Cellule nerveuse : le potentiel de repos5 minutes de lecture

11 potentiel de repos (Er)

Le potentiel de repos Er corespond en fait au potentiel de membrane Em de la cellule au repos. Ce potentiel de repos représente la différence de potentiel (ddp) qui existe entre le milieu extérieur et intérieur de la cellule, autrement dit, du milieu intracellulaire et extracellulaire.

111 mise en évidence

Le potentiel de repos peut être mesuré à l’aide de deux électrodes : l’une est une microélectrode à pointe très fine de l’ordre du micromètre, qui peut pénétrer dans la cellule dans la léser. Celle-ci va mesurer le potentiel intracellulaire, alors qu’une électrode de référence (macroélectrode) va mesurer le potentiel extracellulaire.

Cette expérience est réalisée en général sur un « neurone géant » de calmar (avis aux (anciens?) spécialistes en sciences de la vie et de la terre, cette expérience est réalisé durant l’année de terminale, cela devrait vous rappeler de souvenirs ^^)

On lit alor sur un osciloscope la différence de potentiel observée, qui s’élève normalement à -60mV (millivolts). Ceci est le potentiel de repos. Le milieu cellulaire est donc chargé négativement, par rapport au milieu extracellulaire. Cette valeur est aussi retrouvée chez d’autres neurones, et en fonction de la cellule, il varie entre -50mV et -90mV. Ce potentiel reste stable tant que la cellule n’est pas excitée. On peut comparer le neurone à une pile dont le pole négatif serait à l’intérieur et le pole positif à l’extérieur. Toute cellule à un potentiel de repos, mais seuls les neurones en ont l’utilité d’écrite ci après.

112 origine

La membrane qui sépare le milieu intra et extra cellulaire sépare deux milieux liquides. Cette différence de potentiel ne s’explique que par une répartition inégale des charges électriques (ions) situés de part et d’autre de la membrane.

Un peu de physique. Les ions se répartissent en deux catégories : les anions sont chargés négativement (Cl- ; O- …) et les cations positivement (H+ ; Ca2+ ; H3O+ ; Mg2+ …)

[tableau concentrations ioniques chez le calamar]

Le rapport des concentrations est similaire qu’il s’agisse de cellule de calamar ou de mamifère : la répartition des charges est très inégale. On remarue 400 milimoles de potassion (k+) dans le milieu intracellulaire contre 20 dans le milieu extracellulaire ; Au contraire, 50 milimoles de sodium et de clorure (respectivement Na+ et Cl- dans le milieu intracellulaire contre 440 et 560 (toujours respectivement) dans le milieu extracellulaire. Pour les mamifères, ces valeur sont 140mM de potassion, 14 de sodium et clurure dans le milieu intracellulaire contre 5 de potassium, 145 de sodium et 100 de clorure dans le milieu extracellulaire.

D’autre part la membrane d’un neurone est semi perméble, c’est-à-dire qu’elle laisse passer certains types ioniques et pas d’autres. Cette perméabilité s’explique par la présence de protéines appenées cannaux ioniques passifs ; passifs car ils sont toujours ouverts. La membrane d’une cellule est en effet constituée d’une double couche de lipides imperméable à l’eau et aux ions. Les lipides peuvent être traversés par des ions seulement si eux ci passent avec une protéine canal. Plus une membrane contient de canaux ioniques spécifiques d’un ion, plus a membrane est perméable à cet ion. Dans le cas de la membrane cellulaire, il existe un canal Na+ pour 25 canaux k+ et 11 canaux Cl-. La perméabilité au Na+ est donc inféireure à celle du Cl-, ui est elle-même inférieure à celle des ions K+.

Or on sait que si l’on a deux milieux communiquants, et la concentration d’un élément chimique est plus importante dans l’un que dans l’autre, il se crée un gradient de concentration en direction du milieu le moins concentré. Les molécules ou ici, ions vont se déplacer pour créer un équilibre, une concentration égale de part et d’autres du canal, dans un gradiant osmotique. Un gradient électrique se forme aussi d’autre part afin d’équilibrer les charges de part et d’autres de la membrane.

Dans la théorie, on devrait observer des mouvements d’ions et atteindre un équilibre à un moment donné. (voir tableau ci dessous)

[tableau flux net]

Or le déséquilibre électrique et osmotique entre le milieu intérieur et extérieur de la cellule reste constant, comment expliquer cela ?

Quelle que soit l’ampleur des mouvements ioniques passifs, la composition ionique des milieux entra et extra cellulaires reste constante. Le potentiel de repos est maintenu par l’existence d’un phénomène actif qui compense les mouvements passifs au travers de la membrane. Il s’agit d’un transport actif de sodium ers l’extérieur de la cellule et de potassium vers l’intérieur de la cellule. Celui-ci est assuré par les pompes Na+/K+. ce transport est actif, car il nécéssite une certaine énergie qui vient du métabolisme de la cellule, et qui est fourni par l’ATP (adénosine tri phosphate). Les transports et le flux passif se contrebalancent pour atteindre un équilibre dynamique dans la cellule. Quand trois Na+ et deux K+ transitent par la membrane de la cellule, la pompe en même temps, aura fait rentrer 2k+ dans la cellule et en aura expulsé 3Na+.