COURS DE PHARMACOLOGIE LES SYSTEMES

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Transcript COURS DE PHARMACOLOGIE LES SYSTEMES

COURS DE PHARMACOLOGIE
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LES SYSTEMES IONIQUES
PLAN
I.
II.
III.
IV.
Introduction
Les systèmes ioniques
Biologie des systèmes ioniques
Pharmacodynamie des S.I.
Applications thérapeutiques
Conclusion
Dr. Richard SAWADOGO, PhD. Sciences
Biologiques Appliquées - Université de
Ouagadougou
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LES SYSTEMES IONIQUES
Objectifs

Décrire le rôle des mouvements ioniques pour le
fonctionnement biologique de l’organisme;

Citer les différents systèmes ioniques avec des exemples;

Décrire les caractéristiques pharmacodynamiques des
différents systèmes ioniques;

Comparer les mécanismes d’action des différents S.I.

Décrire les propriétés pharmacodynamiques des différents S.I.
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LES SYSTEMES IONIQUES
Introduction

La répartition ionique entre le milieu intra et extracellulaire est à
la base du fonctionnement de la cellule qui se répercute sur le
tissu et les organes.

Il existe ainsi des échanges entre le milieu intra et
extracellulaire par la mise en action de système ionique couplé
ou non à des systèmes de neurotransmetteurs ou d’hormones.
C’est un échange qui permet à la cellule d’être actif ou inactif.
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LES SYSTEMES IONIQUES
Introduction

Certains médicaments développement leur activité
thérapeutique suite à l’interaction sur les S.I.

Il existe deux systèmes ioniques régulateurs des échanges
ioniques:
1.
Les systèmes ioniques à pompe actives ATPase dépendante;
2.
Les systèmes ioniques à canaux ou ionophores: qui
nécessitent de l’énergie (canaux de cotransfert ) ou non
(canaux passifs ) et les canaux électrogeniques.
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LES SYSTEMES IONIQUES
Introduction
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Les S.I. sont situés dans la membrane plasmique et constituent
la cible d’information biologique.

Leur dysfonctionnement engendre des pathologies.

Les substances pharmacodynamiques capables d’interférer
sur les SI sont utilisées comme médicaments pour le
traitement de ces pathologies.

Les cas de non spécificité ionique de ces médicaments
engendre des effets secondaires parfois redoutables pour le
patient.
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LES SYSTEMES IONIQUES
Les différents types de systèmes
ioniques

Il existe 2 types: Pompe et canaux ioniques
1.
Systèmes à pompe.
Les pompes sont définies comme des protéines de transport
qui utilisent l'hydrolyse de l'ATP comme source d'énergie.
Les détails moléculaires soient inconnus, mais il est probable
que les transporteurs transfèrent le soluté en subissant un
changement de conformation réversible.
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LES SYSTEMES IONIQUES
Les différents types de systèmes
ioniques

Il existe 2 types: Pompe et canaux ioniques
1.
Systèmes à pompe.
1.1. La pompe Na+/K+ATPase
Elle permet le maintien d’un gradient transmbre en ions Na+
(extra-C) et K+ (intra-C). L’hydrolyse de l’ATP apporte l’énergie
de fonctionnement.

1ATP permet le transport actif de 3 Na+ extrus contre 2 K+ intrus.

Cela provoque une dépolarisation négative du milieu intra-C
d’où le caractère électrogène de la pompe
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LES SYSTEMES IONIQUES
Les différents types de systèmes
ioniques

Il existe 2 types: Pompe et canaux ioniques
1.
Systèmes à pompe.
1.1. La pompe Na+/K+ATPase

La [K+] est 10 à 20 fois plus élevée à l'intérieur des cellules qu'à
l'extérieur, alors que la situation est inversée pour Na+. Ces
différences sont engendrées et maintenues par l’activité de la
pompe. Elle diminue ainsi la concentration intra-C d'ions positifs
ce qui implique la mise en place d'un potentiel électrique
membranaire.
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LES SYSTEMES IONIQUES
Les différents types de systèmes
ioniques

Il existe 2 types: Pompe et canaux ioniques
1.
Systèmes à pompe.
1.1. La pompe Na+/K+ATPase

L'ATPase (classe P), comme la plupart des autres pompes, est
constituée de trois protéines étroitement liées (sous-unités ,
respectivement d'un poids moléculaire de 110 kDa, 40 kDa et
8 kDa). Son mécanisme moléculaire de transport exige trois
étapes :
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LES SYSTEMES IONIQUES
Les différents types de systèmes
ioniques

Il existe 2 types: Pompe et canaux ioniques
1.
Systèmes à pompe.
1.1. La pompe Na+/K+ATPase

trois étapes :
1.
fixation des ions à haute affinité,
transfert des ions au travers de la membrane, et
réduction d'affinité qui permet la libération des ions.
2.
3.
Ce dynamisme est engendré par la fixation de l'ATP et son
hydrolyse subséquente
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LES SYSTEMES IONIQUES
Les différents types de systèmes
ioniques
1.1. La pompe Na+/K+ATPase

Localisation: membranes cytoplasmiques.

Constitution: 2 sous-unités α catalytiques et 2 sous-unités ß.

Stimulus: Energie libérée par l'hydrolyse de l'ATP en présence
Mg2+.

Transport actif: 3 Na+ extrus et 2 K+ intus.

La Na+/K+-ATPase a trois fonctions principales :
1.
Créer une différence de potentiel membranaire.
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Les différents types de systèmes
ioniques
1.1. La pompe Na+/K+ATPase
2.
Assurer la polarisation des tissus excitables ou contractiles :
la dépolarisation et la repolarisation correspondent
respectivement à une entrée de sodium et une sortie de
potassium. La Na+/K+-ATPase rétablit l'équilibre antérieur.
3.
Créer une énergie potentielle, liée au gradient ionique de part
et d'autre de la membrane plasmique. Cette énergie est utilisée
notamment pour les transports actifs secondaires, le plus
souvent couplés à celui du sodium.
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Les différents types de systèmes
ioniques
1.1. La pompe Na+/K+ATPase

Expérimentalement il est possible d'inhiber l'ATPase Na+/K+
par l'ouabaïne, glycoside extrait de la digitale.

Le gradient Na+/K+ généré est essentiel au fonctionnement de
la cellule. Il est impliqué dans diverses fonctions :
1.
régulation du pH,
2.
régulation du volume cellulaire,
3.
transport de nutriments tels que glucose et certains acides
aminés,
4.
transmission du signal dans le système nerveux (potentiel
d'action).
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Les différents types de systèmes
ioniques
1.2. La pompe Ca2+ ATPase

Les ATPases Ca2+ (classe P) sont des protéines de poids
moléculaire d'environ 110 kDa. Elles sont situées dans la
membrane plasmique mais aussi dans la membrane du
réticulum endoplasmique (réticulum sarcoplasmique pour les
cellules musculaires où l'ATPase Ca2+ représente 90% des
protéines membranaires).

Les ATPases Ca2+ sont différentes selon leur localisation comme
le montre l'utilisation d'inhibiteurs spécifiques.
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Les différents types de systèmes
ioniques
1.2. La pompe Ca2+ ATPase

Les cellules animales maintiennent des concentrations
intracellulaires très faibles de Ca2+

A l'intérieur du RE la [Ca2+] libre est tamponnée par la
calciréticuline, une protéine qui fixe 20 Ca2+ par molécule.

D'un point de vue structure/fonction, cette ATPase ressemble
beaucoup à la Na+/K+-ATPase mais elle est sélective du . Son
activité - déclenchée par l'hydrolyse d'ATP, suivie par une
phosphorylation/déphosphorylation de l'acide aspartique 351 -
se traduit par le passage simultané de deux ions Ca2+.
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Les différents types de systèmes
ioniques
1.2. La pompe Ca2+ ATPase

les ions Ca2+ sont étroitement impliqués dans les voies de
signalisation commandant la contraction musculaire,
l'exocytose et l'activation de divers types cellulaires en réponse
à un stimulus extérieur (exemple des lymphocytes T). La pompe
va donc intervenir dans ces différentes fonctions.

l'ATPase du réticulum endoplasmique est inhibée par la
thapsigargine, et régulée par une petite protéine membranaire
(6 kDa), le phospholambane et le Mg2+.
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Les différents types de systèmes
ioniques
1.3. La pompe H+/K+ATPase

La [H+] détermine l'acidité d'une solution. Le pH= - log [H+].

La cellule doit s’assurer un pH bien précis et stable parce que la
fonction d'une protéine dépend du pH environnant.

Les enzymes lysosomiales qui dégradent les protéines
fonctionnent préférentiellement à pH 5,5 alors que les enzymes
cytoplasmiques fonctionnent de façon optimale à pH 7,2.
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Les différents types de systèmes
ioniques
1.3. La pompe H+/K+ATPase

Une concentration stable en ions (protons) ne se maintient dans
le cytosol que du fait de l'existence de mécanismes de transport
actif rejetant des protons hors de la cellule. Ce type de transport
sert à compenser à la fois la production métabolique de
molécules acides et l'entrée passive de protons.
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Les différents types de systèmes
ioniques
1.3. La pompe H+/K+ATPase


ATPase H+ , pompe à protons
Le pH des lysosomes et endosomes est régulé par l'ATPase H+
(classe V), localisée dans la membrane de ces organites, qui fait
entrer les protons dans ces vésicules et en acidifie le contenu
(pH 5,5).

Cette pompe ne ressemble pas à Na+/K+ et Ca2+ . Elle est
constituée de nombreuses sous-unités transmembranaires (a et
c) et cytosoliques (A, B, C, D et E) lui donnant un poids total
d'environ 270 kDa.
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Les différents types de systèmes
ioniques
1.3. La pompe H+/K+ATPase


ATPase H+ , pompe à protons
L'hydrolyse de l'ATP produit le transport mais ne s'accompagne
pas de la phosphorylation sur un résidu aspartate.

Le lysosome contient environ 50 enzymes différentes dont la
plupart sont des protéases et qui agissent à un pH optimum de
5,5. Leur rôle est de détruire les déchets, qu'ils soient d'origine
externe (endocytose) ou interne.
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Pompe H+ ATPase (classe V)
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1.3. La pompe H+/K+ATPase


ATPase H+/K+ATPase,
Le pH gastrique est régulé par l'ATPase H+/K+ (classe P) qui se
trouve associée à la membrane plasmique des cellules
gastriques pariétales de mammifère et qui transporte un proton
à l'extérieur en important un ion K+ (l'électroneutralité respectée)

Elle est constituée de 2 sous-unités (120 kDa et 50 kDa),
ressemble aux ATPases Na+/K+ et Ca2+ . L'hydrolyse de l'ATP et
la phosphorylation sur le résidu asparate (369) produisent un
changement de conformation qui facilite le passage des ions.
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1.3. La pompe H+/K+ATPase


ATPase H+/K+ATPase,
Cette pompe génère un puissant gradient de concentration de
protons : la [H+] est 106 fois plus élevée dans la lumière de
l'estomac que dans le cytosol de la cellule. Un environnement
très acide est ainsi mis en place dans l'estomac (pH 1,5, avec
0.03 M H+).

Le pH bas est essentiellement destiné à éliminer les microorganismes pathogènes qui entrent avec la nourriture.
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1.3. La pompe H+/K+ATPase


ATPase H+/K+ATPase,
L'ATPase H+/K+ est la cible directe de l'Oméprazole (MOPRAL),
drogue inhibitrice utilisée pour traiter les ulcères gastriques.
L'inhibition du fonctionnement de la pompe se traduit par une
augmentation du pH de l'estomac (vers pH 4), favorable à la
cicatrisation.

Le sulphénamide crée des liaisons disulfures avec la pompe et
entraîne son altération avec diminution de la sécrétion dans la
lumière gastrique.
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Les différents types de systèmes
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1.3. La pompe H+/K+ATPase


ATPase H+/K+ATPase,
A l'inverse, les anti-inflammatoires, comme l'aspirine et le
paracétamol, augmentent par une voie indirecte l'activité de
l'ATPase H+/K+ et réduisent la production de mucus et de
bicarbonate. Le traitement prolongé provoque donc des ulcères
gastriques (effet indésirable du médicament).
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Sécrétion de HCl par la cellule
pariétale gastrique
(R = récepteur, PK = protéine
kinase)
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Les différents types de systèmes
ioniques

La sécrétion de Cl- est probablement couplée à celle du K+ qui
est recyclé.

Le principal stimulant de la pompe H+/K+-ATPase est la prise
d'aliments qui agit par libération d'histamine, de gastrine et
d'acétylcholine, lesquelles activent, par l'intermédiaire de l'AMP
cyclique ou du calcium, les protéines kinases qui, elles-mêmes,
activent la pompe H+/K+-ATPase.
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Les différents types de systèmes
ioniques
2. Les canaux ioniques ou ionophores

Un canal ionique est une catégorie de protéines membranaires
perméables à un ou plusieurs ions (sodium, calcium, potassium
chlore ).

On distingue des canaux à co-transport actif et des canaux à
potentiel dépendants.

Un canal ne peut pas transporter un ion contre ce gradient. Ce
rôle est tenu par les pompes membranaires, comme la pompe
sodium/potassium, qui doivent utiliser de l'énergie à cette fin.
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2. Les canaux ioniques ou ionophores
2.2. Les canaux à co-transport actif

Ils nécessitent de l’énergie fournie par le mouvement d’un ion
qui suit son gradient électrochimique.

Il s’agit généralement de Na+ qui peut intruser 2 à 3 ions.
1.
Na+/K+/Cl- : branches ascendantes de l’anse de Henlé (T.Rénaux)
2.
Na+/H+: Tube Contourné Distal (TCD) (Rein)
3.
Na+/Ca2+: Contractions musculaires
4.
Na+/Cl-: Intestin
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2. Les canaux ioniques ou
ionophores
2.2. Les canaux à co-transport actif
5.
Na+/K+: Hématies
6.
Na+/I-: Cellules thyroïdiennes

Ce mécanisme peut transférer
des acides aminés, vitamines
et glucides par absorption
intestinale
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2. Les canaux ioniques ou ionophores
2.3. Les canaux à potentiel dépendants

Ce sont des canaux à transfert passif sans énergie

Leur capacité est > à celle des pompe

Ils ont une sélectivité ionique: Na+, K+, Ca2+, Cl-, HCO3-

Il y a une spécificité de la cinétique de fonctionnement: les deux
seules formes du canal sont la fermeture ou l’inactivité et
l’ouverture ou l’activé.

Ils ont une sensibilité à des ions, molécules spécifiques et
toxines
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Les différents types de systèmes
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2. Les canaux ioniques ou ionophores
2.3. Les canaux à potentiel dépendants
Les canaux Na+

On les retrouve dans les neurones, le myocarde

Leur dépolarisation entraîne la genèse et la conduction d’un PA.

Ils sont inhibés par les anesthésiques locaux, la téradotoxine.

La stimulation est faite par la batrachotoxine, la vératrine
(veratrum album), l’aconitine, les toxines polypeptidiques du
scorpion d’Afrique, le DDT et les pyréthrénoïdes.
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Les différents types de systèmes
ioniques
2. Les canaux ioniques ou ionophores
2.3. Les canaux à potentiel dépendants
Les canaux Na+

Médicaments: anesthésiques locaux, anti-arythmique, quinines
Les canaux Ca2+

Le calcium permet la motilité et la division cellulaire, la
conduction nerveuse, la sécrétion et le métabolisme.

On distingue:
1.
Les canaux L: localisés dans les myocytes squelettiques,
cardiaques, lisse et les neurones.
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Les différents types de systèmes
ioniques
2. Les canaux ioniques ou ionophores
2.3. Les canaux à potentiel dépendants
Les canaux Ca2+
1.
Les canaux L: inhibés par la dihydropyridine, les benzothiazines
et les arylalkylamines.
2.
Les canaux T: plus rapides, sensibles aux dihydropyridines.
3.
Les canaux N: intermediaires, situés sur les neurones.

D’autres canaux sont liés à des récepteurs (NA, ACh). Ce sont
des ionophores qui jouent le rôle de second messager.
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Les différents types de systèmes
ioniques
2. Les canaux ioniques ou ionophores
2.3. Les canaux à potentiel dépendants
Les canaux K+

Ce sont des canaux de fuite. Il permet à K+ de s’écouler hors de
la cellule selon le sens décroissant de son gradient de
concentration. Ceci conduit à une sortie nette de K+

C’est le potentiel de membrane qui retard le mouvement de
sortie de K+,Selon une certaine valeur du potentiel membranaire,
la tendance de sortie de K+ selon le gradient de concentration
est compensée par la tendance d’entrée due au gradient
électrique.
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Les différents types de systèmes
ioniques
2. Les canaux ioniques ou ionophores
2.3. Les canaux à potentiel dépendants

Les canaux sont très sélectifs de la molécule qui les traverse

La grande diversité des canaux est due plus à leur modalité
d’ouverture qu’aux molécules qui les traversent. Certains sont
ouverts en permanence. D'autres s'ouvrent sous l'action d'une
molécule ou d'un ion. D'autres, enfin, s'ouvrent sous une action
mécanique, une variation de potentiel, une variation de
température.
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Les différents types de systèmes
ioniques
2. Les canaux ioniques ou ionophores
2.3. Les canaux à potentiel dépendants

Ils sont responsables d'une propriété universelle aux
membranes cellulaires : l'existence d'un potentiel
transmembranaire.

Ils participent aussi au phénomène d'excitabilité cellulaire.

Les dépolarisations et mouvements ioniques qu'ils provoquent
assurent des phénomènes tels que l'initiation et la propagation
du potentiel d'action, la contraction cellulaire, la sensibilité de
certains récepteurs sensoriels, mais aussi la sensibilité aux
hormones et aux neurotransmetteurs.
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Les différents types de systèmes
ioniques
2. Les canaux ioniques ou ionophores
2.3. Les canaux à potentiel dépendants

Ces rôles variés sont le résultat d'un nombre élevé de types de
canaux.

De fait, le blocage des canaux peut avoir des conséquences très
graves pour l'organisme, et les toxines les plus mortelles
agissent en général sur eux.
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Nature et localisation des pompes et canaux ioniques
Les différents systèmes
Systèmes à pompe
AMPc
Transport actif,
co-transport,
Système contre transport
Types
Na+/K+ATPase
Localisation
Presque toutes les cellules
K+/H+ATPase
Ca2+/Mg2+
Na+/K+/ClNa+/H+
Na+/Ca2+
Cellules gastriques
Réticulum endoplasmique
BAAH
TCD
Myocarde, neurone,
granulocytes
TCP
Na+/HCO3+
à
Na+
canaux
K+
Cl-
Potentiel
dépendant
Ca2+
Lents
Intermédiaires
Rapides
Neurone, myocarde,
divers
Cœur, neurone, muscles
SNC
Myocytes, neurones
Neurones
Myocarde
BAAH: Branche Ascendante de l’Anse de Henlé, TCD: Tube contourné distal,
TCP: tube contourné proximal.
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