NE-DNeurophysiologie

Le potentiel de repos — origine ionique

Idée directrice

L'énoncé fournit les concentrations ioniques intra- et extracellulaires et une mesure de la différence de potentiel de membrane au repos. La trajectoire : établir que la membrane est polarisée (intérieur négatif), expliquer cette polarisation par la répartition inégale des ions ( $\text{K}^+$ , $\text{Na}^+$ ) et la perméabilité sélective au $\text{K}^+$ , puis justifier le rôle de la pompe Na⁺/K⁺ (transport actif) qui maintient les gradients.

Signature de reconnaissance — l'énoncé se trahit ainsi

« Nommer le potentiel enregistré au repos et préciser l'état de la membrane » ; « Analyser la répartition des ions de part et d'autre de la membrane » ; « Expliquer l'origine ionique du potentiel de repos » ; « Préciser le rôle de la pompe Na⁺/K⁺ »

Sujet principal

Exercice — dans l'esprit des sujets du bac

5 questionsCorrigé masqué

On mesure, à l'aide de deux microélectrodes, la différence de potentiel de part et d'autre de la membrane d'un axone au repos. On relève un potentiel de $-70\,\text{mV}$ . On donne les concentrations ioniques (en $\text{mmol}\cdot\text{L}^{-1}$ ) :

$\text{K}^+$ : intérieur $= 140$ ; extérieur $= 5$ .
$\text{Na}^+$ : intérieur $= 12$ ; extérieur $= 145$ .

Comment nomme-t-on ce potentiel ? Que traduit son signe négatif quant à la polarisation de la membrane ?
Analyser la répartition des ions de part et d'autre de la membrane.
1. Indiquer, pour chaque ion, de quel côté il est le plus concentré.
2. Sachant que la membrane au repos est surtout perméable au $\text{K}^+$ , expliquer la négativité interne.
Malgré ces fuites d'ions, les concentrations restent constantes. Quel dispositif membranaire l'explique et quel type de transport met-il en jeu ?

Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. D'après le document, la microélectrode mesure une différence de potentiel de $-70\,\text{mV}$ : c'est le potentiel de repos. Le signe négatif signifie que la face interne de la membrane est négative par rapport à la face externe : la membrane est polarisée.

2.(a) D'après le document (tableau des concentrations) :

$\text{K}^+$ nettement plus concentré à l'intérieur ( $140$ contre $5\,\text{mmol}\cdot\text{L}^{-1}$ ) ;
$\text{Na}^+$ nettement plus concentré à l'extérieur ( $145$ contre $12\,\text{mmol}\cdot\text{L}^{-1}$ ).

2.(b) Au repos, la membrane est surtout perméable au $\text{K}^+$ : ces ions diffusent de l'intérieur (concentré) vers l'extérieur. Cette sortie de charges positives appauvrit l'intérieur en charges +, d'où une face interne négative par rapport à l'extérieur — d'où le potentiel de repos de l'ordre de $-70\,\text{mV}$ .

3. Malgré les fuites passives, les concentrations restent stables grâce à la pompe Na⁺/K⁺ (ATPase) : elle expulse $3\,\text{Na}^+$ et importe $2\,\text{K}^+$ contre leurs gradients. Ce transport actif (ATP) compense les fuites et maintient le potentiel de repos. $\boxed{\text{Pompe Na}^+/\text{K}^+ : \text{transport actif (ATP)}}$

Exercices d'entraînement — une nuance à la fois

Entraînement 01 / 01

Drill NE-D.1 — potentiel de repos

1 questionCorrigé masqué

Qu'est-ce que le potentiel de repos d'une fibre nerveuse et quelle structure le maintient ?

Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

D'après le document (mesure transmembranaire au repos), le potentiel de repos est la différence de potentiel de part et d'autre de la membrane ( $\approx -70\,\text{mV}$ , intérieur négatif). Il est maintenu par la pompe Na⁺/K⁺ (ATPase, transport actif) et par la perméabilité sélective au $\text{K}^+$ . $\boxed{\approx -70\,\text{mV}}$ .

Méthode / Automatismes

Potentiel de repos $\approx -70\,\text{mV}$ : intérieur négatif $\Rightarrow$ membrane polarisée.
$\text{K}^+$ concentré dedans, $\text{Na}^+$ concentré dehors.
Perméabilité au $\text{K}^+$ + sa fuite vers l'extérieur $\Rightarrow$ négativité interne.
Pompe Na⁺/K⁺ = transport actif (ATP), 3 Na⁺ sortent / 2 K⁺ entrent, maintient les gradients.

Pièges classiques

Confondre diffusion (passive, selon le gradient) et pompe (active, contre le gradient, consomme de l'ATP).
Dire que le potentiel de repos est nul : il est stable mais NON nul ( $\approx -70\,\text{mV}$ ).
Oublier que c'est la fuite de $\text{K}^+$ (et non l'entrée de $\text{Na}^+$ ) qui domine dans l'établissement du potentiel de repos.

Variantes rencontrées : effet d'une variation de $[\text{K}^+]$ externe sur le potentiel de repos ; inhibiteur de la pompe (ouabaïne) ; comparaison potentiel de repos / potentiel d'action ; dispositif de mesure (oscilloscope, microélectrodes).