Définition du potentiel d'action et de la membrane

Ange Zamora Ramírez
Licence en physique

Le potentiel d'action implique un changement rapide du potentiel membranaire d'une cellule excitable qui se propage rapidement à travers elle. Les potentiels d'action sont le mécanisme de base pour la transmission d'informations dans le système nerveux et dans tous les types de muscles.

Toutes les fonctions exercées par notre système nerveux, la contraction des muscles qui nous permet de bouger et le rythme cardiaque qui permettent le transport du sang vers toutes les cellules de notre corps sont orchestrés par des signaux électriques qui se propagent à travers les tissus impliqué.

Potentiel membranaire

D'un point de vue purement physique, nous pouvons considérer les cellules comme s'il s'agissait de petites batteries. Il existe des charges électriques dans le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire dont les différentes concentrations entraînent une différence de potentiel électrique à travers la membrane de la cellule. Le gradient électrochimique généré donne lieu à plusieurs des phénomènes électriques qui se produisent dans la cellule.

Les ions particulièrement pertinents lors de la détermination du potentiel de membrane des cellules sont l'ion sodium (Na⁺) et l'ion potassium (K⁺). La concentration moyenne de Na⁺ dans le milieu extracellulaire elle est de 142 mEq/l alors que dans le milieu intracellulaire elle n'a qu'une concentration de 14 mEq/l. D'autre part, la concentration de K⁺ à l'extérieur de la cellule elle est de 4 mEq/l et à l'intérieur de la cellule elle est d'environ 140 mEq/l.

La différence de concentration de ces deux ions entre le milieu extracellulaire et intracellulaire génère une différence de potentiel électrique à travers la membrane cellulaire. Cependant, il existe d'autres facteurs qui influencent également cela. La membrane cellulaire est plus perméable à l'ion K⁺, c'est-à-dire que cet ion peut le traverser plus facilement. Il existe des canaux ioniques dits canaux de fuite potassium qui permettent le passage des ions K⁺ de l'intérieur de la cellule vers l'extérieur. Ils laissent également s'échapper certains ions Na^+, bien que ces canaux soient environ 100 fois plus perméables au potassium.

Un autre élément qui joue un rôle fondamental dans la formation du potentiel de membrane est la pompe Na.^+- k⁺. C'est une protéine qui utilise l'ATP pour produire une pompe continue de 3 ions Na⁺ hors de la cellule et 2 ions K⁺ vers l'intérieur, provoquant ainsi une plus grande accumulation de charges positives dans le milieu extracellulaire. Lorsque tous ces mécanismes agissent ensemble, un potentiel net de membrane d'environ -90 mV est généré dans les fibres nerveuses. La valeur d'être potentiel est par rapport à l'intérieur de la cellule, c'est-à-dire que le potentiel est plus négatif dans l'environnement intracellulaire.

potentiel d'action

Un potentiel d'action commence par un changement soudain par rapport au potentiel de membrane négatif normal. jusqu'à un potentiel positif, et se termine par un retour presque aussi rapide vers le potentiel négatif. Les acteurs requis pour la génération d'un potentiel d'action et la récupération par la suite sont les canaux sodiques voltage-dépendants et les canaux potassiques voltage-dépendants. Ce sont des canaux ioniques qui s'ouvrent et se ferment en fonction de la valeur du potentiel de membrane à un certain moment.

Un potentiel d'action commence avec la cellule au repos et avec son potentiel de membrane à la valeur typique de -90 mV. Durant cette phase la membrane est dite « polarisée ». Dans certaines conditions, la membrane devient soudainement très perméable aux ions Na.⁺, de telle manière que ceux-ci commencent à se déplacer vers l'intérieur de la cellule et que le potentiel commence à devenir plus positif.

Si le potentiel atteint une valeur qui peut être comprise entre -70 et -50 mV, les canaux sodium voltage-dépendants s'ouvrent et il y a un mouvement rapide de plus d'ions Na.⁺ vers le milieu intracellulaire. Au cours de cette phase, la perméabilité de la membrane au sodium peut augmenter jusqu'à 5 000 fois et le potentiel membrane atteint des valeurs qui oscillent entre + 35 et + 40 mV, on dit alors que la membrane est "dépolarisé". Le canal sodium voltage-dépendant reste ouvert pendant quelques dizaines de millièmes de seconde puis se referme.

Lorsque le potentiel de membrane atteint 0 mV, les canaux potassiques voltage-dépendants commencent à s'ouvrir, permettant le flux d'ions K.⁺ vers l'extérieur de la cellule. Cependant, en raison de l'ouverture retardée des canaux potassiques, ils s'ouvrent complètement lorsque les canaux sodiques commencent à se fermer. La combinaison des deux événements provoque une remontée rapide du potentiel de membrane à la valeur de repos de -90 mV, dans cette phase on dit qu'il y a une "repolarisation".