physiologie animale, loi d'ohm appliquée a un courant ionique

[tily]

Bonjour à tous,

j'étudie un cours sur les propriétés électriques d'une membrane plasmique où on a associé un courant électrique à un déplacement d'ions qui traverse une membrane (= une résistance) ça j'ai compris
avec U = RI
avec I = GU

je ne vois pas ce que représente U ici. Dans mon cours on dit que U est l'équivalent de la différence de potentiel Em entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule mais
on me dit après que U = Em - EX ou EX représente le potentiel d'équilibre d'un ion X donné. Pourquoi?

et que U mesure la force exercée à la fois par le gradient chimique et électrique....

Je comprends les différentes notions: Em, Ex et le gradient électrochimique mais je ne comprends le rapport avec U

Merci pour votre aide =)
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[blisax]

Bonjour,

En électronique, U est effectivement la différence de potentiel entre deux bornes par exemple. En électrophysiologie c'est un peu différent car ce qui compte ce n'est pas la différence absolue de potentiel entre les deux versants de la membrane plasmique, mais l'écart entre cette différence et le potentiel d'équilibre. En effet, pour un électron dans un système électrique, si U=0, il n'y a pas de déplacement d'électrons. Mais pour un cellule, si Em=0, les ions vont se déplacer quand même car ce potentiel n'est pas celui d'équilibre, et donc tant que Em est différent de Ex il y a un courant. Voila pourquoi U devient Em - Ex en électrophysiologie, la différence entre les deux représente ce qu'on appel la force électromotrice. Et tu vois bien que si Em=Ex alors là il n'y a plus de mouvement de l'ion X.

U (définis comme Em-Ex) prend effectivement en compte le gradient chimique (on retrouve cela dans l'expression de Ex donné par l'équation de Nernst) et électrique (puisque on regarde la différence Em-Ex).

J'espère que tu y vois plus clair avec ma réponse !

[tily]

Bonjour, merci pour ta réponse.

En fait, je me rend compte que je ne sais si j'ai réellement bien compris la définition de Ex. Pour moi, Ex c'est un équilibre entre la force électrique et la force chimique exercées sur l'ion. En gros, l'ion x se déplace selon son gradient chimique mais également selon son gradient électrique jusqu'a trouver un équilibre entre les 2 forces c'est ça? mais du coup, est ce que la concentration et les charges sont les mêmes de part et d'autre de la membrane? par ex si on prend Na+, est ce qu'on aura autant de Na+ de part et d'autre de la membrane ou est ce que Na+ arrête seulement de transiter?


De plus, je comprends bien quand tu dis que si Em=0, les ions continueront de débiter car 0 n'est pas la valeur de Ex où les ions sont à l"équilibre. Je comprends aussi que si Em=Ex, les ions arrêtent de débiter parce qu'ils sont pour le coup à l'équilibre. Mais pourquoi faire la différence entre les 2? Quand je te lis je comprends plutôt qu'on devrait écrire U = Em # Ex pourquoi faire la différence? c'est peut être tout bête mais j'ai du mal a piger le truc

[blisax]

Ex est la valeur théorique du potentiel membranaire déterminé par l'équation de Nernst, à laquelle les ions X ne traversent plus la membrane, en dépit des différences de concentration. Et il est en effet important de bien comprendre cela pour piger le reste

"En gros, l'ion x se déplace selon son gradient chimique mais également selon son gradient électrique jusqu'a trouver un équilibre entre les 2 forces c'est ça?" C'est exactement ça. Mais cela n'impose pas du tout que les charges et les concentrations soient les mêmes. Ce qui compte c'est que la différence de potentiel chimique soit égal à la différence de potentiel électrique (en norme). Mais ces deux différences de potentiel ne sont pas nécessairement égales à 0, donc il n'y a pas nécessairement (et même jamais in vivo) les mêmes charges et les mêmes concentrations. Ce qui compte c'est que la différence de potentiel chimique soit égal a la différence de potentiel électrique en norme mais opposé vectoriellement ! En d'autres termes, la différence de potentiel chimique "tire" les ions X vers l'extracellulaire et la différence de potentiel électrique tire les ions X vers l'intracellulaire (ou l'inverse) et comme les deux tirent avec la même force, les ions ne bougent plus.

"par ex si on prend Na+, est ce qu'on aura autant de Na+ de part et d'autre de la membrane ou est ce que Na+ arrête seulement de transiter? " donc non nous n'aurons pas nécessairement autant de Na+ de chaque coté mais oui pour ENa les ions Na+ ne traversent plus la membrane (de façon passive).

Je reprend mon exemple d'électron dans un système électrique, celui ci n'est soumis qu'a la différence de potentiel électrique donc sa position d'équilibre est U=0. Et plus U s'éloigne de cette position d'équilibre plus les électrons vont se déplacer pour faire changer la valeur de U jusqu’à atteindre l'équilibre (si on attend assez de temps, suffisamment d'électron auront transiter de la borne - a la borne + pour rétablir l’électro-neutralité i.e U=0)

Pour les ions c'est plus compliqué, car comme nous l'avons vu il y a aussi une différence de potentiel chimique qui intervient, mais on peut aussi calculer une position d'équilibre qui est Ex (qui prend en compte les concentrations). Et plus Em est loin de cette position d'équilibre, plus les ions se déplacent, et ils se déplacent dans le sens qui tend vers Ex. C'est la différence entre la différence de potentiel (ddp) et la position d'équilibre qui créer le mouvement des particules. Ainsi on peut définir plus largement U comme:

U= ddp - Eeq
avec Eeq la position d'équilibre, ainsi pour l'électron dans son système comme Eeq = 0 on a:
U=ddp
Et pour la membrane Eeq = Ex on a:
U=Em-Ex
ddp est appelé Em est électrophysiologie.

Je ne sais pas si cette explication plus mathématique t'aide a mieux intuiter la situation mais il faut bien comprendre que ce qui créer le mouvement dans la nature est souvent la différence entre la position actuelle et la position d'équilibre, raison pour laquelle on fait la différence entre les deux.

[A voir en vidéo sur Futura]

[tily]

Je commence à bien comprendre, merci de prendre le temps de m'aider, c'est super sympa

Dans mon cours, il y a une phrase qui dit que si par ex, on a une membrane qui est théoriquement perméable que aux ions NA+, alors Em=ENa+

je pense que ça a un rapport avec ce que tu disais "Et plus Em est loin de cette position d'équilibre, plus les ions se déplacent, et ils se déplacent dans le sens qui tend vers Ex"

je comprends quand tu dis que si Em est loin de Ex, les ions se déplacent car ils sont loin d'avoir atteint leur équilibre et les ions tendent a trouver un équilibre donc il tendent vers Ex mais pourquoi Em tend il vers Ex? parce que comme la membrane n'est perméable qu'à cet ion, une fois que l'ion est en équilibre, toute la membrane également? c'est pas très scientifique mais j'utilise des mots simples pour comprendre

et je me posais la question: on sait que E eq Na+ = +58mv est ce que ça nous donne un renseignement sur les concentrations/charges de Na+ de part et d'autre? c'est +58mv par rapport a l'extérieur? sachant que l'extérieur est plus électropositif et que il y a plus de Na+ en extérieur
une cellule au repos est a -70mv sachant que l'intérieur est plus électronégatif ce serait par rapport à l'intérieur là du coup? je sais pas si je suis claire

[blisax]

Pas de problème, le forum est fait pour ça et puis je me souviens d'avoir aussi mis du temps a comprendre l'électrophysiologie

L'exemple d'une "membrane qui est théoriquement perméable que aux ions NA+" est intéressant. Je ne démord pas de ma comparaison avec le circuit électrique: admettons qu'a l'une des bornes nous avons 4 charges + et a l'autre 4 charges moins -, donc U est différent de 0. Une fois que 4 électrons ont transités de la borne négative a la borne positive, il n'y aura plus de mouvement d'électron car le système a atteins une position d'équilibre U=0.

La membrane qui n'est perméable qu'aux ions Na+ va fonctionner un peu de la même façon sauf que sa valeur d'équilibre est Ex car le potentiel chimique rentre en compte. Donc a chaque ion Na+ qui passe la membrane, les charges électriques vont changer: si l'ion rentre dans la cellule, le versant extracellulaire va devenir un peu moins positif et le versent intracellulaire un peu moins négatif. Et donc Em va aussi changer légèrement et quand assez de Na+ auront traversés la membrane, on aura Em = ENa, a ce moment les Na+ ne bougeront plus. In vivo la membrane n'est pas perméable qu'a Na+, raison pour laquelle Em ne vaut pas ENa, je n'en dis pas plus ça nous amènerai un peu plus loin (--> équation de Goldman-Hodgkin-Katz). Pour rappel Em = Potentiel intracellulaire - potentiel extracellulaire.

"on sait que E eq Na+ = +58mv est ce que ça nous donne un renseignement sur les concentrations/charges de Na+ de part et d'autre?" ça nous donne une information sur le ratio des concentrations ! Il faut regarder l'équation de Nernst pour comprendre, il y a deux inconnus dans le logarithme: la concentration extracellulaire et la concentration intracellulaire. Donc avec une seule équation, on ne peut pas trouver deux inconnues mais on peut connaitre la valeur du rapport des deux par un simple changement de variable ([concentration extra]/[concentra intra] devient x).

Il faut bien comprendre que le +58mV est une valeur théorique de Em !! Donc au vu de la formule de Em, oui le signe positif indique que le potentiel intracellulaire est plus positif que le potentiel extracellulaire. En condition de repos, les cellules sont très peu perméable au Na+ donc celui-ci ne peut pas atteindre sa position d'équilibre et donc le versant intracellulaire reste négatif. J'espère que cette explication t'aide a y voir plus clair dans les signes des potentiels d'équilibre. Le plus important a comprendre est que Ex est une valeur théorique de Em. On peut prendre l'analogie d'une bille qui tombe, celle-ci arrêtera de tomber quand elle touchera le sol, donc quand l'altitude est de Z=0. Sa position d'équilibre (qui désigne cette fois non pas une ddp mais une altitude) est Zeq=0. Lors de la chute, les valeurs de Z vont défilé de façon décroissante jusqu’à atteindre Z=0 qui justement Zeq. Zeq est ici la valeur théorique de Z pour laquelle la bille arrête sa chute, de la même façon que Ex est la valeur théorique de Em pour laquelle l'ion X stop son mouvement !

[tily]

Bonjour,

merci pour ton message c'est bcp plus clair comme ça

je continue dans mon cours et j'arrive maintenant au fameux potentiel d'action... j'ai globalement compris ce qu'il en était mais je n'ai pas compris ce qu'est la technique du voltage imposé, voltage clamp? avec la capacité membrane? merci

[Mysterios]

Alors la technique du voltage clamp est une technique permettant d'étudier le fonctionnement d'un canal ionique.
Elle consiste au prélèvement d'un bout de membrane contenant un canal ionique grâce à une micropipette contenant une solution ionique (la face de la membrane peut être orientée de deux manières différentes) Inside out (la face cytosolique n'est pas au contact de la solution ionique) et outside out (la face cytosolique est au contact de la solution ionique, configuration la plus fréquente)

Grâce à un générateur qu'on adjoint au dispositif on impose une ddp (d'où le nom de voltage imposé). Puis grâce à un ampèremètre on mesure l'intensité du courant ionique induit par la ddp. Or courant et tension sont liés par une relation I = gU, et on sait que U est imposé, on peut donc en déduire g (la conductance) qui est directement liée à l'état d'ouverture du canal. On peut donc étudier son fonctionnement

[tily]

Bonjour, merci pour vos réponses

Pour le voltage imposé, j’ai bien compris qu’on impose une certaine ddp, un certain volage.
Par exemple pour un voltage imposé de 0mv, on réalise la technique du patch clamp, avec configuration outside out avec bcp de Na+ en extra cellulaire. A 0mv, on observe un courant entrant de Na+ j’ai pris cette exemple sur internet… c'est logique mais je comprends pas le but de la technique: est ce que c’est tout simplement de voir comment se comportent les canaux et les ions à une certaine ddp?
Il va y avoir des courants ioniques car les ions vont bouger suite à cette ddp? du coup certes on a des informations sur l’intensité du courant, sur la conductance et donc sur l’ouverture ou non des canaux c’est tout? j’ai vu sur internet qu’on parle de ‘courant correctif pour maintenir le voltage imposé’ c’est pas très clair

Après, ça devient plus technique on parle de rectification sortante, entrante et de courbe courant/tension (on utilise l'intensité du courant qu'on obtient suite a la technique en fonction du voltage imposé?) et le lien entre la courbe et la sélectivité...
je ne comprends pas toutes ces notions qu’est ce qu’on est censés voir et obtenir?

merci pour vos réponses qui m'aident bcp

[Mysterios]

Le but, c'est surtout de voir sous quelle condition le canal s'ouvre, se ferme et surtout à quels ions est-il perméable, tout cela est possible grâce à la technique du voltage clamp en modifiant les paramètres (ddp imposée, qu'on modifie pour voir quand est-ce que le canal est ouvert). S'il est ouvert, voir à quel ion il est perméable etc...

Oui, on peut mesurer grâce à un ampèremètre l'intensité du courant et donc la relier grâce à la tension (imposée) à la conductance.

[Mysterios]

Donc en somme, oui c'est exactement ça, le but du voltage clamp est d'étudier le canaux à une certaine ddp qu'on fixe. Car ne l'oublions pas, la ddp de cellule excitable varie et prend différentes valeurs, le but du voltage clamp est donc d'étudier les canaux à ces valeurs là (ou valeurs proches) !

[tily]

Ok merci pour ta réponse

du coup pour en revenir a la courbe courant/tension, on obtient quelque chose de ce type:



on peut voir le 'point d'inversion' qui nous montre le potentiel d'équilibre de l'ion et sinon?

[tily]

Juste une dernière question et tout sera clair j'ai bien compris ce qu'est maintenant que cette technique du patch clamp on peut voir comment se 'comporte' un canal en fonction de la ddp mais en quoi cela peut nous donner une information sur la sélectivité du canal?

merci

[tily]

c'est bon j'ai eu ma réponse sur internet.
merci à tous