Potentiel de repos et potentiel d’action

Au repos, la face interne de la membrane est négative par rapport à l’extérieur : c’est le potentiel de repos, souvent proche de -70 mV. Cette différence dépend surtout des gradients de Na+ et K+ créés par la pompe Na+/K+-ATPase, qui rejette 3 Na+ et fait entrer 2 K+. La membrane est bien plus perméable au K+ qu’au Na+ au repos, car des canaux K+ de fuite sont ouverts. Le K+ sort donc selon son gradient et laisse derrière lui des charges négatives, ce qui stabilise la valeur négative interne. Le potentiel de repos est un équilibre dynamique : la pompe consomme de l’ATP pour maintenir les concentrations.

Si une stimulation dépolarise la membrane jusqu’au seuil, souvent autour de -55 mV, des canaux Na+ voltage-dépendants s’ouvrent brutalement. Le Na+ entre dans la cellule, la dépolarise encore plus : c’est la phase ascendante du potentiel d’action. Ensuite, les canaux Na+ s’inactivent et les canaux K+ voltage-dépendants s’ouvrent, permettant la repolarisation par sortie de K+. Après un bref dépassement hyperpolarisant, la pompe Na+/K+ rétablit les gradients et le potentiel de repos. Le potentiel d’action obéit à la loi du tout ou rien : son amplitude ne dépend pas de l’intensité du stimulus au-delà du seuil.

Les canaux Na+ et K+ voltage-dépendants changent de conformation selon le potentiel de membrane. Après ouverture, les canaux Na+ s’inactivent rapidement, ce qui empêche un retour en arrière et impose une période réfractaire absolue. La période réfractaire relative limite la fréquence maximale des potentiels d’action et assure leur propagation dans un seul sens. Dans les axones myélinisés, la conduction est saltatoire : le signal saute de nœud de Ranvier en nœud de Ranvier. Ainsi, la myéline et le diamètre de l’axone augmentent la vitesse de conduction.

À la synapse, l’arrivée d’un potentiel d’action déclenche la libération de neurotransmetteurs, qui modifient le potentiel de la cellule suivante. Les potentiels postsynaptiques excitateurs et inhibiteurs se somment dans le temps et dans l’espace ; si le seuil est atteint, un nouveau potentiel d’action naît. L’intensité du stimulus est codée par la fréquence des potentiels d’action plutôt que par leur amplitude. On retrouve ce principe dans le réflexe rotulien, la perception d’un toucher ou la contraction cardiaque. Une anesthésie locale bloque souvent les canaux Na+ voltage-dépendants, ce qui empêche la douleur de se propager.