Physiologie cellulaire des structures exitables

Physiologie cellulaire des structures excitables

 

 

  1. La cellule excitable

 

Fonctionnement organe > phénomènes électriques

 

On c'est aperçue que les organes fonctionner par des phénomènes électriques > variations des tracées en fonction des zones.

Les gens saints ont les même tracés et les individu malades on des tracés différents. Donc les tracés servaient pour diagnostiquer certaines maladies.

En 1945 création des électrodes de verre : petite électrode qui pique une cellule ( tube très fin de 0.5 μm) tube de verre remplie d'une solution saline et pour réduire la résistance on utilise un fil d'argent comme conducteur.

 

C'est un outil très fragile qui a servit sur les cellule nerveuse car elles ne bougent pas.

 

1)Le neurone et sa physiologie

 

La cellule nerveuse peut prendre différente forme (polymorphe) c'est une cellule géante de par sa longueur mais avec un petit corps.

La réception du signal se fait par les dentrites, l'intégration du signal se fait par le corps cellulaire (noyau + principaux organites) et l'émission du signal se fait par l'axone.

In vivo le signal se fait dans un seul sens .Il est orthochromique.

 

 

Il y a deux grandes catégories de neurones en se qui concerne le sens du signal, les neurones moteur et les neurones sensitif.

Il existe aussi deux types d'axones:

  • les axones sans myéline

  • les axones myélisé.

 

 

2) Propriétés des neurones

 

-ne se divisent plus(chute au cours de notre vie)

-sensible à l'hypoxie (dégénèrent lors d'un manque d'oxygène)

-excitable ( capacité de répondre à une stimulation)

-conduit l'influx nerveux ( exciter et provoque l'excitation 'autre cellule)

-transmet l'influx nerveux à une autre cellule nerveuse

 

 

«3) état de membrane du neurone au repos

 

Potentiel au repos =PR

PR est – car i - / e + valable pour toutes les cellules.( étudier au départ sur l'axone de calamar)

 

Concentration milieu intérieur et extérieur expérimenté en mEq/l

Ions

K+

Na+

Cl-

Milieu intracellulaire

400

50

10

Milieu extracellulaire

10

400

540

 

PR=-60 mV

Le milieu intérieur est en K+ et pauvre en Na et Cl

 

Pour voir le concept on ramène cela au principe d'une pile à concentration

 

E=(RT/ZF) – Ln [x]e/[x]i F= 96.487 C.mol-1 R= 8.314 J.mol-1.K-1

Z= valence de l'ion

 

PR= E K+

 

Car une membrane au repos ne laisse passé que les K+ .Donc on peut simplifier en maintenant de cotés les autres ions. Au repos seuls les canaux potassique sont ouvert =- 60 mV

Na + =+60 mV et Cl- = +130 mV

 

Cela est du à la pompe Na K qui lutte contre le gradient NaK ATPase

Il y a 3 Na+ qui rentrent et 2 K+ qui sortent.

 

 

4)Excitabilité d'un neurone .

 

Très facilement excitable .On utilise le coutant électrique car les plus quantifiable avec le Choc Galvanique.

Choc galvanique est un courant qui s'établit direct une fois le circuit fermé à sa valeur max.

A certaines stimulation électrique on note une réaction c'est le seuil.

Le neurone obéit à la loi du tout ou rien .La réponse que l'on a après le seuil est l'influx nerveux.

 

 

 

 

1 PR =0 mb perd sa polarité = dépolarisation

2 Inversion de potentiel

3 Mb revient au PR repolarisation

 

L'inversion est dut à l'ouverture de canaux sodique qui font rentrer Na+ en quantité et ainsi produit l'augmentation et conduit à un potentiel positif.

Pour être efficace l'intensité du courant doit être ni trop forte ni trop élevé car la cellule s'accommode. Ainsi l'intensité nécessaire varie avec la durée d'application, il existe donc une relation intensité durée.

Intensité minimal: rhéobase qui conduit une réponse en temps utile

Plus le courant est intense plus la réponse se fait rapidement.

Chromaxie: double de la rhéobase.

Pour une fibre nerveuse de gros diamètre ( chromaxie élevé)

Pour une fibre nerveuse de petit diamètre (chromaxie faible)

 

La membrane doit être traversé par des flux ioniques, au cours de l'excitation la perméabilité de la membrane ionique va changé .

Les canaux sodium sont voltage dépendant.

Il existe deux périodes réfractaires : Absolue ou relative

Lorsqu'on inflige un mm stimuli il faut attendre un certains temps pour avoir une mm réponse c'est la période réfractaire absolue( les canaux se ferment et ne sont pas tout de suite réactivable)

Si on augmente l'intensité du stimuli on obtient une période réfractaire relative. Avec un seuil d'activation plus élevé puis au fur et a mesure de la réouverture des canaux on peut baisser l'intensité et ainsi le seuil de potentiel baisse progressivement pour retourner à sa valeur normal.

 

Pour tous les neurones d'abord absolue (fermé) puis fermé activables avec la période réfractaire activable (relative)

 

RMQ: Amplitude du PA variable selon les neurones .Le courant ionique se fait toujours en fonction du gradient ionique.

 

-Phénomènes très éphémères. PA dure autour de 2 à 3 ms

-code du système nerveux (avec une seule réponse (PA en fonction de la la fréquence))

 

 

 

 

Interprétation du PA

 

Augmentation de la perméabilité de Na → entré de Na dans la cellule→pile au Na →potentiel de membrane tend vers E Na +

La membrane se repolarise ensuite car la stimulation est éphémère .La perméabilité K est augmenté de façon retardée: facteur de repolarisation.

Repolarsisation au départ uniquement grâce à l'arrêt de perméabilité de Na puis augmentation à la perméabilité K (ouverture des canaux potassique)

 

PR ≈E K+ < 0i plus riche

PA→E Na+ > 0e plus riche

Il faut passer en dessous du PR pour avoir un canal activable.

 

 

 

 

 

 

 

  1. Conduction du potentiel

 

a) Fibres sans myéline

 

Pour obtenir la vitesse de conduction on fait un calcul de vitesse de base ( d/t)

Le potentiel d'action s'autorégénère , il ne perd pas en intensité en fonction de la distance.

D' un neurone à l'autre le PA n'est pas conduit à la même vitesse (m/s)

On a ainsi établi la théorie des courants locaux

 

 

axone ainsi elle se propage tout le long de la fibre.

 

 

b) Fibre à myéline

 

Conduction du PA dans une fibre myélisée

 

Le potentiel d'action est ainsi conduit plus rapidement .On retrouve ces axones dans les cellules motrices(PA ≈ 120 m/s)

La conduction du PA se fait par saut de nœud de Ranvier en nœud de Ranvier.

Neurone myelilisé = PA plus rapide

 

 

  1. La transmission= passage du PA d'un neurone à un autre

 

 

Synapse → lieu de transmission du signal.

 

Un élément prés synaptique (toujours un neurone) , élément post synaptique (neurone , fibre musculaire voir même une cellule glandulaire)

Les deux cellules sont séparés par un espace , la fente synaptique.

 

Les synapses peuvent être de deux natures

 

  • Synapses électriques (uniquement chez les invertebrés)

Fentes synaptiques sont très étroites ( 10 nano métres) le PA peut se transmettre directement

 

  • Synapses chimiques (chez tous les animaux)

La largeur de la fente est de 100 nano mètres ( trop grand) → utilisation de médiateur chimique →neurotransmetteur→transmet l'information d'une cellule à l'autre.

 

La synapse neuromusculaire ( plus facile à étudier )→ neurotransmetteur AcétylCholineAcétylCholine synthétiser au niveau de l'extrémité axonale , stocké dans une vésicule.

En abscence de PA on a une légere sortie d' acétylcholine → au niveau de la membrane post synaptique on a un potentiel miniature ≈ 1mV → insuffisant pour enclencher.

 

 

Le Ca2+ entre par les canaux se qui entraîne l'exositose des vésicules qui libèrent leur contenue dans la fente synaptique.

Avec la présence d' Ach les canaux Na+ s'ouvrent se qui entraîne une dépolarisation de la membrane et une transition du PA qui parcour l'ensemble de la membrane plasmique de la cellule.

Pour un PA on a environ 300 vésicules de libéré.

Le durée de vie du neurotransmetteur est brève . Soit il est recapturé ou dégradé par une enzyme ici l'acétilcholine sterase.

 

Il existe de très nombreux neurotransmetteurs (adrénaline ,cérotonine). A chaque neurotransmetteur on a un recepteur synaptique propre . Il y a aussi différents canaux ( Ca2+, Na+,K+,Cl-) .

En fonction du canal associé au neurotransmetteur cela permet une information exitatrice ou inhibitrice.

Synapse exitatrice → déclenche un PA

Synapse inhibitrice → hyperpolarisation de la membrane ,donc une inhibition

 

Un neurotransmetteur ne peut être qualifié d'exitateur ou inhibiteur tout dépend dur ecepteur et des autres informations il peut être les deux.

Jonction Neuro Musculaire( JNM) → Récepteurs Ach = nicotinique → stimulation

Pour le coeur → Récepteurs Ach =muscarinique → réponse inhibitrice.

 

 

  1. La cellule musculaire squelettique striée

 

 

Un muscle c'est la conversion de l'énergie chimique + l'énergie mécanique.

 

Métabolite → chaleur ( changement de structure)

(ex: glucose) → Contraction → travail mécanique

 

Rendement = énergie mécanique/ énergie chimique = 2,4 %

 

Ce rendement est supérieur à toutes les machines crées jusqu'à aujourd'hui .

Pour disposer se travail mécanique on a affaire à des protéines contractiles.

C'est le changement de structure que l'on qualifie de travail.

 

La cellule musculaire est une cellule géante plusieurs centimètre ( fibre musculaire). Se sont des cellules plurinucléées (100). Les noyaux sont généralement situés en périphérie

 

Ces cellules sont plurinuclées à cause de leur développement.

 

 

 

Cellule souche myoblaste fusion des myoblastes myotube → cellule musculaire

 

Myotube + myofibrille (myofilament ( protéine contractile) = cellule musculaire .

 

Sarcomère = unité de base d'une myofibrille d'une strie Z à une autre strie Z .

Pour un filament de myosine on a 6 filament d'actine. L'actine est dit myofilament fin ( 5nm ) et la myosine myofilament épais ( 10 nm).

Les cellules musculaires ne se divisent plus.

 

 

 

La longueur de raccourcissement dépend du nombre de Sarcomères . Plus il y a de myofibrilles plus la contraction sera puissante.

 

 

 

 

  1. Caractéristiques ultrastructurales

 

  • La fibre musculaire comprend deux systèmes tubulaire. Le tubule T ( pour transversale) qui est une invagination de la membrane plasmique à l'intérieure de la fibre.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Le tubule L ( pour longitudinale ) est parallèle au grand axe de la fibre . Le tubule L est ramifier , anastomoser ( ils se rejoignent) et ils forment en réalité une sorte de gaine tout autour de la myofibrile.

 

 

Schéma Tubule L

 

 

On y retrouve du Reticulum Endoplasmique Granuleux ainsi que des lysosomes , noyau, mitochondrie et du cytoplasme tout comme dans une cellule.

Le Tubule L est un réservoir en Ca 2+ qui joue un rôle lors de la contraction musculaire.

Un ensemble de deux tubule L et d'un tubule T est appelé triade.

 

 

  1. Rappel biochimique sur le métabolisme de la contraction musculaire

 

 

La seule molécule utilisable pour la cellule pour l'énergie est l' ATP.

ATP → Phosphate → énergie

ATP → ADP + Pi → AMP + Pi → Adénosine + Pi

 

 

Les étapes intermédiaires servent à contrôler le niveau de l'énergie. Au niveau de la cellule musculaire on a trois niveaux de production d' ATP :

 

  • Glucose qui subit une modification dans sa structure pour donner de l' ATP grâce au cycle de Kreps.

 

Tout cela amène les intermédiaires FADH et NADH vers la respiration cellulaire qui elle se déroule dans la mitochondrie.

Cette réaction à besoin d'Oxygène au départ pour y arriver .

Les NADH vont aller vers la membrane interne de la mitochondrie pour fabriquer de l'énergie .

Le NADH donne 3 protons qui vont sortir et 3 protons qui vont rentrer qui va permettre la formation de 3 ATP.

Le FADH va lui donner 2 ATP.

 

 

 

  • Fabrication de l' ATP par la phosphorylation de l' ATP .

ADP + Phosphocréatine → ATP + créatine

 

 

  • Glycolyse anaérobie ( sans O2)

 

ATP + Acide lactique ( métabolisé lentement) → douleur musculaire

 

 

  1. La commande de la contraction

 

C'est une commande nerveuse qui contrôle le muscle. La transmission du signal se fera au niveau des unité motrice sur la fibre musculaire.

Il y a beaucoup d'unité motrice pour les muscles de la précision ( doigts, yeux) . L'unité motrice est graduable en fonction du muscle.

 

Couplage Excitation – Contraction

 

Le PA du neurone est transmis le long de l'axone, il y a une dépolarisation de la membrane. Le Ca 2+ entre et dépolarise les sacules, qui entraîne une libération des neurotransmetteurs.

PA Sarcolème → PA Tubule T → PA Tubule L .

Libération du Ca2+ qui se fixe à la tropomine qui entraîne un déplacement de la Tropomyosine .

On a ensuite un démasquage du site de reconnaissance actine-myosine puis une hydrolyse de l' ATP qui entraîne un pivotement de la tête de myosine et par conséquent une contraction de la fibre musculaire.

 

 

 

Schéma coupa transversale de filament mince ( actine myosine et protéines régulatrices)

 

 

 

La Troponine est une protéine fixé sur l'actine . Le Ca 2+ s'y fixe est décale la protéine se qui provoque le démasquage du site de reconnaissance.

  1. Aspect moléculaire de la contraction

 

Les protéines de la contraction : Myosine, actine, troponine, tropomyosine.

Myosine : elle est capable d'hydroliser l' ATP , c'est une protéine de structure qui possède une site enzymatique ( ATPase) .

L'actine et la myosine ont une affinité l'une pour l'autre dépendant de l' ATP.

Sa structure est allongé environ 150 nm de long avec une extremité enflé ( tête et le reste la queue)

Cette molécule est composé de plusieurs chaînes ( 2 chaînes lourdes et deux chaines légéres)

Dans un muscle au repose c'est la tropomyosine qui empêche la myosine de se fixer sur l'Actine, elle masque le site de reconnaissance.

La Troponine ( C ) fixe le Ca 2+ se qui entraîne un changement de conformation.

La Troponine est en 3 partie , C, I, T.

 

 

  1. Mécanisme moléculaire de la contraction musculaire.

 

 

Mécanisme : Se sont les myofilaments qui vont coulisser les uns sur les autres. L'arrangement dans l'espace est extrêmement régulier se qui permet une optimisation de la contraction.

La contraction totale du sarcomère résulte d'une somme d'infime déplacement des myofilaments. Et

on obtient ainsi un raccourcissement important de la fibre musculaire.

 

Ce processus est sous la dépendance étroite de l' ATP et du Calcium . Après la contraction on a la décontraction qui nécessite le repompage du Calcium par les tubules L.

 

 

  1. Principales caractéristiques des différents types de fibres musculaires

 

 

Au niveau d'une unité motrice on a un même type de fibre.

 

a) Les fibres de types I (lentes)

 

  • Rouges ( fixe l'O2 ) (présence de myoglobine et plus riche en vascularisation) glycogène et lipides ( réserves d'énergies).

Elles sont endurantes et peu fatigables (muscles de la posture)

Elles contiennent beaucoup de mitochondrie → aérobie

Contraction tonique :

Fibre slow switch

 

b) Les fibres de types II (rapides)

 

  • IIa : Blanche,rosé( petite quantité de myoglobine et vascuarisation pauvre mais resistantes

  • IIb : Blanche, présence de glycogène, enzymes glycolytiques, Fibres puissantes mais très fatigables (les réserves sont rapidement utilisées)

  • IIc : Fibres intermédiaires entre I et II

Fibres fast switch

 

 

Normalement les muscles sont constitués des deux ,avec une dominance de l'un en fonction du mu

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