm = +50mV on remarque que le courant est sortant. Ceci s’explique parce que le potentiel d’équilibre du ion à été atteint.
On appelle ce seuil le potentiel d’inversion (Einv)

Einv = Eion
Le potentiel d’inversion nous permet de calculer la conductance élémentaire γ:
γ = I / ( Vm - Einv )


B) On effectue ensuite une mesure à l’état stationnaire de la probabilité pour que les canaux soient ouverts en fonction du voltage (potentiel de membrane
La courbe de Po / Vm est très intéressante et montre qu’une dépolarisation entraîne l’ouverture des canaux sodiques.
En effet: En dessous de -50mV la Po approche 0
A partir de +40mV, la Po est maximale.


C) En combinant ces deux courbes, on peut évaluer la relation INa / Vm sur des canaux sodiques tout en considérant la probabilité d’ouverture des canaux.
Cette courbe caractérise les propriétés canallaires du Nav.
La courbe INa / Vm présente une forme en cloche caractéristique de courant entrant entre -50mV et +50mV. A partir de ce seuil de +50mV, le potentiel d’inversion Einv est atteint et le courant est sortant.
Cette courbe est valable si il n’y a que des canaux sodiques sur la membrane. La réalité est donc différente, car d’autres canaux vont interagir!


Quelques formules:

γion = 1 / rion
La conductance d’un canal est l’inverse de sa résistance à ce ion

gion = γion x Nion x Po
La conductance de la membrane gion est proportionnelle à la conductance du canal γion , au nombre de canaux Nion et à la probabilité d’ouverture des canaux Po

Iion = γion (Vm - Eion)
L’intensité Iion du courent traversant un canal ionique est proportionnelle la conductance du canal γion et à la différence entre le potentiel de la membrane Vm et le potentiel d’équilibre du ion Eion (qui correspond au potentiel d’inversion)


II.2. 7 Modifications de l’ouverture des canaux sensibles au voltage



Antagoniste : Facteur se fixant sur un domaine précis d’un canal et le maintient constamment fermé.

Agoniste : Facteur se fixant sur un domaine précis d’un canal et le maintient constamment ouvert.

Tous les canaux peuvent être bloqués de différentes manières.
Citation :
A savoir :
Canaux sodique: 2 antagonistes
1) le TTX :La tétradotoxine (se trouve dans un poisson: le tétrodon)
2) La procaine est un anesthésiant local employé par les dentistes

Tous les canaux K :
Le TEA : Le Tétra-Ethyl-Ammonium est l’antagoniste principal pour les canaux potassique

KATP : En plus du TEA, on peut citer le sulfonylurée comme antagoniste
NaV
Le canal sodique sensible au voltage peut être bloqué à différents endroits. Il a en effet plusieurs récepteurs où peuvent se fixer des antagonistes ou des agonistes qui sont considérées comme des toxines:

Les antagonistes peuvent agir sur 4 récepteurs différents:
1) La tétradotoxine TTX (se trouve dans un poisson: le tétrodon)
La saxitoxin STX agit sur le même récepteur (dans les cyanobactéries et les dinoflagellés)
2) Les anesthésiants locaux LA comme la procaïne (empêche la dépolarisation et donc la propagation de l’influx nerveux)
3) Les toxines de scorpion α-NaTX
4) Les toxines de scorpion β-NaTX et les toxines d’amémone ATX agissent un même récepteur

En plus de ces antagonistes, la batrachotoxine BTX, présente dans certaines grenouille, est un agoniste puissant qui se fixe sur un récepteur et maintient les canaux ouverts.
Ceci cause la dépolarisation des cellules.
1μg de BTX suffit à tuer 1kg de souris!

Le canal sodique sensible au voltage est également sensible à l’acidité.
Une acidification cellulaire empêche l’ouverture des canaux.
Une augmentation du pH (augmentation de la basicité) n’a que peu d’influence

La concentration calcique extracellulaire a également une influence sur ces canaux. Une augmentation de la [Ca2+]o cause une fermeture.
La concentration de calcium régule donc l’activité des canaux sodiques.
Dans le cas d’une anémie calciprive, il y a une diminution de la [Ca2+]o , ce qui cause une augmentation de l’activité de ces canaux et donc une dépolarisation des cellules. Cette dépolarisation des cellules cause des tétanies.

Tous les canaux K :
Le TEA : Le Tétra-Ethyl-Ammonium est l’antagoniste principal pour les canaux potassique

KATP : En plus du TEA, on peut citer le sulfonylurée comme antagoniste


II.2. 8 Voltage-clamp sur un axone

La méthode de voltage clamp sur un axone est permise grâce à 2 électrodes :
1) Une électrode de voltage (qui mesure)
2) Une électrode de courant (qui injecte/impose un courant)

Cette méthode permet de mesurer le flux de ions à travers la membrane

1e expérience : effet d’hyperpolarisation et dépolarisation (potentiel maintenu)
Une hyperpolarisation n’a aucun effet, il n’y a aucun mouvement net de charge.
Une dépolarisation entraîne un courant d’abord entrant transitoire, suivi d’un courant sortant retardé

2e expérience : Séparation du courant sodique et potassique et observation de l’effet d’une dépolarisation (potentiel maintenu)
a) Comme on l’a vu : une dépolarisation cause un courant entrant transitoire suivi d’un courant sortant retardé.
b) En réduisant la [Na+] extracellulaire à 0, on observe uniquement un courant sortant, mais retardé.
Ce courant sortant est du au ions K+ qui sorte de la cellule par les KDR (canaux potassique Delayed Rectifier)
c) En calculant la différence entre la 1ère et la 2e courbe obtenue, on devrait obtenir une courbe de courant transitoire entrant du au Na+.
On a donc une hypothèse de la courbe due aux canaux sodiques.
d) On effectue une preuve de cette hypothèse par une approche pharmacologique. Les canaux potassiques sont maintenus fermés grâce à des antagonistes spécifiques au KDR : le tétra-éthyl-ammonium.
Le résultat confirme cette hypothèse.

Le courant entrant est donc du à une ouverture transitoire des canaux sodique.
Le courant sortant est du à une ouverture retardée des canaux potassique.

Les comportements de ces deux canaux (Nav et KDR) sont donc très différents !

3e expérience : Mesure des effets sur les canaux Nav et KDR à différents niveaux de dépolarisation
a) Une hyperpolarisation n’a aucun effet, il n’y a pas de mouvement net de charges.
b) Une dépolarisation cause un courant entrant transitoire suivi d’un courant sortant retardé
c) Une dépolarisation avec un Vm supérieur de +52mV a un effet différent ! En effet, il n’y a plus de courant entrant. On observe un courant sortant transitoire suivi d’un courant sortant retardé.
Ce courant sortant transitoire est du au canaux sodiques Nav car le potentiel d’inversion a été atteint. Le courant des ions sodium est donc inversé.

N.B Lors d’une hyperpolarisation, le potentiel d’inversion du K+ est également atteint, mais on n’observe pas de courant car les canaux potassiques sensibles au voltage ne s’ouvrent qu’en cas de dépolarisation !

II.2. 9 Régulation des canaux ioniques

Les canaux ioniques peuvent être régulés de différentes manières.
Notamment par :

1) Le voltage (VOC) -> Na+, K+, Ca2+
2) Un ligand (LOC) -> récepteur canal à l’ACh ou GABA
3) Le pH
4) L’étirement de la membrane -> Stretch-/mécanorécepteur
5) L’ATP intracellulaire -> KATP
6) Une phosphorylation -> Na+, K+, Ca2+ (via des kinases dépendantes de la cAMP)
7) Des messagers secondaires -> Na+, Ca2+ (via la cAMP ou cGMP (vision, olfaction) ou via les protéines G ou GTP-binding-proteins)
8) Activé par le Ca2+ -> K+
9) Oxygène (hypoxie) -> K+, Ca2+
10) Etat rédox (GSH / GSSG : Glutathion réduit / Glutathion oxydé ou NAD(P)H / NAD(P) )
11) Des radicaux libres (ROS : anion superoxyde O2 ou RNS : monoxyde n’azone NO, perozynitrite (NO+OO-) )

Le pH :
L’acidification extracellulaire va diminuer l’activité des canaux
L’augmentation du pH n’a elle que peu d’influence

L’étirement :
Un étirement de la membrane modifie le cytosquelette qui agit sur la conductance des canaux)
Plus la membrane est étirée, plus il y a d’ouverture de canaux K+.

L’ATP :
Une augmentation de la concentration d’ATP diminue la Po
Une diminution de la concentration d’ATP augmente la Po

Cette fonction est utilisée dans la libération de l’insuline. Une fermeture des canaux K+ cause une dépolarisation qui est responsable de la libération d’insuline.

L’hypoxie
Une hypoxie, donc un manque d’oxygène diminue la conductance des certains canaux K+ sensibles au voltage.

Certaines cellules du corps sont sensible à l’hypoxie : les glomus qui se situe dans la crosse aortique et la carotide.
Ces cellules permettent en la détection d’un manque d’oxygène. En effet, une fermeture des canaux K+ cause une dépolarisation qui permet la libération de transmetteurs.
Citation :


Dernière édition par le Mar 4 Avr à 17:28, édité 1 fois
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MessageSujet: Re: Notes de cours   Mar 4 Avr à 17:20

L’état redox
L’état rédox est caractérisé par le rapport réduit/oxydé de : -GSH/GSSG (glutathion)
-NAD(P)H/NAD(P)
 Le glutathion participe au maintient de l’état rédox de la cellule.

Si on augmente la proportion de forme réduite de glutathion (GSH), on observe une diminution du courant mesuré en ‘patch whole cell’.
En single channel patch, on remarque que la Po est diminuée.

Les radicaux libres
Les radicaux libres comme les ROS (dérivés de l’oxygène) et les RNS (dérivés de l’azote) affectent également la Po de certains canaux (dans les 2 sens)
Les RNS sont des vasodilatateurs.

La concentration de Ca2+
Plus la [Ca2+] est élevée, plus la Po est grande.
De même, plus elle est faible, plus la Po sera faible.
Les canaux potassiques étant sensible à la [Ca2+], lors d’une augmentation de la [Ca2+], la conductance au K+ sera diminuée et cela va causer une hyperpolarisation.

Messagers secondaires
L’AMP cyclique a une action sur les canaux HCN
(hyperpolarization activated cyclic nucleotide-gated channels)


II.3 Potentiel d’action


II.3.1 Expérience

On emploie deux électrode : une qui mesure et une qui injecte un courant.

On mesure tout d’abord le liquide externe.
On mesure un potentiel de 0mV et en injectant des pulsions d’hyperpolarisation, on n’enregistre que des artefacts.

On pénètre ensuite avec l’électrode de mesure à l’intérieur de la cellule où on mesure un potentiel de d’envion -80mV
Puis on injecte une pulsion d’hyperpolarisation à l’extérieur de la cellule et on n’enregistre toujours que des artefacts.

On pénètre alors avec la 2e électrode (celle qui injecte le courent) et cette fois-ci, la même impulsion d’hyperpolarisation a une réponse, mais celle-ci n’est pas carrée comme l’impulsion. Ceci est du à la capacité de la membrane. On appelle cette réponse retardée ‘effet capacitif’
En augmentant l’amplitude de l’impulsion d’hyperpolarisation, l’amplitude de la réponse augmente également.

Puis, on injecte une impulsion de dépolarisation. On mesure également une réponse retardée de dépolarisation avec effet capacitif. En augmentant l’amplitude de l’impulsion de dépolarisation, l’amplitude de l’effet augmente également.
Cependant, lorsque l’amplitude atteint un certain seuil (~ -50mV), on observe un pic de dépolarisation après que ce seuil est atteint. On appelle ce pic ‘le potentiel d’action’. Il est du à l’ouverture des canaux sodiques et puis de leur fermeture.
En augmentant encore l’amplitude de l’impulsion, on atteint le seuil plus vite, cependant le potentiel d’action a la même durée et même amplitude. Il ne change pas.

Conclusion :
+ le potentiel de membrane est proche du seuil (donc dépolarisé), + la cellule est excitable.
+ le potentiel de membrane est hyperpolarisé (donc éloigné du seuil), moins la cellule est excitable


II.3. 2 Le potentiel d’action

Le potentiel d’action est du à l’activation de certains canaux.
Il est différent du potentiel de membrane au repos.
L’équation de Nernst et celle de GHK ne sont pas applicables au potentiel d’action.

On peut caractériser le potentiel d’action en 4 points :
1) Potentiel seuil : il faut atteindre un potentiel seuil pour qu’il soit déclanché
2) Il obéit à la loi du ‘tout ou rien’
3) Son amplitude est fixe
4) Il peut se propager le long des membranes excitables.

Déroulement de l’excitation :
1) Une dépolarisation atteint le seuil limite de -50mV
2) Ce qui entraîne une ouverture des canaux sodiques ce qui augmente la conductance au Na+ cause une dépolarisation très rapide.
3) La dépolarisation atteint un pic qui est proche du potentiel d’équilibre du Na+
4) La fermeture des canaux sodiques et l’ouverture retardée des canaux potassiques (KDR) causent une repolarisation brusque
5) Il y a même une hyperpolarisation qui approche le potentiel d’équilibre du K+ due à la sortie des ions K+
6) La cellule retrouve petit à petit son potentiel membranaire normal

On distingue différentes périodes d’excitabilité :

La PRA :
Période Réfractaire Absolue : Commence au moment où le seuil est atteint et que le potentiel d’action est déclanché. Se termine lorsque la repolarisation, due à la sortie des ions K+, a à nouveau atteint ce seuil de -50mV.

La PRR :
Période Réfractaire Relative : Commence lorsque se termine la PRA, c'est-à-dire lorsque le potentiel de membrane est à nouveau inférieur à -50mV. La membrane est encore hyperpolarisée après que le potentiel de membrane au repos est attient. La cellule est donc hypoexcitable. Cette période se termine lorsque la membrane a retrouvé son potentiel normal.

La période d'hypoexcitabilité
La période d’hypoexcitabilité comprend la PRA et la PRR. Pendant tout ce temps, la cellule ne peut pas, ou pas aussi facilement être excitée que les autres cellules.



II.4 La conduction

II.4. 1 Le neurone

Le neurone est composé d’un corps cellulaire et d’un axone suivi de terminaisons (les boutons terminaux)
L’axone peut mesuré entre 1mm et 1m
Il permet la conduction d’un potentiel d’action.

Orthodromique : La conduction du potentiel d’action se fait en général de cette manière, c'est-à-dire depuis le corps cellulaire vers les terminaisons
Antidromique : Plus rare. C’est le cas inverse :  en direction du corps cellulaire.

Si l’axone est myélinisé, la conduction du potentiel d’action est beaucoup plus rapide et saute d’un nœud de Ranvier au suivant.
La longueur internodale (entre 2 nœuds de Ranvier) varie entre 0,2 et 2mm

II.4. 2 La conduction d’un potentiel d’action

Avec 3 électrodes mesurant le potentiel à différents endroits sur un axone, on remarque qu’un potentiel est propagé d’un bout à l’autre de l’axone.
L’amplitude ne varie pas, il n’y a pas d’atténuation du potentiel d’action le long de l’axone lors de la propagation.

Dans une fibre myélinisée, la propagation se fait de proche en proche et dans une seule direction.
La propagation unidirectionnelle est due au temps d’inactivation des canaux sodiques.
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David
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MessageSujet: Re: Notes de cours   Mer 5 Avr à 22:36

Boucles de courant ionique :
Le site actif est l’endroit ou le premier potentiel d’action a lieu. Depuis là, il se propage le long de la membrane.

On observe des boucles de courant :
Fibre non-myélinisée :
Lors du potentiel d’action, l’intérieur de la fibre est devenu localement positif. Ce courant entrant au site actif de la membrane est porté par les ions Na+. Les charges positives, (caractérisées par les ions K+) vont se déplacer vers des endroits qui peuvent être non-excitables où il y a des canaux K+ ouverts par la dépolarisation. Les ions K+ vont traverser la membrane, créant un courant sortant qui se reboucle au point d’émission d’émission du potentiel d’action. C’est ce qu’on appelle les courants locaux.
Fibre myélinisée :
La densité des canaux Na+ est très élevée au niveau des nœuds de Ranvier alors que celle des canaux K+ est plus faible.
Le nœud de Ranvier est donc très excitable !
Dans les fibres myélinisées, la conduction est dite saltatoire. La myéline est un isolant.
La densité du courent ionique est plus grande au niveau des nœuds de Ranvier qu’aux internodes. A cause de la faible conductance de la myéline, le potentiel d’action saute rapidement d’un nœud à l’autre. La dépolarisation due au potentiel d’action au niveau d’un nœud de Ranvier entraine une dépolarisation directement au nœud de Ranvier suivant, causant un potentiel d’action et ainsi de suite.

Capacité et résistance :
La membrane présente une certaine capacité Cm. Cette capacité est diminuée par un facteur de 50 si l’axone est myélinisé
On distingue 2 types de résistance pour un axone :
1) Rm : la résistance membranaire : elle est fortement augmentée si la fibre est myélinisée
2) Ri : la résistance interne : + le diamètre de l’axone est grand, + elle est faible

La vitesse de conduction
La vitesse de conduction dépend de :
1) La cinétique des canaux : si la constante de temps diminue, la vitesse augmente
2) La résistance interne : Ri : si le diamètre augmente, Ri diminue et donc la vitesse augmente. Les courants se déplacent plus rapidement et plus loin
3) La myélinisation : la myéline étant un isolant électrique, la résistance membranaire Rm augmente d’un facteur 5000 alors que la capacité de la membrane Cm diminue d’un facteur 50. La vitesse augmente donc considérablement
->La vitesse est calculée par les équations suivantes :
-->-->pour une fibre myélinisée : V = k1 √(diamètre de l’axone)  la vitesse est donc proportionnelle à la racine carrée de l’axone
-->-->pour une fibre non-myélinisée : V = K2 (diamètre de l’axone)  la vitesse est directement proportionnelle au diamètre de l’axone
4) La température : si elle augmente, la vitesse augmente.

La myélinisation
La myélinisation est faite par les cellules de Schwann dans le SNP et par les oligodendrocytes dans le SNC.
Les oligodendrocytes forment des gaines de myélines pour plusieurs axones.

La myélinisation est une économie :
1) de temps (vitesse augmentée)
2) d’espace
3) d’énergie (activité des ATPases pour repomper les ions : uniquement aux nœuds de Ranvier)

Types de nerf et vitesse de conduction :
Nerf moteur de lapin et de calmar…Le nerf de calmar est constitué d’un seul axone qui n’est pas myélinisé mais a un diamètre très large (0,4mm) pour permettre une conduction rapide malgré tout.
Vitesse de conduction de 50mph

Le nerf de lapin (0,4mm) est constitué de 400 axones myélinisés qui permettent une conduction rapide et plus précise.
Malgré le diamètre très fin de chacun des axones, la conduction est 4x plus rapide : 200mph

Chez les mammifères :
On distingue 3 types de fibres :
1) Les fibres A : nerf somatique moteur, moteur des muscles, sensation du touché de la pression, du froid et certaines douleur…
2) Les fibres B : fibres préganglioniques autonomes
3) Les fibres C : Douleur, température, réponses réflexes, fibres postganglionnaires sympathiques…

Les fibres A et B sont myélinisées. Les fibres B ne le sont pas.
Les fibres A ont un diamètre plus important que les B qui ont-elles-mêmes un diamètre plus grand que les C
diamètre : A>B>C

La période refractaire absolue varie aussi selon les fibres :
C>B>A

La susceptibilité est différente selon le type de fibres :
1) L’hypoxie : B>A>C
2) Pression mécanique : A>B>C
3) Anesthésiant locaux : C>B>A (les fibres pour la douleur étant des C  dentiste)

Valeurs à connaître :
Un nerf somatique moteur (fibre A) a une vitesse de conductance de ~100m/s et une période réfractaire absolue de 0,4 à 1ms
Un nerf postganglionnaire sympathique a une vitesse de conductance de moins de 1m/s et une PRA de 2ms

II.5 Le potentiel électrotonique

Le potentiel électrotonique est local et non propagé. (effet de câble)
On l’appelle également potentiel gradué.
Il ne déclanche pas directement de potentiel d’action, mais modifie localement le potentiel de la membrane.
Il est atténué le long de la membrane. La décroissance du potentiel électrotonique est une relation exponentielle.
La constante d’espace correspond à la distance pour que le potentiel électrotonique diminue d’un facteur 1/e, ce qui veut dire une diminution de 37%.
La décroissance exponentielle des potentiels est en relation directe avec la Ri et la Rm (résistance interne et résistance membranaire)
Cette décroissance est caractérisée par l’équation :

V = Vo exp(-x / √(Rm/Ri) )


+ le diamètre est grand, + l’atténuation est faible.


Différences entre les potentiels gradués et les potentiels d’action :
--> Potentiels gradués (électrotoniques)
--> Potentiels d’action


1)
Amplitude variable
Tout ou rien

2)
Peut d’additionner
Ne peut pas s’additionner

3)
N’a pas de seuil
A un seuil qui se situe à un degré de dépolarisation de 15mV par rapport au potentiel de repos de la membrane

4)
N’a pas de période réfractaire
A une période réfractaire

5)
Est conduit de façon décrémentielle, c.à.d que l’amplitude diminue avec la distance
Est conduit sans décrément. La dépolarisation est amplifiée à une valeur constante en chaque point de la membrane

6)
Durée variable selon le déclanchement
Durée constante pour un type cellulaire donné et dans des conditions constants

7)
Peut être une hyperpolarisation ou une dépolarisation
Dépolarisation uniquement

8)
Déclanché par un stimulus environnemental (récepteur), un neurotransmetteur, ou spontané
Déclanché par un potentiel gradué

9)
Mécanisme dépendant de canaux ligands-dépendant (LOC) ou d’autre modifications chimiques ou physiques
Mécanisme dépendant de canaux potentiels-dépendants (VOC)

Si plusieurs potentiels électrotonique, cela peut conduire à une dépolarisation suffisante pour déclancher un potentiel d’action.
Un potentiel électrotonique hyperpolarisant est donc inhibiteur alors qu’un dépolarisant rend la membrane plus excitable en rapprochant son potentiel du seuil pour le potentiel d’action.
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