2008 Conduction nerveuse
BICH 4943Thèmes choisis en biochimie
PRINCIPES GENERAUX
Mécanismes moléculaires de la
conduction nerveuse
2008 Conduction nerveuse
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
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Structure des neurones
Mécanismes moléculaires de la
conduction nerveuse
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Schéma d'une neurone typique
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Exemples de divers types de neurones
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Gaine de myéline
Enroulement autour de l'axoneMembrane riche en myélineIsole l'axoneNœuds de Ranvier: petits espaces libres entre deux cell Schwann
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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
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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)
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Corps neuronal contient l'essentel des organites
NoyauMitochondriesRéticulum endoplasmiqueGolgi
Axones sont enrichis en filaments du cytosquelette
MicrotubulesBoutons synaptiques sont enrichis
Vésicules de sécrétionQq mitochondries
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Potentiel membranaire
Mécanismes moléculaires de la
conduction nerveuse
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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
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Gradient eléctrochimique
Il y a déplacement
(si canaux ouverts)
jusqu'à ce que
potentiel chimique
=
potentiel électrique
=> équilibre
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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:
pas de déplacement net Donné en mV (généralement)
0 Na= + 60, 0 K= - 80
Équation de Nerst: calcul du potentiel d'un ion
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Si pour un ion donné dans des conditions données > 0 => 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
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Concentrations ioniques typiques d'une cellule
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Potentiel membranaire de repos (0)
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)
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Calcul du potentiel de repos d'une cellule
Equation de Goldman
Somme pondérée des de chaque ion diffusible
Au potentiel membranaire de repos ( 0 = - 60) Na+ (Na = + 60) tend à entrer dans la cell
K+ (K = -80) tend à sortir de la cell
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Dépolarisation et hyperpolarisation
Changements subis de causés par entrée ou sortie massive d'ion dans la cellule
typique des nouvelles [ ] ioniques
calculable avec équation Goldman
Dépolarisation: est plus positif ou moins négatif - 60 mV => - 20 ou +15
Hyperpolarisation est plus négatif ou moins positif: - 60 mV => - 80
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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
-> …..- 20 -> + 60 (max.)
dépolarisation
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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,
passe à valeurs plus basses que 0 -> 80 mV (max.)
hyperpolarisation
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Mécanismes moléculaires de la
conduction nerveuse
Canaux ioniques
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Canaux ioniques
Structures transmembranaires pouvant laisser passer un ion par un pore (tunnel) interne selon Selon gradient électrochimique ( et )
Spécificité: ex. cation monovalent
sélectivité: ex. Na vs K
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Signal d'ouverture
Différents signaux déclenchent l'ouverture
Canaux voltaïques (potentiel-dépendants) Transmission électrique (neurone)
Canaux ligand-dépendants Substance chimique du milieu extra-cell.
(neurotransmetteur) Transmission chimique (synapse)
Autres
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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>
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Cycle d'un canal voltaïque
Fermé (F) : aucun passage d'ion Peut être ouvert si est atteint
Ouvert (O): passage ion
Réfractaire (inactif) ( R): aucun passage d'ion Ne peut s’ouvrir même si est atteint Retour à F après un certain temps
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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)
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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
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Canaux ligand-dépendants
Spécifiques tres
sélectifs : plus ou moins
Cycle: généralement pas
Ouverture: liaison du ligand sur un site extracellulaire
Nom: récepteur du <ligand>
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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
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Exemple de canaux ligand-dépendant
Récepteur acétylcholine (nicotinique)
Récepteur GABA (-aminobutyrate)
Récepteur du glutamate
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Etudes des canaux
Dispositifs pour mesurer la polarisation des cellules et le fonctionnement des canaux
Micro-électrodes
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Micro électrode simple
Mesure les potentiels membranaires selon les situations Changer milieu externe Effet ligand inhibiteurs
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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-
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Labo avec système de clamplage
Microscope
Table anti-vibration
Ordi
Potentiomètre
Micromanipulateur
Syst. optiques
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Diagramme d'un montage de base
Contrôler
composition
milieu
d'incubation
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Patch clamp d'un neurone
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Variantes d'isolement de zones
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Cellule entiere
Changer milieu extracellulaire
Effet indirect produits dans le milieu extracell.
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Zone renversée
"intside-out"
traction
Effet produits intracell.
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Zone normale
"outside-out"
Traction + succion
Fermeture de la zone
Membrane se reforme
Effet produits millieu
extracell
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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
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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
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