Même au repos, la membrane du neurone est polarisée : l’intérieur est négatif d’environ 70 millivolts.
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Le potentiel de repos
Module I : Le monde vivantSéquence 7 : Fonctionnement des neuronesSéance 37 : Le potentiel de repos
💡 Idée principale : au repos, il existe entre les deux faces de la membrane d’un neurone une différence de potentiel d’environ −70 mV, l’intérieur étant négatif : c’est le potentiel de repos. Il résulte de la répartition inégale des ions (K⁺ abondant dedans, Na⁺ abondant dehors), de la perméabilité de la membrane surtout au K⁺ et de la pompe Na⁺/K⁺ qui consomme de l’ATP.
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Étapes résumées
Mise en évidence : microélectrode dans l’axone → le spot descend à −70 mV.
K⁺ est 20 à 30 fois plus concentré dans le cytoplasme ; Na⁺ est 10 fois plus concentré dehors.
La membrane laisse fuir surtout le K⁺, qui sort et laisse l’intérieur négatif.
La pompe Na⁺/K⁺ (ATP) maintient les différences de concentration.
Situation problème
En visite au laboratoire de physiologie de la faculté de médecine de Yaoundé, des élèves voient un enseignant planter une très fine électrode de verre dans une fibre nerveuse. Au moment où l’électrode traverse la membrane, le spot lumineux de l’oscilloscope chute brusquement et reste à −70 mV. L’enseignant précise : « le neurone ne travaille pas, il est au repos ».
Consignes :
Relève le problème posé.
Pourquoi une différence de potentiel existe-t-elle alors que le neurone est au repos ?
Comment cet état électrique est-il entretenu ?
le problèmel’oscilloscopela cellule nerveuse
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Compétence visée
Sensibiliser sur la nécessité de préserver le fonctionnement des neurones.
Objectifs de la leçon
Mettre en évidence le potentiel de repos (TP ou expérience historique).
Expliquer son origine ionique.
Montrer le rôle de la pompe Na⁺/K⁺ et de l’énergie.
Mise en évidence du potentiel de repos
Activité 1 : une microélectrode dans un axone géant (TP)
On utilise l’axone géant de calmar (1 mm de diamètre). Une électrode de référence est dans le liquide extérieur ; une microélectrode est enfoncée dans l’axone. Les deux sont reliées à un oscilloscope.
Document 1 : dispositif d’enregistrement et tracé obtenu.
Que se passe-t-il sur l’écran quand la microélectrode pénètre dans l’axone ?
Que peut-on en déduire sur la répartition des charges ?
Ce qu’il faut comprendre : tant que les deux électrodes sont dehors, le spot reste à 0. Dès que la microélectrode entre, le spot descend à −70 mV et y reste : la face interne de la membrane est négative par rapport à la face externe. La membrane est polarisée : c’est le potentiel de repos, propre à toutes les cellules vivantes (−70 mV environ pour le neurone).
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Origine du potentiel de repos
1. Concentrations ioniques de l’axone de calmar (mmol/L)
Ion
Cytoplasme
Milieu extérieur
K⁺
400
20
Na⁺
50
440
Cl⁻
50
560
Anions organiques (protéines)
360
—
2. Répartition des ions et rôle de la membrane
Document 2 : canaux de fuite et pompe Na⁺/K⁺ dans la membrane au repos.
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Explication
1
Inégalité des concentrations
K⁺ abondant dedans, Na⁺ abondant dehors.
2
Perméabilité sélective
Au repos, de nombreux canaux de fuite laissent passer le K⁺, très peu le Na⁺.
3
Sortie de K⁺
Le K⁺ diffuse vers l’extérieur ; les grosses protéines négatives restent dedans : l’intérieur devient négatif.
4
Équilibre
La négativité interne retient le K⁺ : la différence de potentiel se stabilise vers −70 mV.
le selle groupe sanguinles vers intestinaux
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Le rôle de la pompe Na⁺/K⁺
Activité 2 : un potentiel qui demande de l’énergie
Traitement de l’axone
Concentrations ioniques
Potentiel de repos
Aucun (témoin)
stables
−70 mV stable
Dinitrophénol (bloque la production d’ATP)
K⁺ interne baisse, Na⁺ interne augmente
diminue lentement
Dinitrophénol puis injection d’ATP
redeviennent normales
rétabli
Document 3 : effet d’un poison métabolique sur le potentiel de repos.
Que devient le potentiel de repos sans ATP ?
Quel est le rôle de l’ATP ?
Ce qu’il faut comprendre : sans ATP, les ions fuient peu à peu selon leur gradient et le potentiel de repos s’annule lentement. L’ATP alimente la pompe Na⁺/K⁺, qui fait sortir 3 Na⁺ et entrer 2 K⁺ : elle maintient les différences de concentration qui sont à l’origine du potentiel de repos. Le neurone consomme beaucoup d’énergie même « au repos ».
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Préserver ses neurones
Le cerveau consomme environ 20 % de l’énergie du corps : il a besoin de glucose et d’oxygène en permanence.
Une hypoglycémie ou un manque d’oxygène (noyade, asphyxie) perturbe très vite le fonctionnement des neurones.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
Au repos, la membrane du neurone est polarisée : l’intérieur est négatif (≈ −70 mV).
Le K⁺ est concentré dans le cytoplasme, le Na⁺ à l’extérieur.
La membrane au repos est surtout perméable au K⁺ (canaux de fuite).
La pompe Na⁺/K⁺, qui consomme de l’ATP, maintient ces différences de concentration.
Sans énergie, le potentiel de repos disparaît progressivement.
je retiensla cellulela glycémie
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Vocabulaire à connaître
Potentiel de reposdifférence de potentiel de la membrane d’une cellule au repos.Microélectrodeélectrode très fine pouvant pénétrer dans une cellule.Polarisationrépartition inégale des charges de part et d’autre de la membrane.Canal de fuiteprotéine membranaire toujours ouverte qui laisse passer un ion.Pompe Na⁺/K⁺protéine qui échange 3 Na⁺ contre 2 K⁺ en consommant de l’ATP.
Je m’évalue
1. Quelle est la valeur du potentiel de repos d’un neurone ?
2. Quel ion est le plus concentré dans le cytoplasme ?
3. Quel est le rôle de la pompe Na⁺/K⁺ ?
4. Que devient le potentiel de repos sans ATP ?
Réponses : environ −70 mV · le K⁺ · maintenir les différences de concentration · il disparaît progressivement. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
je réfléchisle cortexla membrane
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Erreurs fréquentes
Croire que le neurone au repos ne consomme pas d’énergie : la pompe fonctionne en permanence.
Dire que c’est le Na⁺ qui fuit au repos : c’est surtout le K⁺.
Oublier que la valeur est négative à l’intérieur par rapport à l’extérieur.
Méthode
Pour lire un enregistrement à l’oscilloscope, repère d’abord la position des deux électrodes, puis lis les valeurs sur l’axe vertical (en mV) et décris chaque variation dans l’ordre chronologique avant de l’interpréter.
Activité d’intégration
Un élève de Bafia a eu un malaise après une journée de jeûne et d’efforts physiques. Le médecin parle d’hypoglycémie et explique que « les neurones ont manqué de carburant ». En TP, on montre qu’un neurone privé de glucose et d’oxygène perd progressivement son potentiel de repos.
Explique l’origine ionique du potentiel de repos.
Explique pourquoi le manque de glucose et d’oxygène fait disparaître ce potentiel.
Donne deux conseils pour préserver le bon fonctionnement de ses neurones.