Cellule, membrane, transports et potentiel de membrane

La membrane plasmique est une bicouche phospholipidique parsemée de protéines (canaux, transporteurs, pompes, récepteurs). Elle est perméable aux petites molécules liposolubles (O₂, CO₂) et peu perméable aux ions et aux grosses molécules polaires.

Les modes de transport

Diffusion simple selon le gradient de concentration, sans énergie (O₂, CO₂).
Diffusion facilitée par canal ou transporteur (le GLUT4 musculaire, recruté par l'insuline et par la contraction).
Transport actif primaire : la pompe Na⁺/K⁺-ATPase expulse 3 Na⁺ et fait entrer 2 K⁺ en hydrolysant 1 ATP. Elle consomme une part importante de l'énergie de repos des cellules excitables.
Transport actif secondaire : un co-transport exploite le gradient de Na⁺ (glucose-SGLT dans l'intestin et le rein).
Osmose : mouvement d'eau vers le compartiment le plus concentré en solutés non diffusibles.

Potentiel de membrane

Au repos, un neurone ou une fibre musculaire présente environ −70 à −90 mV (intérieur négatif), principalement parce que la membrane est bien plus perméable à K⁺ qu'à Na⁺. Le potentiel d'équilibre d'un ion se calcule par l'équation de Nernst (E ≈ 61 × log([ion]ext/[ion]int) mV à 37 °C pour un ion monovalent). Le potentiel de repos est un compromis pondéré par les perméabilités (équation de Goldman).

Potentiel d'action

Une dépolarisation atteignant le seuil (~−55 mV) ouvre les canaux Na⁺ voltage-dépendants (phase ascendante), puis ceux-ci s'inactivent et les canaux K⁺ s'ouvrent (repolarisation). La loi du tout-ou-rien s'applique : l'amplitude ne dépend pas de l'intensité du stimulus, mais la fréquence des potentiels d'action la code. La période réfractaire absolue empêche le retour en arrière et limite la fréquence maximale.

Pont avec l'exercice : lors d'efforts intenses, le K⁺ s'accumule dans l'espace interstitiel du muscle et contribue à la fatigue périphérique ; la pompe Na⁺/K⁺ est stimulée par les catécholamines et l'entraînement augmente son expression.

Ordres de grandeur ioniques

Les concentrations typiques (en mmol/L) sont d'environ 140 pour le Na⁺ extracellulaire contre 10-15 à l'intérieur de la cellule, et de 4-5 pour le K⁺ extracellulaire contre ~140 à l'intérieur. Ces gradients, entretenus par la pompe, forment une réserve d'énergie électrochimique utilisée pour les potentiels d'action, le co-transport du glucose et la contraction. Une hausse du K⁺ extracellulaire dépolarise la cellule et modifie son excitabilité, ce qui explique la gravité des dyskaliémies : tout trouble du potassium relève d'un avis médical.

🎯 À retenir

O₂ et CO₂ traversent la bicouche par diffusion simple.
Na⁺/K⁺-ATPase : 3 Na⁺ sortent, 2 K⁺ entrent, 1 ATP.
Le potentiel de repos (−70 à −90 mV) dépend surtout de la perméabilité au K⁺.
Potentiel d'action : tout ou rien, ouverture puis inactivation des canaux Na⁺, puis sortie de K⁺.
La fréquence des potentiels d'action code l'intensité.
L'accumulation extracellulaire de K⁺ participe à la fatigue périphérique.

⚠️ Erreurs fréquentes

Penser que la pompe Na⁺/K⁺ crée directement le potentiel de repos : sa contribution électrogène est faible, c'est le gradient de K⁺ avec la perméabilité qui domine.
Confondre osmolarité (mOsm/L) et osmolalité (mOsm/kg d'eau) : proches pour le plasma mais pas identiques.

Pour s'entraîner

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