BICH 4943 Thèmes choisis en biochimie
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2008 Conduction nerveuse
BICH 4943Thèmes choisis en biochimie
PRINCIPES GENERAUX
Mécanismes moléculaires de la
conduction nerveuse
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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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2008 Conduction nerveuse
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Structure des neurones
Mécanismes moléculaires de la
conduction nerveuse
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2008 Conduction nerveuse
Schéma d'une neurone typique
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2008 Conduction nerveuse
Exemples de divers types de neurones
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2008 Conduction nerveuse
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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2008 Conduction nerveuse
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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2008 Conduction nerveuse
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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2008 Conduction nerveuse
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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2008 Conduction nerveuse
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Potentiel membranaire
Mécanismes moléculaires de la
conduction nerveuse
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2008 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
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2008 Conduction nerveuse
Gradient eléctrochimique
Il y a déplacement(si canaux ouverts)jusqu'à ce quepotentiel chimique =potentiel électrique=> équilibre
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2008 Conduction nerveuse
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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2008 Conduction nerveuse
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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2008 Conduction nerveuse
Concentrations ioniques typiques d'une cellule
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2008 Conduction nerveuse
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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2008 Conduction nerveuse
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
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2008 Conduction nerveuse
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
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2008 Conduction nerveuse
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
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2008 Conduction nerveuse
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
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2008 Conduction nerveuse
Mécanismes moléculaires de la
conduction nerveuse
Canaux ioniques
BICH 4943Thèmes choisis en biochimie
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2008 Conduction nerveuse
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
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2008 Conduction nerveuse
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
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2008 Conduction nerveuse
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>
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2008 Conduction nerveuse
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
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2008 Conduction nerveuse
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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2008 Conduction nerveuse
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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2008 Conduction nerveuse
Canaux ligand-dépendants
Spécifiques tressélectifs : plus ou moinsCycle: généralement pasOuverture: liaison du ligand sur un site
extracellulaireNom: récepteur du <ligand>
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2008 Conduction nerveuse
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
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2008 Conduction nerveuse
Exemple de canaux ligand-dépendant
Récepteur acétylcholine (nicotinique)Récepteur GABA (-aminobutyrate)Récepteur du glutamate
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2008 Conduction nerveuse
Etudes des canaux
Dispositifs pour mesurer la polarisation des cellules et le fonctionnement des canaux
Micro-électrodes
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2008 Conduction nerveuse
Micro électrode simple
Mesure les potentiels membranaires selon les situations Changer milieu externe Effet ligand inhibiteurs
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2008 Conduction nerveuse
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-
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2008 Conduction nerveuse
Labo avec système de clamplage
MicroscopeTable anti-vibrationOrdiPotentiomètreMicromanipulateurSyst. optiques
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2008 Conduction nerveuse
Diagramme d'un montage de base
Contrôlercomposition milieu d'incubation
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2008 Conduction nerveuse
Patch clamp d'un neurone
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2008 Conduction nerveuse
Variantes d'isolement de zones
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2008 Conduction nerveuse
Cellule entiere
Changer milieu extracellulaireEffet indirect produits dans le milieu extracell.
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2008 Conduction nerveuse
Zone renversée
"intside-out"traction
Effet produits intracell.
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2008 Conduction nerveuse
Zone normale
"outside-out"Traction + succionFermeture de la zoneMembrane se reformeEffet produits millieuextracell
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2008 Conduction nerveuse
Exemple d'enregistrement obtenu
Etude canal a Na a - 60 mV1 pA durant environ 1 msecPresque 10,000 ions Na durant 1 msec
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2008 Conduction nerveuse
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