Dépolarisation, repolarisation, seuil, tout ou rien : le signal électrique élémentaire du message nerveux.
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Le potentiel d’action
Module I : Le monde vivantSéquence 7 : Fonctionnement des neuronesSéance 38 : Le potentiel d’action
💡 Idée principale : quand une stimulation atteint le seuil, la membrane du neurone s’inverse brièvement : c’est le potentiel d’action (PA). Il comprend une dépolarisation (entrée de Na⁺), une repolarisation (sortie de K⁺) et une hyperpolarisation, le tout en 1 à 2 ms. Une fibre répond selon la loi du tout ou rien ; un nerf, par recrutement de fibres.
Étapes résumées
Stimulation infraliminaire : pas de PA ; liminaire ou supraliminaire : PA.
PA : dépolarisation (−70 → +30 mV), repolarisation, hyperpolarisation, retour au repos.
Ouverture des canaux Na⁺ voltage-dépendants puis des canaux K⁺.
Fibre : tout ou rien ; nerf : réponse graduée par recrutement ; période réfractaire.
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Situation problème
Au cours d’un TP au lycée de Mbouda, les élèves stimulent un nerf sciatique de grenouille avec des chocs électriques de plus en plus forts. Pour les chocs faibles, rien ne se passe ; puis une réponse apparaît et augmente avant d’atteindre un maximum. Avec une fibre isolée, au contraire, la réponse apparaît d’un coup avec sa taille maximale.
Consignes :
Relève le problème posé.
Qu’est-ce que le potentiel d’action ?
Pourquoi la réponse d’une fibre et celle d’un nerf ne varient-elles pas de la même façon ?
Compétence visée
Sensibiliser sur la nécessité de préserver le fonctionnement des neurones.
Objectifs de la leçon
Décrire les phases d’un potentiel d’action.
Expliquer les mouvements d’ions responsables du PA.
Énoncer la loi du tout ou rien et la notion de recrutement.
le problèmel’objectifla cellule nerveuse
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Le potentiel d’action d’une fibre
Activité 1 : enregistrer un potentiel d’action (TP)
Une fibre isolée reçoit une stimulation efficace. La microélectrode placée dans la fibre, un peu plus loin, enregistre le tracé du document 1.
Document 1 : potentiel d’action enregistré sur une fibre nerveuse.
Décris les phases du tracé avec leurs valeurs.
Combien de temps dure le potentiel d’action ?
Ce qu’il faut comprendre : la membrane passe de −70 mV à environ +30 mV (dépolarisation avec inversion de polarité), revient vers −70 mV (repolarisation), descend un peu au-dessous (hyperpolarisation) puis retrouve le potentiel de repos. Le tout dure environ 1 à 2 ms : c’est le potentiel d’action.
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1. Les canaux ioniques à l’origine du PA
Document 2 : ouverture successive des canaux voltage-dépendants.
Explication ionique
Dépolarisation : ouverture rapide des canaux Na⁺ voltage-dépendants ; le Na⁺ entre massivement.
Repolarisation : les canaux Na⁺ se ferment ; les canaux K⁺ s’ouvrent et le K⁺ sort.
Hyperpolarisation : les canaux K⁺ se ferment lentement ; la pompe Na⁺/K⁺ rétablit ensuite les concentrations.
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Seuil et loi du tout ou rien
Activité 2 : fibre isolée et nerf
Intensité de la stimulation (V)
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Réponse d’une fibre isolée (mV)
0
0
100
100
100
100
Réponse du nerf entier (mV)
0
0,5
1,2
2,0
2,4
2,4
Document 3 : amplitude des réponses en fonction de l’intensité de la stimulation.
Quelle est l’intensité seuil de la fibre ?
Pourquoi la réponse du nerf augmente-t-elle progressivement ?
Ce qu’il faut comprendre : la fibre ne répond pas en dessous du seuil (0,6 V) ; au-delà, son PA a toujours la même amplitude : c’est la loi du tout ou rien. Le nerf contient des milliers de fibres de seuils différents : plus l’intensité augmente, plus le nombre de fibres excitées augmente ; c’est le recrutement. La réponse du nerf est un potentiel global, gradué.
2
La période réfractaire
Pendant et juste après un PA, la fibre ne peut pas répondre à une nouvelle stimulation (période réfractaire absolue), puis elle répond à une stimulation plus forte (période réfractaire relative). Cela limite le nombre de PA par seconde et impose un sens de propagation.
le musclele cortexl’oscilloscope
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Bilan
Potentiel de repos et potentiel d’action
Potentiel de repos
Permanent ; −70 mV ; dû surtout à la fuite de K⁺ et à la pompe.
≠
Potentiel d’action
Bref (1-2 ms) ; inversion jusqu’à +30 mV ; dû à l’entrée de Na⁺ puis à la sortie de K⁺.
Application
Les anesthésiques locaux (lidocaïne du dentiste) bloquent les canaux Na⁺ : aucun PA ne naît, la douleur n’est pas transmise.
Certaines toxines de poissons ou de serpents agissent aussi sur ces canaux : elles sont dangereuses.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
Le potentiel d’action est une inversion brève (1-2 ms) de la polarisation membranaire.
Il comprend une dépolarisation (entrée de Na⁺), une repolarisation (sortie de K⁺) et une hyperpolarisation.
Il naît seulement si la stimulation atteint le seuil.
Une fibre obéit à la loi du tout ou rien ; un nerf répond de façon graduée par recrutement.
La période réfractaire empêche une nouvelle réponse immédiate.
je retiensle message nerveuxle sel
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Vocabulaire à connaître
Potentiel d’actionvariation brève et propagée du potentiel de membrane.Seuilintensité minimale qui déclenche un PA.Canal voltage-dépendantcanal ionique qui s’ouvre quand le potentiel change.Recrutementmise en jeu d’un nombre croissant de fibres.Période réfractairedurée pendant laquelle la fibre est inexcitable.
Je m’évalue
1. Quel ion entre lors de la dépolarisation ?
2. Que dit la loi du tout ou rien ?
3. Pourquoi la réponse d’un nerf est-elle graduée ?
4. Quelle est la durée d’un PA ?
Réponses : le Na⁺ · au-dessus du seuil, le PA a toujours la même amplitude · recrutement de fibres de seuils différents · 1 à 2 ms. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
je réfléchisdates et duréesla durée de l’effort
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Erreurs fréquentes
Croire qu’un PA plus « fort » est plus grand : sur une fibre, il a toujours la même amplitude.
Confondre la réponse d’une fibre (tout ou rien) et celle d’un nerf (graduée).
Oublier que la repolarisation est due à la sortie de K⁺.
Méthode
Pour décrire un tracé de potentiel d’action, donne pour chaque phase son nom, ses valeurs de départ et d’arrivée, sa durée, puis l’ion responsable. Utilise un vocabulaire précis : dépolarisation, inversion, repolarisation, hyperpolarisation.
Activité d’intégration
Chez le dentiste à Limbé, Nadège reçoit une injection de lidocaïne avant le soin d’une carie. Le dentiste explique que ce produit « empêche les canaux à sodium de s’ouvrir dans les fibres de la douleur ». Une heure plus tard, la sensibilité revient.
Rappelle les étapes ioniques d’un potentiel d’action.
Explique pourquoi Nadège ne ressent pas de douleur pendant le soin.