Potentiel électrochimique de membrane - Définition
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.
Équation de Goldman-Hodgkin-Katz : Potentiel électrochimique pour plusieurs composé ioniques localement
L'Équation de Goldman-Hodgkin-Katz en voltage donne la valeur du potentiel de membrane lorsque plus d'une conductance est active au sein de la membrane considérée. Il s'agit typiquement du cas du neurone lors du potentiel d'action, mais aussi le cas de la majorité des cellules lorsque l'hypothèse simplificatrice de la seule activité de canaux potassiums n'est pas posée. On remarque en effet que la valeur mesurée du potentiel de membrane diffère de la valeur théorique donné par l'équation de Nernst appliquée au potassium.
Équivalent électrique de la cellule
La cellule peut être décrite par un schéma électrique équivalent (voir figure ci contre). On y distingue :
- Cm, la capacité de la membrane, égale à 1 µF.cm-2, directement proportionnel à la surface de membrane
- les diverses conductances (rectangles) qui sont en général variables dans le temps
- les piles électrochimiques associées (donné par l'équation de Nernst)
- le générateur de tension (pompes membranaires, en particulier l'ubiquitaire Na/K ATPase)
Différence de concentration ionique de part et d'autre de la membrane
| Ion | concentration intracellulaire (mmol/l) | concentration extracellulaire (mmol/l) | Rapport | Potentiel d'équilibre d'après l'équation de Nernst |
|---|---|---|---|---|
| Na+ | 7-12 | 144 | 1:12 | env. +60 mV |
| K+ | 160 | 4 | 40:1 | -91 mV |
| Ca2+ | 10-5-10-4 | 2 | +125 mV à +310 mV | |
| Cl- | 4-7 | 120 | -82 mV | |
| HCO3- | 8-10 | 26-28 | -27 mV | |
| Protéine anionique (chargée négativement) | 155 | 5 |
| Ion | concentration intracellulaire (mmol/l) | concentration extracellulaire (mmol/l) | Rapport | Potentiel d'équilibre d'après l'équation de Nernst |
|---|---|---|---|---|
| Na+ | 50 | 440 | 1:8 | +55 mV |
| K+ | 400 | 2 | 200:1 | -75 mV |
| Ca2+ | 10-7 | 14 | +149 mV | |
| Cl- | 52 | 560 | -60 mV | |
| HCO3- | ||||
| Protéine anionique (chargée négativement) | ||||
(source : Neurowissenschaft, Dudel, Menzel, Schmidt, 2°édition, 2001, p.67
| Ion | concentration intracellulaire (mmol/l) | concentration extracellulaire (mmol/l) | Rapport | Potentiel d'équilibre d'après l'équation de Nernst |
|---|---|---|---|---|
| Na+ | 12 | 145 | 1:12 | +67 mV |
| K+ | 155 | 4 | 39:1 | -98 mV |
| Ca2+ | 10-7 | 1,5 | +129 mV | |
| Cl- | 4 | 123 | -90 mV | |
| HCO3- | ||||
| Protéine anionique (chargée négativement) | 155 | |||
(source : Neurowissenschaft, Dudel, Menzel, Schmidt, 2°édition, 2001, p.67)
Rôles physiologiques
L'existence d'un potentiel électrochimique de part et d'autre de la membrane plasmique est universelle parmi les cellules. Il est maintenu activement par des pompes ioniques, pompe sodium/potassium chez les cellules animales, pompes à protons chez les cellules végétales et les champignons. Il constitue une énergie potentielle qui est utilisée pour transporter plusieurs petites molécules contre leur gradient de concentration. Les nutriments (composés nécessaires au métabolisme cellulaire) sont importés, tandis que les déchets du métabolisme sont exportés.
Le potentiel électrochimique de membrane constitue aussi la force motrice nécessaire au courant potassique de fuite qui définit le potentiel de repos d'une cellule excitable, ainsi qu'aux courants sodiques, calciques et potassiques activés pendant un potentiel d'action ou un potentiel postsynaptique.
Au niveau de la sous-compartimentation de la cellule, d'autres potentiels électrochimiques sont maintenus en permanence :
- dans les organites producteurs d'énergie (mitochondries et chloroplastes), un gradient électrochimique de protons est maintenu de part et d'autre de la membrane interne, et est en équilibre avec la synthèse ou la dégradation d'ATP.
- de part et d'autre des membranes des réticulum endoplasmiques, en particulier les calciosomes remplis de calcium.
- dans certaines vésicules à faible pH.
