La cellule est neutre mais c'est une fine couche de liquide autour de la membrane qui montre ce potentiel due à un déséquilibre dans la distribution des charges. L'intérieur de la cellule est riche en ions potassium, 35 fois plus qu''à l'extérieur, alors que la concentration en ions sodium est 20 fois plus faible qu''à l'extérieur de la cellule. Les pompes créent donc des gradients ioniques.​
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C'est la différence de potentiel de membrane qui contribue à assurer le potentiel de repos. Dans la membrane il existe un système de transport que l'on appelle actif et qui repousse en permanence les ions sodium qui sont positifs vers l'extérieur de la membrane. Ce gradient ionique est maintenu constant lorsque la cellule est inactive ou qu’elle ne reçoit pas de stimulus : la membrane reste toujours polarisée.
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Le potentiel d'action
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Le potentiel de repos :
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Le neurone possède un potentiel membranaire de repos. Dans l'organisme il existe des particules chargées électriquement. Ces particules sont appelées des ions. Il s'agit en particulier des ions sodium (Na+), des ions potassium (K+) et des ions chlore (Cl-). De plus, les charges de mêmes polarités se repoussent alors que les charges de polarités opposées s'attirent.
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La répartition des charges entre le milieu intérieur et extérieur de la cellule est différente. Cette polarisation de repos donne ce que l'on appelle un potentiel de repos (autour de -70 mV chez l'Homme). Ce potentiel de repos représente la différence de potentiel (ddp, tension) qu'il y a entre l'intérieur et l'extérieur.
Toutes les cellules de l’organisme ont une différence de potentiel électrique, c'est-à-dire une différence de charge électrique de part et d'autre de la membrane plasmique.
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Nous allons maintenant montrer le rôle de certains transporteurs membranaires dans le potentiel de repos.
Tout d’abord, le canal Na+: Dans des conditions de repos la membrane est très peu perméable aux ions sodium positifs de telle sorte que les ions sodium positifs ne peuvent pas pénétrer à l'intérieur de la cellule mais ce canal peut s’ouvrir lors d’une dépolarisation.
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Ensuite, le canal K+: Dès l’ouverture de ce canal, le potassium va avoir tendance à sortir de la cellule. Ce qui fait que les charges positives des ions potassium ne parviennent pas à compenser le rejet massif des lésions sodium. Au final, on constate un déficit d'ions positifs à l'intérieur de la cellule qui devient négative.
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Enfin, la Pompe Na+/K+: Elle crée et maintient les différences de concentrations ioniques de part et d’autre de la membrane plasmique en expulsant activement 3 ions Na+ vers l’extérieur de la cellule et important deux ions K+ vers l’intérieur. Ainsi l’ATPase Na+/K+ diminue la concentration intracellulaire d’ions positifs. Cette protéine transmembranaire est un transporteur actif, elle nécessite donc de l’énergie sous forme d’ATP pour fonctionner.
On peut schématiser ces transporteurs à l’aide du schéma ci dessous :
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Le potentiel d'action :
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Le potentiel d’action est une dépolarisation spécifique de l'axone d'un neurone. On appelle cela une dépolarisation car le potentiel d'action entraîne un changement de polarité (orientation du + et du -) au niveau de la membrane axonale. On peut voir par contre que lorsqu'un potentiel d'action se déplace le long de l'axone, il y a une dépolarisation. L'extérieur devient négatif alors que l'intérieur devient positif. Les stimulus d'intensité supérieure au stimuli seuil vont alors déclencher un potentiel d'action de même amplitude. Lorsque le stimuli seuil est atteint, les phénomènes membranaires ne dépendent alors plus de la force du stimuli, c'est la loi du tout ou rien.
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Le potentiel d'action avance en provoquant ce que l'on appelle une dépolarisation des régions voisines. Il se produit alors un nouveau potentiel d'action et ainsi de suite tout le long de la membrane du neurone. Il s'agit d'une onde de dépolarisation qui accompagne la propagation de l'influx nerveux.
Un stimuli arrive du corps cellulaire du neurone, entraînant une variation de tension membranaire. Ainsi le potentiel de la membrane s’écarte de son seuil de repos (-70mV) pour atteindre un seuil d’excitation vers -50mV. C’est la phase de dépolarisation ; les canaux Na+ sensibles au voltage, s’ouvrent. La membrane devient alors environ 500 fois plus perméable au Na+ qu’elle ne l’est normalement et de nombreux d’ions Na+ entrent alors dans la cellule. Ce processus provoque la dépolarisation puis l’inversion du potentiel d’action jusqu’à attendre +30mV.
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Ensuite, les canaux Na+ vont être progressivement inactivés par la phase de dépolarisation. Et par la suite, les canaux ioniques K+ vont s’ouvrir et les ions potassium vont sortir du neurone. Le potentiel retrouve alors sa valeur de repos. C’est la phase de repolarisation.
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Néanmoins les canaux K+ demeurent ouverts et trop d’ions K+ sortent de la cellule. Il y a donc diminution du potentiel intracellulaire jusqu’à atteindre une valeur de -90mV. C’est l’hyperpolarisation.
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Enfin, les canaux des ions sodium qui étaient ouverts au cours de la phase de dépolarisation, ils se referment et un ensemble de canaux d'ions potassium commencent à s'ouvrir. La membrane retrouve alors sa polarité de repos c'est-à-dire négative à l'intérieur et positive à l'extérieur. De plus, la pompe Na+/K+ ramène les ions sodium à l’extérieur et les ions potassium à l’intérieur du neurone. Le potentiel membranaire revient à son état initial, soit -70mV. C’est la phase de rééquilibre.