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INTRODUCTION A LA NEUROBIOLOGIE

INTRODUCTION A LA NEUROBIOLOGIE. Introduction à la Neurobiologie. Le Potentiel de membrane Le Potentiel d’action L’activité rythmique La transmission synaptique Les réseaux nerveux. Le Potentiel de Membrane. Barrière imperméable. Barrière semi-perméable. Force électrostatique.

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INTRODUCTION A LA NEUROBIOLOGIE

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Presentation Transcript

  1. INTRODUCTIONA LA NEUROBIOLOGIE

  2. Introduction à la Neurobiologie • Le Potentiel de membrane • Le Potentiel d’action • L’activité rythmique • La transmission synaptique • Les réseaux nerveux

  3. Le Potentiel de Membrane

  4. Barrière imperméable Barrière semi-perméable Force électrostatique Force du gradient A- A- K+ K+ Equation de Nernst

  5. Pompe Na+/K+ Equation des conductances parallèles K+ Cl- Na+ A- Le neurone à l ’état stationnaire Le Cl- est proche de son potentiel d ’équilibre Le K+ n ’est pas à l ’équilibre : EK = -90 mV force nette -> sortie Le Na+ n ’est pas à l ’équilibre :ENa = +60 mV force nette -> entrée Na+ et K+ : légères fuites à travers la membrane Ces fuites sont compensées par pompe Na+/K+ Equation de Hodgkin-Katz-Goldman

  6. Le Potentiel d’action dépolarisation Em = +50 mV repolarisation Em =-70 mV repos repos hyperpolarisation

  7. CARACTERISTIQUES DU POTENTIEL D’ACTION Le potentiel d’action est déclenché par une dépolarisation · La dépolarisation doit dépasser une valeur seuil · · Le potentiel d’action est un phénomène tout ou rien Le potentiel d’action se propage sans atténuation · Pendant le potentiel d’action le potentiel membranaire s’inverse ("overshoot") · Le potentiel d’action est suivi par une période réfractaire ·

  8. C’est un phénomène à rétrocontrôle positif · Em INa gNa gNa ENa cm Em Le potentiel d ’action est déclenché par une dépolarisation qui doit dépasser une valeur seuil · Ext LA PHASE DE DEPOLARISATION DU POTENTIEL D’ACTION I = g ´ E INa = gNa´ (ENa - Em)

  9. L ’augmentation de conductance reflète un changement dans la forme du canal sodium. Ce changement dépend du voltage o Déplacement d’une région fortement chargée appelée la "m gate" § Ce déplacement agit comme l’ouverture d’une porte : ->la "m gate" s’ouvre lors des dépolarisations § LA PHASE DE DEPOLARISATION DU POTENTIEL D’ACTION La conductance gNa est dépendante du voltage

  10. L ’augmentation de conductance reflète un changement dans la forme du canal sodium. Ce changement dépend du voltage o Déplacement d’une région fortement chargée appelée la "m gate" § Ce déplacement agit comme l’ouverture d’une porte : ->la "m gate" s’ouvre lors des dépolarisations § LA PHASE DE DEPOLARISATION DU POTENTIEL D’ACTION La conductance gNa est dépendante du voltage Au seuil: I o = -I Na K Dès que I devient plus grand que I , un rétrocontrôle positif apparaît Na K et un potentiel d ’action est déclenché

  11. Déplacement d’une autre région chargée appelée la "h gate" § Ce déplacement ferme le canal : § L ’ARRET DE LA DEPOLARISATION DU POTENTIEL D’ACTION Le canal Na+ se ferme automatiquement Cette fermeture est en fait une inactivation. - la "h gate" ferme le canal lors des dépolarisations - la "h gate" est plus lente que la "m gate » - ainsi l ’augmentation de gNa n ’est que transitoire

  12. L ’augmentation de conductance dans le canal potassium reflète un changement dans la forme du canal. Ce changement dépend du voltage o Déplacement d’une région fortement chargée appelée la "n gate" § Ce déplacement agit comme l’ouverture d’une porte : ->la "n gate" s’ouvre lors des dépolarisations § LA PHASE DE REPOLARISATION DU POTENTIEL D’ACTION Le retour au potentiel de repos met en jeu un canal K+

  13. dépolarisation repolarisation repos repos hyperpolarisation LA PHASE D ’AHP HYPERPOLARISATION DU POTENTIEL D’ACTION Le canal sodium est inactivé, fermé Le canal potassium est encore activé

  14. dépolarisation repolarisation La "h gate" s ’ouvre de nouveau La "n gate" se referme o o repos repos hyperpolarisation RETOUR AU POTENTIEL DE REPOS Le canal sodium se désinactive Le canal potassium se désactive

  15. La "m gate" est en fait composée de trois portes La "n gate" est composée de quatre portes La "h gate" est composée d’une seule porte o o o FORMALISME DU POTENTIEL D ’ACTION L’activation du canal Sodium INa = (ENa-Em).GNa.m3.h (GNa = Conductance Na+ max ) L’activation du canal potassium IK = (EK-Em).GK.n4 (GK = Conductance K+ max )

  16. Na+ Ext Int PROPAGATION DU POTENTIEL D’ACTION L’ouverture du canal sodium crée des courants locaux inactivé fermé _ +

  17. Na+ Ext Int PROPAGATION DU POTENTIEL D’ACTION L’ouverture du canal sodium crée des courants locaux qui, à leur tour, activent les canaux sodium activé

  18. Ext Int PROPAGATION DU POTENTIEL D’ACTION L’ouverture du canal sodium crée des courants locaux qui, à leur tour, activent les canaux sodium dés-inactivé inactivé activé _ +

  19. De nombreux neurones ne font jamais de potentiel d’action · L ’évolution du potentiel dépend : - des cinétiques d’activation et d’inactivation - des interactions entre les différents canaux ioniques Les trois états (possibles) d’un canal voltage-dépendant Interneurones locaux Canaux voltage-dépendants La genèse d ’activité rythmique peut se faire sans PA o o o o o Les principes gouvernant le fonctionnement des canaux ioniques qui sous-tendent le PA peuvent s’appliquer à d’autres canaux · Au repos (fermé), activé (ouvert), inactivé L’état du canal dépend du potentiel de membrane § § GENERALISATION AUX AUTRES CANAUX IONIQUES

  20. Neurones pace-maker

  21. Un oscillateur neuronal à partir des Potentiels d’Action · Définition: Lorsqu’il est isolé, un tel neurone présente un rythme de son potentiel. Un exemple d ’oscillation périodique o o Le canal sodium impliqué dans la genèse des PA -> INa Le canal potassium impliqué dans la genèse des PA -> delayed rectifier Le PA n ’est déclenché qu’au delà d’un seuil § § § GENERALISATION AUX AUTRES CANAUX IONIQUES : LA GENESE D ’UNE ACTIVITE RYTHMIQUE

  22. Quand le potentiel de membrane atteint le seuil : INa = courants K de fuite Tout le cycle se déroule alors :   - les canaux Na s’activent massivement, puis s’inactivent - les canaux K s’activent massivement - la repolarisation désinactive les canaux Na et désactive les canaux K I Em Em I

  23. Un oscillateur neuronal à partir des Potentiels d’Action · Définition: Lorsqu’il est isolé, un tel neurone présente un rythme de son potentiel. Un exemple d ’oscillation périodique o o Le canal potassium impliqué dans la genèse des PA -> delayed rectifier Le PA n ’est déclenché qu’au delà d’un seuil Le canal sodium impliqué dans la genèse des PA -> INa § § § Quand le potentiel de membrane atteint le seuil : INa = courants K de fuite Tout le cycle se déroule alors : Si le potentiel de « repos » est au dessus du seuil, les PA sont émis de façon répétitive    GENERALISATION AUX AUTRES CANAUX IONIQUES : LA GENESE D ’UNE ACTIVITE RYTHMIQUE - les canaux Na s’activent massivement, puis s’inactivent - les canaux K s’activent massivement - la repolarisation désinactive les canaux Na et désactive les canaux K

  24. Em I

  25. Variations autour de ce modèle d’oscillateur neuronal · Durée de la phase dépolarisée -> Plateaux o Un canal sodium sans inactivation (INap) § Notion de bistabilité  GENERALISATION AUX AUTRES CANAUX IONIQUES : LA GENESE D ’UNE ACTIVITE RYTHMIQUE

  26. PLATEAU sans inactivation du canal sodium inactivation du canal sodium Canal Na ouvert Canal Na fermé

  27. Variations autour de ce modèle d’oscillateur neuronal · Durée de la phase dépolarisée -> Plateaux Intervalle entre les plateaux -> rôle de IA o o Comment terminer le plateau? Un canal sodium sans inactivation (INap) § § Les canaux Potassium dépendant du Calcium Les canaux Calcium Bistabilité    GENERALISATION AUX AUTRES CANAUX IONIQUES : LA GENESE D ’UNE ACTIVITE RYTHMIQUE

  28. sans inactivation du canal sodium Canal Na ouvert Canal Na fermé

  29. Em I

  30. Nap Ca KCa

  31. K Na Nap Ca KCa

  32. Un autre exemple d’oscillateur neuronal: les neurones relais thalamiques -> Ih et It · Témoin 20 mV 200 ms GENERALISATION AUX AUTRES CANAUX IONIQUES : LA GENESE D ’UNE ACTIVITE RYTHMIQUE TTX

  33. Un autre exemple d’oscillateur neuronal: les neurones relais thalamiques -> Ih et It · Le courant Ih o Porté par les ions K+ et Na+ Activé par l’hyperpolarisation et désactivé par la dépolarisation Activation et désactivation sont lentes § § § GENERALISATION AUX AUTRES CANAUX IONIQUES : LA GENESE D ’UNE ACTIVITE RYTHMIQUE

  34. Un autre exemple d’oscillateur neuronal: les neurones relais thalamiques -> Ih et It · Le courant It Le courant Ih o o Courant Ca Activé par les dépolarisations faibles (courant à bas seuil) Activation et désactivation sont lentes Porté par les ions K+ et Na+ Activé par l’hyperpolarisation et désactivé par la dépolarisation S ’inactive rapidement (calcium transitoire) § § § § § § GENERALISATION AUX AUTRES CANAUX IONIQUES : LA GENESE D ’UNE ACTIVITE RYTHMIQUE

  35. Eh Ih se désactive It s ’active It s ’inactive -65 mV Ih s ’active It se désinactive

  36. Un autre exemple d’oscillateur neuronal: les oscillations NMDA -> Canaux NMDA et KCa · GENERALISATION AUX AUTRES CANAUX IONIQUES : LA GENESE D ’UNE ACTIVITE RYTHMIQUE

  37. Transmission chimique Transmission électrique · · Principes généraux Quelques exemples o o Éléments présynaptiques Récepteurs post-synaptiques § § Transmission « classique » avec PA Récepteurs métabotropiques (neuromodulation à long terme) Transmission « continue » sans PA Récepteurs ionotropiques (effets rapides)     Les réseaux de neurones I - TRANSMISSION SYNAPTIQUE

  38. COOH Ext Protéine G Ext Membrane Membrane plasmique plasmique NH2 Int Int Adenyl- cyclase GDP GDP GDP Récepteur ionotropique Récepteur métabotropique (Exemple Récepteur de Acétylcholine) (Exemple Récepteur de la Dopamine D1) Autres exemples: Récepteur GABAB Récepteur Beta NA Protéine K -> phosphoryllation de diverses protéines Il existe aussi d ’autre systèmes métabotropiques Exemple : IP3-DAG (diacylglycerol) ->PLC (PhospholipaseC) et PKC

  39. Réseau à deux neurones : notion de half-center · Nage chez Clione o Activité rythmique Réseau § § II - PETITS RESEAUX GENERATEURS DE RYTHME

  40. i IN phase dorsale IN phase ventrale 20 mV 1s

  41. Réseau à deux neurones : notion de half-center · Nage chez Clione o Activité rythmique Réseau Inhibition réciproque et rebond post-inhibiteur § § § II - PETITS RESEAUX GENERATEURS DE RYTHME

  42. V Haut Mg2+ i 20 mV 1 s Couplage électrique PPSI venant des neurones dorsaux IN Phase ventrale 1 IN Phase ventrale 2 Rebond post-inhibiteur

  43. Neurone de la phase dorsale Neurone de la phase ventrale Neurone de la phase dorsale Neurone de la phase ventrale 40 mV 0.5 s

  44. Réseau à deux neurones : notion de half-center · Nage chez Clione Autre exemple : La nage de l ’embryon de Xenope o o Activité rythmique Réseau Inhibition réciproque et rebond post-inhibiteur § § § II - PETITS RESEAUX GENERATEURS DE RYTHME

  45. La nage de l ’embryon de Xenope

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