Partie II: Des neurones bien branchés!  
 

Objectifs:   

- Démontrer le fonctionnement du potentiel de repos 
- Démontrer les caractéristiques du potentiel d'action 
- Démontrer le fonctionnement du potentiel d'action dans l'axone

> Le potentiel de repos

Toute cellule comporte une membrane. La membrane est ce qui délimite la cellule, ce qui lui donne forme. On pourrait comparer la membrane des cellules à la pelure d'une orange. Elle lui donne la forme, la délimite, la protège… On voit donc que la membrane des cellules est extrêmement importante pour elles, comme notre peau pour nous. Mais pour les neurones, la membrane est encore plus importante que pour les autres cellules. En effet, en plus de les protéger, de leur donner forme, la membrane sert à conduire les messages, les potentiels d’action. Si le neurone n’avait pas de membrane, il aurait donc fallu trouver un autre moyen pour les neurones de conduire l’influx nerveux, le potentiel d’action. La membrane est donc d’une extrême importance. Et grâce à elle, le mécanisme de transmission du potentiel d’action, qui se propage électriquement des dendrites jusqu’aux synapses est un mécanisme des plus extraordinaires! Voyons donc l’importance de la membrane à travers du moyen de communication des neurones: le potentiel d’action.

Au départ, il faut connaître l’état inactif du neurone, lorsqu’il ne fait rien,  lorsqu’aucun potentiel d’action ne s’y propage. Cet état, c'est le potentiel de repos. Nous entrerons donc dans des explications un peu plus détaillées, expliquant son fonctionnement. Mais à la fin de toutes ces explications, on comprendra le potentiel de repos, et après, le potentiel d’action, le moyen de communication des neurones.

Lorsque l’axone du neurone est au repos, il est inactif. Des chercheurs on vérifié, à l’aide d ’une micropipette et d’une électrode,  le potentiel électrique (mesuré en millivolts ou mV) à l’intérieur du neurone, et le potentiel électrique à l’extérieur du neurone, lorsqu’il est au repos. Ils ont donc introduit la micropipette à l’intérieur du neurone raccordé à une électrode située à  l’extérieur. Les deux instruments mesuraient donc chacun les milieux où ils étaient (la micropipette mesurait l’intérieur, l’électrode mesurait l’extérieur). On a mesuré une différence de potentiel électrique entre l’intérieur et  l’extérieur de -70 mV. L’intérieur était donc chargé négativement et l’extérieur positivement. On appelle potentiel membranaire, la différence de potentiel électrique entre l'intérieur du neurone et  l’extérieur, et non l’inverse, ceci étant une convention. Le potentiel membranaire du neurone au repos est  donc  de -70 mV.  Mais  comment peut-il garder, lors de son état inactif, une différence de -70 mV entre  l’intérieur et l'extérieur de sa membrane? C’est grâce à sa membrane! Nous allons donc voir maintenant le fonctionnement du potentiel de repos qui sert en effet à garder un potentiel membranaire de -70 mV.

Tout d’abord, essayons de comprendre un élément extrêmement important tant pour le potentiel de repos que pour le  potentiel   d’action. Cet élément c’est l’ion. Un ion est un atome qui a perdu sa neutralité électrique (tout atome est neutre ayant autant  d’électrons que de protons) par acquisition ou perte d’un ou plusieurs électrons. Ainsi, s’il perd un ou plusieurs électrons, il devient positif. S’il en gagne, il devient négatif. Voyons maintenant le rapport des ions avec les neurones. Les milieux extérieur et intérieur du neurone baignent dans un liquide. L'extérieur du neurone baigne dans un liquide riche en ions sodium, chargés positivement, et en ions chlore chargés négativement.  Tandis que l’intérieur du  neurone baigne dans un liquide riche en ions potassium chargés positivement et en protéines chargées négativement. Bien entendu, puisque le neurone est neutre, il y a autant de charges positives que négatives baignant dans les liquides des milieux intra et extra cellulaires (à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule).

La membrane du neurone est percée de petits canaux (pores) de différentes tailles, appelés électrorécepteurs. Il y en a deux types: les électrorécepteurs sodium, qui ne laissent circuler que les ions sodium, et les électrorécepteurs potassium, qui ne laissent passer que les ions potassium. La membrane cellulaire est traversée également par une pompe sodium-potassium. Cette pompe est l’élément qui maintient le potentiel membranaire à -70 mV lorsque le neurone est au repos. En effet, lorsque le neurone est au repos, seule la pompe sodium-potassium est ouverte (les électrorécpeteurs sont inactifs). Cette pompe a une caractéristique spéciale: pour 3 ions sodium qu’elle laisse passer, elle laisse passer deux ions potassium. Lorsque le neurone est au repos, les ions ont donc tendance, par diffusion, à vouloir aller du côté où ils sont le plus concentrés, vers le côté où ils sont le moins concentrés. Lorsque  c’est  l’hiver et qu'on ouvre la porte extérieure, un grand courant d’air froid vient nous faire grelotter! L’air, comme plusieurs autres substances, a  donc la même tendance que les ions à vouloir aller du côté le plus concentré vers le moins concentré;  c’est-à-dire qu’il cherche à se disperser, à se diffuser. Les ions sodium, chargés positivement, plus nombreux à  l’extérieur qu ’à l’intérieur du neurone, par diffusion, voudront aller vers le côté où ils sont le moins concentrés, et passeront donc à travers de la membrane pour diffuser à l’intérieur du neurone, tandis que les ions  potassium, chargés eux aussi positivement, plus nombreux   à l’intérieur qu’à l’extérieur, par diffusion,  voudront aller vers le côté où ils sont le moins concentrés, et passeront donc à travers de la membrane pour diffuser à l’extérieur. C’est là que la pompe sodium-potassium entrera en jeu. Pour 3 sodium expulsés à l’extérieur, elle replacera 2 ions potassium à  l’intérieur. Puisque ces 2 types d ’ions sont tous les deux à charges positives, il y aura  plus de charges positives rejetées à  l’extérieur qu’à l’intérieur du neurone, et il y aura donc un potentiel membranaire de -70 mV. C’est donc de cette façon que le neurone réussit à maintenir, lors de son inactivité, un potentiel membranaire de -70 mV. Et lorsque le neurone est dans cet état, on dit qu’il est polarisé, c’est-à-dire qu’il y a plus de charges positives à l’extérieur qu’à l’intérieur.
 


1- Le potentiel de repos se déroule lorsque le neurone est en état inactif.  
2- Il y a donc un potentiel membranaire de -70 mV, et le neurone est ainsi qualifié de« polarisé ».  
3- C’est   grâce à  la  pompe sodium-potassium qui envoie à l’extérieur 3 ions sodium pour 2 ions potassium à l’intérieur qu’on a un potentiel membranaire de -70 mV.  


David Laflamme, école secondaire Montcalm, expo-sciences Bell, tous droits réservés.