bich 4943 thèmes choisis en biochimie

2008 Conduction nerveuse

BICH 4943Thèmes choisis en biochimie

PRINCIPES GENERAUX

Mécanismes moléculaires de la

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



Structure des neurones


conduction nerveuse


Schéma d'une neurone typique


Exemples de divers types de neurones


Gaine de myéline

Enroulement autour de l'axoneMembrane riche en myélineIsole l'axoneNœuds de Ranvier: petits espaces libres entre deux cell Schwann


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


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)


Corps neuronal contient l'essentel des organites

NoyauMitochondriesRéticulum endoplasmiqueGolgi

Axones sont enrichis en filaments du cytosquelette

MicrotubulesBoutons synaptiques sont enrichis

Vésicules de sécrétionQq mitochondries



Potentiel membranaire


conduction nerveuse


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


Gradient eléctrochimique

Il y a déplacement(si canaux ouverts)jusqu'à ce quepotentiel chimique =potentiel électrique=> équilibre


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


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


Concentrations ioniques typiques d'une cellule


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)


Calcul du potentiel de repos d'une cellule

Equation de GoldmanSomme 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


Dépolarisation et hyperpolarisation

Changements subis de causés par entrée ou sortie massive d'ion dans la cellule typique des nouvelles [ ] ioniques

calculable avec équation GoldmanDépolarisation: est plus positif ou moins

négatif - 60 mV => - 20 ou +15Hyperpolarisation est plus négatif ou moins

positif: - 60 mV => - 80


Cas du Na dans une cell normaleNa = + 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


Cas du K dans une cell normaleK = - 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



conduction nerveuse

Canaux ioniques



Canaux ioniques

Structures transmembranaires pouvant laisser passer un ion par un pore (tunnel) interne selon Selon gradient électrochimique ( et )Spécificité: ex. cation monovalentsélectivité: ex. Na vs K


Signal d'ouverture

Différents signaux déclenchent l'ouvertureCanaux voltaïques (potentiel-dépendants)

Transmission électrique (neurone)

Canaux ligand-dépendants Substance chimique du milieu extra-cell.

(neurotransmetteur) Transmission chimique (synapse)

Autres


Canaux voltaïques

Spécifiques trèssélectifs : très

taille des ion (avec/sans coquille d'hydratation)

Inhibiteurs: bloque canal en configuration O, F ou R

Nom: canal à <ion transporté>


Cycle d'un canal voltaïque

Fermé (F) : aucun passage d'ion Peut être ouvert si est atteint

Ouvert (O): passage ionRéfractaire (inactif) ( R): aucun passage

d'ion Ne peut s’ouvrir même si est atteint Retour à F après un certain temps


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)


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


Canaux ligand-dépendants

Spécifiques tressélectifs : plus ou moinsCycle: généralement pasOuverture: liaison du ligand sur un site

extracellulaireNom: récepteur du <ligand>


Agonistes et antagonistes

analogues structuraux du ligandAffinité pour le site liaison > ligandAgoniste: se lie sur le site et l'activeAntagoniste: se lie sur le site mais ne l'active

pas Ligand/agoniste ne peut se lier

Force ouverture ou bloque ouverture du canal


Exemple de canaux ligand-dépendant

Récepteur acétylcholine (nicotinique)Récepteur GABA (-aminobutyrate)Récepteur du glutamate


Etudes des canaux

Dispositifs pour mesurer la polarisation des cellules et le fonctionnement des canaux

Micro-électrodes


Micro électrode simple

Mesure les potentiels membranaires selon les situations Changer milieu externe Effet ligand inhibiteurs


Clampage de zone (Patch clamp)

Electrode = micropipetteFixe potentiel à un niveauMaintien potentiel par compensation avec

électrons (courrant) Mesure du courant prop. Mouvements des ionsMesure entree/sortie ion

Entrée cations/sortie d'anions => entrée e-

Entrée anions/sortie cations => sortie e-


Labo avec système de clamplage

MicroscopeTable anti-vibrationOrdiPotentiomètreMicromanipulateurSyst. optiques


Diagramme d'un montage de base

Contrôlercomposition milieu d'incubation


Patch clamp d'un neurone


Variantes d'isolement de zones


Cellule entiere

Changer milieu extracellulaireEffet indirect produits dans le milieu extracell.


Zone renversée

"intside-out"traction

Effet produits intracell.


Zone normale

"outside-out"Traction + succionFermeture de la zoneMembrane se reformeEffet produits millieuextracell


Exemple d'enregistrement obtenu

Etude canal a Na a - 60 mV1 pA durant environ 1 msecPresque 10,000 ions Na durant 1 msec


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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