Gradient electrochimique

[invite40bac9f9]

Bonjour,

J'aurais besoin qu'on m'eclaire sur un point important de physiologie s'il vous plaît

Les ions diffusent faiblement en général à travers la membrane lipidique sauf le K+ qui a une forte perméabilité vers le milieu extracellulaire via des canaux de fuite. Pour connaître le sens de la diffusion, il faut connaître le sens du gradient electrochimique (qui est toujours dans le sens de la diffusion).

Alors voilà où ça coince, pour moi, que pense qu'il fallait comparer le gradient de concentration de l'ion (gradient chimique) et le potentiel d'équilibre du même ion (gradient électrique) pour connaître le sens du gradient electrochimique.
Sauf que la formule mathématique du gradient electrochimique est la difference entre le potentiel de membrane de la cellule et le potentiel d'équilibre de l'ion considéré. On ne parle donc pas du tout de la concentration chimique dans la formule....Je ne comprends plus bien.. car cette formule mathématique permet aussi de connaître le sens du gradient electrochimique et donc de la diffusion (résultat positif --> le cation sort et vice versa).

Le gradient électrique n'est peut-être pas le potentiel d'équilibre soit dit en passant ?

Merci pour votre aide
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[blisax]

Salut !

Oui effectivement le sens du flux d'un ion est une balance entre le gradient électrique et le gradient chimique. Maintenant jetons un œil à la formule que tu évoques, je devine que c'est le formule d'Ohm de l'électrophysiologie. Le signe du courant (donc le sens du flux) est déterminé par U (l'équivalent de la tension; car positif et U=RI).
U est effectivement donné par "difference entre le potentiel de membrane de la cellule et le potentiel d'équilibre de l'ion considéré". Deux potentiels, mais alors où intervient le gradient chimique ? Est-ce que tu sais comment on calcul le potentiel d'équilibre ? Par la formule de Nernst qui prend déjà en compte les concentrations de l'ion (donc le gradient chimique). Autrement dis le potentiel d'équilibre donne le potentiel électrique auquel le flux cesse POUR UN GRADIENT CHIMIQUE DONNE. Est-ce plus clair ?

NB: Tu pourrais te dire que durant le flux d'ions le potentiel de membrane change mais aussi le potentiel d'équilibre aussi car les concentrations changent. Cela est un peu embêtant car on ne sais pas a quel potentiel le flux va cesser (ou c'est plus compliqué). En pratique pour des valeurs de potentiels physiologique, les changements de concentrations sont minimes et négligé. Tu peux calculer le nombre d'ions nécessaires à une dépolarisation de 60mV pour une cellule de taille standard si tu veux t'en convaincre

[invite40bac9f9]

Merci c'est bien plus intuitif avec votre explication et la formule de Nernst en prime !

Je résume avec mes mots : le sens du gradient electrochimique dépend du sens du gradient de concentration et du sens du gradient électrique. Dans la formule d'Ohm de l'electrophysiologie, le gradient électrique est représenté par le potentiel de membrane (car c'est une tension) et le gradient de concentration est représenté par le potentiel d'équilibre de l'ion (notamment au travers de la formule de Nernst).

Est ce que c'est cohérent comme ça ?

[blisax]

Hum il y a de l'idée mais je pense que ce n'est pas exact en toute rigueur.

1) Le gradient électrique peut être représenté par un vecteur qui pointe du milieu de même charge électrique que l'ion considéré vers l'autre milieu (pour le Na+ le gradient électrique va du milieu extracellulaire (car chargé +) vers le milieu intracellulaire). La norme de ce gradient électrique est bien donné par le potentiel membranaire néanmoins. Mais le potentiel membranaire seul perd donc cette information sur le sens du gradient.

Le gradient chimique est aussi représenté par un vecteur allant du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré (pour la molécule considérée) et dont la norme est donnée par la différence de concentration. Tu vois que ce n'est pas la définition du potentiel d'équilibre. En particulier le potentiel d'équilibre n'est pas égale en norme au gradient chimique, et en plus il prend en compte une information électrique: la valence de l'ion z (cf équation de Nernst).

Je pense donc qu'il n'est pas tout à fait correct de raisonner comme tu le fait. La clef pour comprendre le U de la loi d'Ohm d'électrophysiologie, est selon moi la formule de Nernst. je vais essayer d'expliquer cela différemment pour rendre le tout plus intuitif. L'équation de Nernst donne le potentiel électrique (au signe prêt selon les conventions) pour lequel le flux cesse SACHANT le potentiel chimique (même si ce potentiel n'est pas directement exprimé dans la formule). Ainsi cette équation de Nernst contient toute l'information sur le moment où le potentiel électrique devient égal (en norme et opposé en signe) au potentiel chimique. Donc la tension U donne juste une information sur a quel point nous sommes éloignés de la situation d'équilibre Em-Ex.

En l'écrivant je me rend compte que c'est pas si intuitif. Il faut clarifier quelques points:
-On dis souvent que le flux cesse quand le gradient électrique est égal en norme et opposé en signe au gradient chimique mais c'est un abus de langage. On peut modéliser les gradients par les vecteurs comme je l'explique plus haut mais c'est pas vraiment ça qui est intéressant. Créer un gradient (électrique ou chimique), porte le système a un plus haut niveau d'énergie potentielle (de la même façon que jeter une balle en l'air augmente son énergie potentielle). Mais le système (si on le laisse tranquille ce qui n'est pas le cas d'une cellule qui est très régulée), a tendance a aller vers le plus bas niveau d'énergie possible (le balle finit par redescendre et ne s'arrête que quand elle va rencontrer le sol) (c'est au moins vrai dans un système thermodynamique dissipatif). Bref il faut garder en tête que quand on compare ces deux gradients, on compare en réalité les énergies potentielles associées (évidement les deux grandeurs sont quand même liées ce qui justifie cet abus de langage).
-Le potentiel d'équilibre donne le potentiel de membrane pour lequel la cellule est dans un état d'énergie minimal (en ne considérant qu'un seul ion, et sachant les concentrations mises en jeu). Ainsi la tension U donne l'écart entre la position réelle du système (Em) et la position de moindre énergie (Ex). Par analogie, c'est un peu comme si je te donne la hauteur de la balle (3m) et la position du sol (0m), tu déduis que la balle va continuer a tomber (sur le plan thermodynamique c'est pas tout à fait la même chose mais ça donne une intuition).
-La loi d'Ohm de l'électrophysiologie dis juste que l'intensité du courant électrique est proportionnel à la différence Em-Ex, c'est-à-dire la différence entre le potentiel observé de la cellule, et le potentiel énergétiquement favorable (selon un seul ion !)

J'espère que c'est plus clair mais que je n'ai pas écorché la rigueur pour autant ^^

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite40bac9f9]

Merci ! Donc le potentiel d'équilibre de l'ion est purement théorique alors que le potentiel de membrane au repos (-60mV) est empirique? Le potentiel d'équilibre est un principe regroupant a lui seul les notions de "gradient chimique" et "gradient électrique" comme tu m'expliques ci dessus? (Tout en sachant que gradient= nrj)

C'est beaucoup plus intuitif car finalement, calculer le gradient electrochimique d'un ion donné revient à calculer une énergie potentielle !

Merci, dis moi si quelque chose est faux Dans mon paragraphe notamment

[blisax]

Oui je crois que tu résumes très bien l'idée générale; avec beaucoup plus de clarté que moi !