TD Physiologie Animale

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Exercice 1..........................................................................................................................................

Exercice 2..........................................................................................................................................

Exercice 3..........................................................................................................................................

Exercice 4..........................................................................................................................................

Exercice 5..........................................................................................................................................

Exercice 6..........................................................................................................................................

Exercice 7..........................................................................................................................................

TD Electrophysiologie        Fiche 2 de 3[pic 3][pic 4]

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TD Electrophysiologie        Fiche 3 de 3

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On se trouve dans ces conditions :

pHe = 7,45[pic 13]

Er = -60 mV

Si on émet l'hypothèse que les protons obéissent la loi de Nernst, alors on peut transformer l'équation du potentiel d'équilibre de ces ions H+ , afin de calculer la concentration intracellulaire en protons ([ H+] ) , et donc le pH[pic 14]

intracellulaire. On connaît le pH extracellulaire, donc la concentration en protons extracellulaire, qui est [ H+] = 10−pHe = 10−7,45 .[pic 15]

RT [ H+][pic 16]

EH+   =

F ⋅ln

e

[ H+][pic 17]

+

1.    F [ H ]

[pic 18]

[pic 19]

H+ ⋅ = ln +

RT [ H ]i

F [ H+][pic 20]

exp (E ⋅ ) =

[pic 21] [pic 22]

H+ RT  [ H+][pic 23]

[ H+]

[ H+]  =            e 

i         exp( E   ⋅ F )[pic 24][pic 25]

RT

On calcule un pH intracellulaire à pHi = 6,44, or le pHi réel mesuré est d'environ 7,2.

Cette différence entre le pHi calculé et mesuré est dû à que notre hypothèse de départ n'est pas vérifiée : les protons n'obéissent pas à la loi de Nernst.

Les protons ne sont pas répartis selon la loi de Nernst car il n'y a pas les canaux transmembranaires correspondants pour établir leur équilibre.

Par ailleurs, les protons sont soumis à des transports actifs par des pompes de type NA/H ATPases, qui sortent les protons de la cellule ; c'est à cause de cette sortie active de protons de la cellule que le pH réel intracellulaire est plus basique que le pH théorique, calculé en admettant que les protons obéissent à la loi de Nernst.

En général, la loi de Nernst permet de calculer la concentration intracellulaire des ions, à condition que ceci soient à l'état d'équilibre décrit par cette loi.[pic 26]

On veut calculer la proportion des ions potassium intracellulaires totaux qui doivent sortir de la cellule pour que la membrane de celle-ci soit polarisée, avec une différence de potentiel transmembranaire de -60 mV. Pour cela, il faut calculer le nombre d'ions potassium qui doivent sortir de la cellule pour la polariser, et le nombre d'ions potassium totaux contenus dans le volume de la cellule.

On considère une portion d'axone de calmar géant de 3,5 cm de longueur et de 900 µm de diamètre. Avec ces paramètres – et – on peut calculer la surface totale de la membrane de cette portion d'axone ;

S = 2 π r ⋅L = π ⋅(2r ) ⋅L = π ⋅D ⋅L = 0,99 cm2 .

Connaissant la surface de la membrane de cette portion d'axone, on peut calculer la charge totale de cette membrane, avec la formule :

Q = E ⋅C ⋅ S = 5,9376 .10−8 C .

tot r r

Où C est la capacité de la membrane – égale à 1µF.cm−2 – qui est fonction notamment de l'épaisseur de la membrane.[pic 27]

Connaissant la charge totale de la membrane et la charge d'une mole de cations monovalents (comme le potassium), qui est égale à la constante de Faraday ( F), on peut calculer la quantité d'ions potassium sortis de la cellule pour créer cette différence de potentiel considérée, en faisant le rapport entre la charge totale de la membrane et la charge d'une mole d'ions.

Une fois qu'on a calculé le nombre d'ions K+ sortis de la cellule, on s'intéresse au total d'ions potassium contenus dans le volume cellulaire considéré. Pour cela, il faut d'abord calculer ce volume :

Vol = π ⋅r2 ⋅L  = π ⋅( D/ 2)2 ⋅L  = 0,022 cm3 .

Pour obtenir le nombre de moles totaux d'ions potassium intracellulaires, il suffit de multiplier la concentration donnée en ions potassium (en moles) par le volume cellulaire calculé (en litres).

Ayant calculé le nombre de moles d'ions potassium sortis de la cellule et le nombre de moles d'ions potassium totaux dans la cellule, on peut faire le rapport, pour déterminer la proportion d'ions potassium intracellulaires qui doivent sortir de la cellule pour établir une différence de potentiel de – 60 mV.

On a trouvé que 6,15.10−13 mol de K+ devaient sortir de la cellule pour établir ce potentiel, ce qui correspond à environ 2 /107 ions potassium de la cellule.

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Cas du sodium

Quand les ions Na+ rentrent dans la cellule par diffusion facilité par les canaux sodiques, il le fait dans le sens décroissant du gradient de potentiel et de son gradient de concentration.[pic 29]