分子、细胞与组织：Activité électrique des cellules

1、Activit lectrique des cellules,Luigi Galvani (1737-1798),细胞的电活动 Activit lectrique des cellules,Histoire 早期发现：电鲶,电鳗,电鳐, 有生电器官 1790-1791, Lugi Galvani确认N.M放电现象 金属蛙腿M M收缩 N,M发电内在电流 lectricit animale Volta认为是金属电流lectricit mtallique，非生物电流创立金属接触电动势理论, 发明Volta电池( la pile voltaque) 。,Phnomnes biolectriques

2、des cellules,Potentiel de repos et son mcanisme Potentiel daction et son mcanisme,Objectif,Dcrire les phnomnes biolectriques (potentiel de repos et potentiel daction) Expliquer les mcanismes ioniques lorigine du potentiel de repos Expliquer les mcanismes ioniques lorigine du potentiel daction Bien c

3、omprendre les caractristiques des canaux Na+ et K+ et leur rle dans le potentiel membranaire Dfinir le seuil potentiel et le stimulus liminaire Comprendre la diffrence entre le PA et lexcitation locale Dcrire le mcanisme de la propagation des potentiels daction Comprendre les caractristiques des pri

4、odes rfractaires,Bicouche de phospholipide Modle de mosaque fluide Les protines membranaires peuvent jouer le rle de canal.,canal contrl par un ligand,canal voltage-dpendant,canal contrl par phosphorylation,canal contrl par un tirement ou une pression,pompe Na+-K+,Phnomnes biolectriques des cellules

5、,potentiel de repos / potentiel membranaire de repos une diffrence de potentiel lectrique entre le cytosol et le milieu extracellulaire ex: cellule nerveuse et musculaire -70 -90 mV cellule musculaire lisse -50 mV,repos,polarisation 极化 -70 mV dpolarisation 去极化 -70 -50 mV hyperpolarisation 超极化 -70 -1

6、00 mV repolarisation 复极化 -70 +30 -70 mV,Termes,Mcanisme du potentiel de repos,Cest lingalit de rpartition des ions entre milieux extra- et intracellulaire qui est responsable du potentiel de repos (la pompe Na+-K+),La permabilit slective de la membrane cytoplasmique aux diffrents ions,Mcanisme du po

7、tentiel de repos,Membrane cytoplasmique,Intracellulaire,K+i=K+o,Extracellulaire,通透膜,顺浓度梯度,Scnario A,化学势能(驱动力）=RTln,K+i,K+o,R=constante des gaz; T=temprature,选择性通透膜,Intracellulaire,Extracellulaire,Extracellulaire,Intracellulaire,顺浓度梯度 逆电位梯度,顺浓度梯度,驱动力=浓度梯度+电位梯度,Scnario B,化学(浓度)势能=RTln,K+i,K+o,电位势能=zF(

8、Ei-Eo) Z,离子化合价； F，法拉弟常数,选择性通透膜,Intracellulaire,Extracellulaire,Extracellulaire,Intracellulaire,顺浓度梯度 逆电位梯度,顺浓度梯度,Scnario C: 平衡状态(quilibre),Equation de Nernst,Potentiel dquilibre dun ion X+(离子的平衡电位),Ex,= -60,X+i,X+o,log,在典型细胞，几种离子的平衡电位,Mcanisme du potentiel de repos,Pour un potentiel de membrane (Em)

9、, la diffusion transmembranaires des ions dpend de: gradient lectrochimique: Vm -Eion conductance lectrique (Siemens,S) - mesure la facilit avec laquelle un courant se dplace entre deux points, linverse de la rsistance (ohms),Le flux net est positif quand un cation a tendance sortir de la cellule Le

10、 flux net est ngatif quand un cation a tendance entrer dans la cellule,courant ionique membranaire (Iion) = Gion(Vm-Eion) Au potentiel de repos: GNa+(Em-ENa+) + GK+(Em-EK+) + GCa2+(Em-ECa2+) + GCl-(Em-Ecl-) + courant de la pompe Na+-K+ ATPase = 0 ltat de repos: GK+ 50-100 GNa+ Le PRM est essentielle

11、ment li la diffrence de concentrations intra- extracellulaires des ions K+.,Mcanisme du potentiel de repos,Mcanisme du potentiel de repos,Cest lingalit de rpartition des ions entre milieux extra- et intracellulaire qui est responsable du potentiel de repos (la pompe Na+-K+).,Le PRM est essentielleme

12、nt li la diffrence de concentrations intra- extracellulaires des ions K+. le potentiel dquilibre potassique EK=60logK+o/K+i(mv),Permabilit：K+ Cl- Na+ A-,Mcanisme du potentiel de repos,Le potentiel de repos est influenc par K+o PRM la permabilit membranaire aux ions Na+ et K+ lactivit lectrognique de

13、 la pompe Na+-K+ ATPase muscle lisse: 20 mV muscle squelettique et nerveuse: 5 mV,Potentiel daction,Dfinition de potentiel daction Diffrentes formes du potentiel daction Caractristiques du potentiel daction Mcanisme ionique du potentiel daction Propagation du potentiel daction,Potentiel daction,Cest

14、 la variation transitoire et rapide du potentiel de membrane qui peut se propager le long de la membrane cellulaire la suite dune stimulation.,Potentiel dune cellule nerveuse,Potentiel daction,dpolarisation,repolarisation,post-potentiel,Branche ascendante,Branche descendante,dpolaris,hyperpolaris,(o

15、vershoot),+20,0,-90,mV,0,200,Temps(ms),Potentiel daction de diffrentes cellules,Cellule myocardique,Cellule P,Cellule nerveuse,Excitation et excitabilit des tissus,Lexcitation(PA) et les cellules excitables (cellules nerveuses, musculaires et glandulaires) excitabilit tissulaire et stimulus liminair

16、e 兴奋性与阈刺激 excitabilit: la propit dune cellule vivante de ragir une stimulation stimulus liminaire: Le plus petit stimulus capable dvoquer une excitation cellulaire, cette intensit minimale est appele lintensit seuil de stimulation (阈强度). stimulus infraliminaire， stimulus supraliminaire Plus le seuil

17、 est petit, plus lexcitabilit dune cellule est leve.在体内可导致AP发生的刺激：EPSP，potentiel de la plaque motrice, potentiel de gnrateur. Etc.,Deux caractristiques fondamentales : Le PA obit la loi du tout ou rien: partir de la valeur seuil de dpolarisation, toute augmentation ultrieure de lamplitude de la stim

18、ulation napporte aucun changement dans la rponse observe. Si le seuil de dpolarisation nest pas atteint, il napparat pas. Si le seuil est atteint, la rponse est maximale demble. Le PA se propage sans attnuation tout au long de la fibre, mis en un point de laxone.,Caractristiques du potentiel daction

19、,Proprits lectriques de la membrane plasmique,la capacit membranaire et la rsistance membranaire les proprits de cble ：constant spatial, rm: rsistance transmembranaire Ri: rsistance intracellulaire ri , rm Le potentiel lectrotonique (dpolaris ou hyperpolaris) est en fonction du temps et de la distan

20、ce.,- dpolaris ou hyperpolaris - en fonction du temps et de la distance,Potentiel lectrotonique,Proprits lectriques de la membrane plasmique,Mcanisme du potentiel daction,le gradient lectrochimique (Em-Eion) INa+ = GNa+(Em-ENa+) la technique du voltage-clamp GNa et Gk: dpendent du potentiel et du te

21、mps,la dpolarisation: lactivation et louverture des canaux Na+ 2 portes (repos, activation et inactivation) la repolarisation: ouverture retarde de canaux K+ 1 porte (activation ou dsactivation),la technique du patch clamp,Le flux net est positif quand un cation a tendance sortir de la cellule. Le f

22、lux net est ngatif quand un cation a tendance entrer dans la cellule.,电压钳(voltage clamp)原理 细胞受去极化刺激时，引起哪种离子跨膜流动？,电压钳(voltage clamp)原理 细胞受去极化刺激时，引起哪种离子跨膜流动？,Technique du Patch-ClampNeher et Sakmann Prix Nobel de Mdecine 1991,ttrodotoxine (TTX) ttrathylammonium (TEA),GNa et Gk: dpendent du potentiel e

23、t du temps,Proprit lectrique des canaux Na+ et K+,Lactivation et louverture des canaux Na+ 2 portes (repos, activation et inactivation) Louverture retarde de canaux K+ 1 porte (activation ou dsactivation),Hodgkin & Huxley (H-H) model,/classes/bios/bios100/lectures/ion_channels.htm,D

24、clenchement dun PA,potentiel seuil 阈电位: pour quun potentiel daction puisse se produire, le potentiel membranaire doit dpasser un seuil que lon appelle potentiel seuil 10 15 mV plus positive que le potentiel de repos,cycle de rgnration (cycle rgnr),potentiel seuil,Intensit de canaux sodiques dans la

25、membrane cytoplasmique Ca2+o Ca2+o potentiel de seuil moins ngative excitabilit,Lamplitude de PA dpend de le potentiel de membrane les canaux sodiques le feed-back positif du courant sodique,当细胞受到刺激,细胞膜上少量Na+通道激活而开放,Na+顺浓度差少量内流膜内外电位差局部电位,当膜内电位变化到阈电位时Na通道大量开放,Na+顺电化学差和膜内负电位的吸引再生式内流,膜内负电位减小到零并变为正电位（AP

26、上升支）,Na+通道关Na+内流停+同时K+通道激活而开放,K顺浓度差和膜内正电位的吸引K迅速外流,膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支）, Na+i、K+O激活Na+K+泵,Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位,AP的产生机制:,Potentiel daction,une dpolarisation faible et transitoire de la membrane cellulaire (un stimulus infraliminaire),Excitation locale,Seuil de dclenchement,Potentiel daction pro

27、pag,rponse locale,Potentiel de repos,Caractristiques de la rponse locale pas de loi de “tout ou rien” la propagation lectrotonique pas de priode rfractaire la sommation temporelle et spatiale,时间性总和,空间性总和,mcanisme de la propagation de PA courant local conduction saltatoire (les fibres mylinises),Prop

28、agation du PA,Propagation du potentiel daction,conduction saltatoire,100 m/s,Gap Junction (Synapse lectrique),Structure : un connexon est constitu par lassemblage de 6 molcules de connexines Les canaux sont connects lun lautre crant une continuit lectrique entre les deux cellules,Jonction communican

29、te,Transmission lectrique,Ces cellules sont lectriquement couples par des jonctions de type gap “communicante”. Ces jonctions permettent le passage de tous les ions et des petites molcules. Conduction passive du courant est instantane et bidirectionnelle Ca2+ indpendant,Les synapses lectriques ont p

30、our rle de synchroniser lactivit de populations de cellules. - les neurones de lhypothalamus fonction neuroendocrine - le muscle cardiaque - le muscle lisse,Transmission lectrique,Excitation et excitabilit des tissus,changement de lexcitabilit priode rfractaire absolue priode rfractaire relative priode supranormale priode subnormale,Priode r