I - Le Neurone et sa Fonction
Définition et propriétés du neurone
• Le neurone est une cellule excitable capable de générer et transmettre un signal électrique.
• Excitabilité : capacité à répondre aux stimulations et à produire un potentiel d’action.
• Conductivité : transmission du signal électrique.
Le signal électrique dans un neurone
• Naissance du signal : due au mouvement des ions (Na+, K+) à travers la membrane neuronale.
• Propagation : le signal voyage des dendrites vers l’axone.
• Polarisation : un neurone doit être polarisé pour être excitable.
Pourquoi ?
• La polarisation membranaire permet la génération du potentiel d’action.
• Ce phénomène repose sur la répartition des ions et le fonctionnement de la pompe Na+/K+.
II - Perméabilité Membranaire et Transport
II - 1- Transports passifs
A. Diffusion
• Mouvement naturel des particules du plus concentré vers le moins concentré.
• Découvertes :
• 1827, Robert Brown : Mouvements browniens.
• 1865, Adolph Fick : Lois de la diffusion.
B. Diffusion facilitée des ions
• Les canaux ioniques permettent aux ions de se déplacer selon leur gradient de concentration.
• Électroneutralité : équilibre entre charges positives et négatives.
II - 2 - Transports actifs
• Transport contre le gradient de concentration, nécessitant de l’ATP.
• Pompe Na+/K+ :
• Expulse 3 Na+ et fait entrer 2 K+.
• Maintient le potentiel de repos en évitant l’équilibrage des concentrations.
III - Le Potentiel de Repos
Définition
• Différence de potentiel stable lorsque le neurone est au repos (~ -70 mV).
• Due à la sortie continue de K+ et l’entrée de Na+ par des canaux de fuite.
III - 1- Historique
• 1838, Matteucci : Découverte du courant de blessure.
• 1841, Du Bois-Reymond : Fluctuation négative.
• 1888, Nernst : Équation de Nernst, base de l’électrochimie.
• 1950, Hodgkin & Huxley : Voltage Clamp (Prix Nobel 1963).
III - 2 - Mise en évidence
• La membrane neuronale est électriquement polarisée au repos.
• La différence de potentiel est mesurée autour de -70 mV.
III - 3 - Signification
• K+ tend à sortir, Na+ à entrer.
• Un équilibre est atteint lorsque le gradient électrique compense le gradient chimique.
• Si les concentrations s’équilibrent, plus de polarisation → mort neuronale.
IV - Potentiel d’Équilibre et Équation de Nernst
• Potentiel d’équilibre d’un ion (E_x) : le point où le gradient électrique compense le gradient chimique.
• Équation de Nernst permet de calculer E_x pour chaque ion.
Driving Force (DF)
• DF = Différence entre potentiel membranaire et potentiel d’équilibre de l’ion.
• Si DF = 0 → l’ion est à l’équilibre, il ne bouge plus.
V - Rôle de la Pompe Na+/K+ dans le Maintien du Potentiel de Repos
• Empêche l’homogénéisation des concentrations ioniques.
• Assure une différence de potentiel stable.
• Consomme beaucoup d’ATP.
⚠️ Sans cette pompe, la différence de potentiel disparaît et les neurones cessent de fonctionner → mort.
Conclusion
✔️ Au repos :
• Potentiel membranaire ~ -70 mV.
• La membrane est plus perméable à K+ qu’à Na+.
• Maintien de la polarisation grâce à la pompe Na+/K+.
✔️ Importance :
• La différence de potentiel est cruciale pour la transmission du signal nerveux.
• Le fonctionnement neuronal dépend du maintien d’un déséquilibre ionique constant.
Formules Importantes
• Équation de Nernst :
E_x = \frac{RT}{zF} \ln \left( \frac{[X]{ext}}{[X]{int}} \right)
où E_x est le potentiel d’équilibre, z la charge de l’ion, [X] sa concentration.
• Driving Force :
DF = Em - Ex
Si DF ≠ 0, l’ion se déplace.
Schéma récapitulatif
1️⃣ Au repos :
• Intérieur négatif (-70 mV).
• Beaucoup de K+ à l’intérieur, beaucoup de Na+ à l’extérieur.
2️⃣ Sans la pompe Na+/K+ :
• Les concentrations s’équilibreraient.
• Plus de potentiel de repos → plus d’activité neuronale.
✨ Clé de la compréhension : le potentiel de repos est un état dynamique nécessitant une dépense énergétique continue pour être maintenu.
