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Des canaux ioniques à grille de tension qui sont sélectivement perméables à chacun des principaux ions physiologiques – Na+, K+, Ca2+ et Cl – ont maintenant été découverts (figure 4.4A-D). En effet, de nombreux gènes différents ont été découverts pour chaque type de canal ionique dépendant du voltage. Par exemple, 10 gènes de canaux Na+ humains ont été identifiés. Cette découverte était inattendue car les canaux Na+ de nombreux types cellulaires différents ont des propriétés fonctionnelles similaires, ce qui est cohérent avec leur origine dans un seul gène. Cependant, il est maintenant clair que tous ces gènes de canaux Na+ produisent des protéines qui diffèrent dans leur structure, leur fonction et leur distribution dans des tissus spécifiques. Par exemple, en plus des canaux Na+ à inactivation rapide découverts par Hodgkin et Huxley dans l’axone de calmar, un canal Na+ sensible au voltage qui ne s’inactive pas a été identifié dans les axones de mammifères. Comme on pouvait s’y attendre, ce canal donne lieu à des potentiels d’action de longue durée et constitue l’une des cibles des anesthésiques locaux tels que la benzocaïne et la lidocaïne.

D’autres réponses électriques dans les neurones sont dues à l’activation de canaux Ca2+ dépendant du voltage (figure 4.4B). Dans certains neurones, les canaux Ca2+ dépendant du voltage donnent lieu à des potentiels d’action de la même manière que les canaux Na+ sensibles au voltage. Dans de nombreux autres neurones, les canaux Ca2+ peuvent contrôler la forme des potentiels d’action générés principalement par les changements de conductance Na+. En influant sur les concentrations intracellulaires de Ca2+, l’activité des canaux Ca2+ régule un très grand nombre de processus biochimiques au sein des cellules (voir chapitre 8). Parmi les processus régulés par les canaux Ca2+ sensibles au voltage, le plus important est peut-être la libération de neurotransmetteurs au niveau des synapses (voir chapitre 5). Compte tenu de ces fonctions cruciales, il n’est peut-être pas surprenant que 16 gènes de canaux Ca2+ différents aient été identifiés. Comme les canaux Na+, les différents canaux Ca2+ diffèrent dans leurs propriétés d’activation et d’inactivation, ce qui permet des variations subtiles dans les processus de signalisation électrique et chimique médiés par le Ca2+. Par conséquent, les médicaments qui bloquent les canaux Ca2+ voltage-dépendants sont particulièrement précieux pour traiter une variété d’affections allant des maladies cardiaques aux troubles anxieux.

La classe la plus importante et la plus diversifiée de canaux ioniques voltage-dépendants sont les canaux K+ (figure 4.4C). Près de 100 gènes de canaux K+ sont aujourd’hui connus, et ceux-ci se répartissent en plusieurs groupes distincts qui diffèrent sensiblement dans leurs propriétés de gating (figure 4.5). Certains mettent plusieurs minutes à s’inactiver, comme c’est le cas des canaux K+ des axones de calmar étudiés par Hodgkin et Huxley. D’autres s’inactivent en quelques millisecondes, comme c’est le cas de la plupart des canaux Na+ voltage-dépendants. Ces propriétés influencent la durée et le taux de déclenchement du potentiel d’action, avec des conséquences importantes pour la conduction axonale et la transmission synaptique. La fonction la plus importante des canaux K+ est peut-être le rôle qu’ils jouent dans la génération du potentiel de repos de la membrane (voir chapitre 2). Au moins deux familles de canaux K+ qui sont ouverts à des potentiels membranaires hyperpolarisés contribuent à fixer le potentiel membranaire de repos.

Enfin, plusieurs types de canaux Cl- dépendant du voltage ont également été identifiés (voir figure 4.4D). Ces canaux sont présents dans tous les types de neurones, où ils contrôlent l’excitabilité, contribuent au potentiel membranaire de repos et aident à réguler le volume cellulaire.

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D’autres types de canaux sont également présents dans les neurones.