Karamö, le prof virtuelLeçon 21 sur 49
La transmission synaptique
Je sais expliquer comment le message nerveux passe d'un neurone à une autre cellule grâce à un neurotransmetteur, et comment un neurone intègre des messages excitateurs et inhibiteurs.
- 1 h 15
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Décrire la structure d'une synapse chimique et d'une plaque motrice
- Expliquer les étapes de la transmission synaptique (potentiel d'action, calcium, exocytose, récepteurs, élimination du neurotransmetteur)
- Distinguer synapses excitatrices (PPSE) et inhibitrices (PPSI) et expliquer la sommation et l'intégration
- Expliquer l'action de quelques substances sur les synapses et calculer un délai synaptique
Avant de commencer : Les tissus nerveux (neurone, axone, boutons synaptiques) ; les propriétés des tissus nerveux (potentiel de repos, potentiel d'action, seuil).
1Je découvre
Pendant la campagne agricole, à Faranah, Lansana pulvérise un insecticide sur son champ de maraîchage sans gants ni masque. Le soir, il se sent mal : il transpire beaucoup, ses muscles tremblent, il a du mal à respirer. Au centre de santé, l'infirmier explique que certains insecticides « bloquent le fonctionnement des jonctions entre les nerfs et les muscles ». Il le soigne et lui recommande de toujours se protéger.
Kadiatou, sa fille, élève de Terminale SE, s'interroge. Elle sait que le message nerveux est un potentiel d'action qui se propage le long de l'axone. Mais l'axone se termine par des boutons qui ne touchent pas vraiment le muscle ou le neurone suivant : il reste un minuscule espace entre les deux cellules.
Comment le message nerveux franchit-il l'espace entre deux cellules, et comment une substance chimique peut-elle perturber ce passage ?
2Je comprends
1. La synapse : une zone de contact entre deux cellules
Une synapse est la zone de jonction entre un neurone et une autre cellule : un autre neurone (synapse neuro-neuronique), une cellule musculaire (synapse neuromusculaire ou plaque motrice) ou une cellule glandulaire.
Au microscope électronique, une synapse chimique comprend :
- l'élément présynaptique : le bouton synaptique (extrémité de l'axone), qui contient de nombreuses vésicules synaptiques remplies d'un neurotransmetteur (ou neuromédiateur), ainsi que des mitochondries ;
- la fente synaptique : un espace très étroit (de l'ordre de 20 nanomètres) entre les deux cellules ;
- l'élément postsynaptique : la membrane de la cellule suivante, qui porte des récepteurs spécifiques du neurotransmetteur.
Dans la plaque motrice, l'axone d'un motoneurone se ramifie à la surface d'une fibre musculaire ; le neurotransmetteur est l'acétylcholine et la membrane de la fibre musculaire est plissée, ce qui augmente la surface portant les récepteurs.
2. Les étapes de la transmission synaptique
- 1Un potentiel d'action arrive au bouton synaptique.
- 2Des canaux à calcium s'ouvrent : les ions Ca2+ entrent dans le bouton.
- 3Les vésicules fusionnent avec la membrane et libèrent le neurotransmetteur dans la fente (exocytose).
- 4Le neurotransmetteur se fixe sur ses récepteurs de la membrane postsynaptique.
- 5Des canaux ioniques s'ouvrent : un potentiel postsynaptique apparaît.
- 6Le neurotransmetteur est détruit par une enzyme ou recapté : la transmission s'arrête.
Quelques précisions :
- La quantité de neurotransmetteur libérée dépend de la fréquence des potentiels d'action arrivant au bouton : plus la fréquence est élevée, plus il y a d'exocytose. Le message, codé en fréquence de potentiels d'action dans l'axone, est codé en concentration de neurotransmetteur dans la fente.
- Pour l'acétylcholine, l'enzyme qui la détruit s'appelle l'acétylcholinestérase ; elle la coupe en acétate et choline, et la choline est recaptée par le bouton pour refaire de l'acétylcholine.
- La transmission synaptique prend un peu de temps : le délai synaptique, de l'ordre de 0,5 ms.
- La transmission est unidirectionnelle : seul l'élément présynaptique contient des vésicules et seul l'élément postsynaptique possède les récepteurs. Le message va toujours du bouton vers la cellule suivante.
Exemple
Calculer un délai synaptique.
On stimule un axone présynaptique. Une électrode enregistre le potentiel d'action dans le bouton synaptique 1,2 ms après la stimulation ; une électrode placée dans le neurone postsynaptique enregistre une réponse à 1,7 ms.
Délai synaptique = 1,7 - 1,2 = 0,5 ms.
Ce retard correspond au temps nécessaire à l'entrée du calcium, à l'exocytose, à la diffusion du neurotransmetteur dans la fente et à l'ouverture des canaux postsynaptiques.
3. Synapses excitatrices et synapses inhibitrices
La fixation du neurotransmetteur provoque, dans la cellule postsynaptique, une petite variation de potentiel appelée potentiel postsynaptique. Contrairement au potentiel d'action, il est gradué : son amplitude dépend de la quantité de neurotransmetteur, et il diminue en s'éloignant de la synapse.
- Synapse excitatrice : le neurotransmetteur ouvre des canaux laissant entrer des ions positifs (surtout Na^+). La membrane postsynaptique se dépolarise légèrement : c'est un PPSE (potentiel postsynaptique excitateur). Il rapproche le neurone de son seuil.
- Synapse inhibitrice : le neurotransmetteur ouvre des canaux à Cl^- (qui entrent) ou à K^+ (qui sortent). La membrane s'hyperpolarise : c'est un PPSI (potentiel postsynaptique inhibiteur). Il éloigne le neurone de son seuil.
Un même neurotransmetteur peut être excitateur ou inhibiteur selon le récepteur. On retient souvent : l'acétylcholine (excitatrice à la plaque motrice) et le GABA (inhibiteur dans l'encéphale).
- Entrée de Na+
- Dépolarisation : PPSE
- Rapproche du seuil
- Favorise un potentiel d'action
- Entrée de Cl- ou sortie de K+
- Hyperpolarisation : PPSI
- Éloigne du seuil
- S'oppose au potentiel d'action
4. La sommation et l'intégration
Un neurone de la moelle ou du cerveau reçoit des milliers de synapses. Un seul PPSE est en général trop faible pour atteindre le seuil. Le neurone additionne les potentiels postsynaptiques : c'est la sommation.
- Sommation temporelle : une même synapse est stimulée plusieurs fois de suite, à intervalles très courts ; les PPSE s'ajoutent avant d'avoir disparu.
- Sommation spatiale : plusieurs synapses différentes sont activées en même temps ; leurs PPSE s'ajoutent.
Au niveau du cône d'émergence de l'axone, le neurone fait la « somme » des PPSE et des PPSI. Si le résultat atteint le seuil, un potentiel d'action naît et part dans l'axone ; sinon, rien ne se passe. Cette fonction de « calcul » s'appelle l'intégration : le neurone est un véritable centre de décision.
Exemple
Un motoneurone a un potentiel de repos de -70 mV et un seuil de -55 mV. Il reçoit en même temps :
3 PPSE de +6 mV chacun et 1 PPSI de -4 mV.
Somme : 3 × 6 - 4 = 18 - 4 = +14 mV.
Nouveau potentiel : -70 + 14 = -56 mV.
-56 mV est inférieur au seuil de -55 mV : pas de potentiel d'action.
Si un quatrième PPSE de +6 mV arrive en même temps : -56 + 6 = -50 mV, le seuil est dépassé : un potentiel d'action part dans l'axone.
Méthode
Pour savoir si un neurone postsynaptique émet un potentiel d'action :
- Je note le potentiel de repos et le seuil.
- J'additionne les PPSE (valeurs positives) et les PPSI (valeurs négatives) qui arrivent en même temps.
- J'ajoute cette somme au potentiel de repos.
- Si le résultat atteint ou dépasse le seuil : potentiel d'action ; sinon : pas de réponse.
5. Les substances qui agissent sur les synapses
Beaucoup de substances agissent sur une étape précise de la transmission :
- le curare (poison de flèche traditionnel de peuples d'Amérique du Sud) se fixe sur les récepteurs de l'acétylcholine de la plaque motrice sans les activer : l'acétylcholine ne peut plus agir, les muscles sont paralysés (y compris les muscles respiratoires) ;
- certains insecticides (organophosphorés) bloquent l'acétylcholinestérase : l'acétylcholine n'est plus détruite et s'accumule dans la fente ; les muscles se contractent sans arrêt, tremblent, puis se paralysent. C'est ce qui est arrivé à Lansana : d'où l'importance de porter gants, masque et vêtements longs lors des traitements ;
- les drogues (nicotine du tabac, cannabis, etc.) imitent ou perturbent des neurotransmetteurs du cerveau, ce qui explique leurs effets sur le comportement et la dépendance.
3Je retiens
Je retiens
Synapse = élément présynaptique (bouton avec vésicules de neurotransmetteur) + fente synaptique + élément postsynaptique (récepteurs).
Étapes : potentiel d'action, entrée de Ca2+, exocytose, fixation sur les récepteurs, potentiel postsynaptique, destruction ou recapture du neurotransmetteur.
Plaque motrice : neurotransmetteur = acétylcholine, détruite par l'acétylcholinestérase.
Délai synaptique d'environ 0,5 ms ; transmission unidirectionnelle.
PPSE = dépolarisation (excitateur) ; PPSI = hyperpolarisation (inhibiteur) ; potentiels gradués.
Sommation temporelle (même synapse, répétée) et spatiale (plusieurs synapses simultanées) ; le neurone intègre et émet un potentiel d'action si le seuil est atteint.
Codage : fréquence des potentiels d'action dans l'axone, concentration de neurotransmetteur dans la fente.
4Erreurs fréquentes
- Croire que le potentiel d'action « saute » la fente synaptique : c'est un message chimique (le neurotransmetteur) qui traverse la fente.
- Confondre PPSE et potentiel d'action : le PPSE est petit, gradué et local ; le potentiel d'action obéit au tout ou rien et se propage.
- Oublier le rôle du calcium : sans entrée de Ca2+ dans le bouton, pas d'exocytose.
- Dire que l'acétylcholinestérase fabrique l'acétylcholine : elle la détruit, ce qui arrête son action.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Nomme les trois parties d'une synapse chimique.
b) Qu'est-ce qu'une exocytose ?
c) Pourquoi la transmission synaptique se fait-elle toujours dans le même sens ?
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a) L'élément présynaptique (bouton synaptique), la fente synaptique et l'élément postsynaptique.
b) C'est la fusion d'une vésicule avec la membrane plasmique, qui libère son contenu (ici le neurotransmetteur) à l'extérieur de la cellule.
c) Seul le bouton présynaptique contient les vésicules de neurotransmetteur, et seule la membrane postsynaptique porte les récepteurs : le message ne peut aller que du bouton vers la cellule suivante.
2Exercice 2
Range dans l'ordre les événements suivants : fixation de l'acétylcholine sur les récepteurs ; arrivée d'un potentiel d'action dans le bouton ; dépolarisation de la membrane de la fibre musculaire ; entrée de Ca2+ ; exocytose ; hydrolyse de l'acétylcholine.
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Arrivée d'un potentiel d'action dans le bouton ; entrée de Ca2+ ; exocytose ; fixation de l'acétylcholine sur les récepteurs ; dépolarisation de la membrane de la fibre musculaire ; hydrolyse de l'acétylcholine.
3Exercice 3
Un neurone a un potentiel de repos de −70 mV et un seuil de −50 mV. Il reçoit simultanément 4 PPSE de +5 mV et 2 PPSI de −3 mV.
a) Calcule la valeur atteinte par le potentiel du neurone.
b) Émet-il un potentiel d'action ? Justifie.
c) Combien faudrait-il de PPSE supplémentaires de +5 mV pour atteindre le seuil ?
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a) Somme : 4 × 5 + 2 × (-3) = 20 - 6 = +14 mV. Potentiel atteint : -70 + 14 = -56 mV.
b) Non : −56 mV reste en dessous du seuil de −50 mV.
c) Il manque -50 - (-56) = 6 mV. Un PPSE de +5 mV ne suffit pas (−51 mV) ; il en faut 2 (−46 mV, seuil dépassé).
4Exercice 4
Explique pourquoi une personne intoxiquée par un insecticide organophosphoré présente des contractions musculaires incontrôlées, alors qu'un animal empoisonné au curare est paralysé.
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L'organophosphoré bloque l'acétylcholinestérase : l'acétylcholine n'est plus détruite et reste fixée sur les récepteurs ; la fibre musculaire est stimulée sans arrêt, d'où des contractions incontrôlées. Le curare, lui, occupe les récepteurs de l'acétylcholine sans les activer : l'acétylcholine libérée ne peut plus agir, la fibre musculaire n'est plus stimulée, d'où la paralysie.
5Exercice 5
(Type BAC) On dispose d'un neurone N3 relié à deux neurones présynaptiques N1 et N2. On enregistre le potentiel de N3 (repos −70 mV).
- Expérience 1 : une stimulation de N1 donne dans N3 une dépolarisation de 5 mV qui disparaît en quelques millisecondes.
- Expérience 2 : deux stimulations de N1 très rapprochées donnent une dépolarisation de 10 mV.
- Expérience 3 : une stimulation de N2 donne une hyperpolarisation de 4 mV.
- Expérience 4 : trois stimulations très rapprochées de N1 donnent un potentiel d'action dans N3. Mais trois stimulations de N1 accompagnées d'une stimulation simultanée de N2 ne donnent pas de potentiel d'action.
a) Nomme la réponse obtenue dans les expériences 1 et 3 et précise la nature des synapses N1-N3 et N2-N3.
b) Quel phénomène l'expérience 2 met-elle en évidence ?
c) Estime le seuil de N3 d'après l'expérience 4 (encadrement).
d) Explique le rôle d'intégration du neurone N3.
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a) Expérience 1 : PPSE (petite dépolarisation locale et transitoire) : la synapse N1-N3 est excitatrice. Expérience 3 : PPSI (hyperpolarisation) : la synapse N2-N3 est inhibitrice.
b) La sommation temporelle : deux PPSE très rapprochés venant de la même synapse s'additionnent (5 + 5 = 10 mV).
c) Trois PPSE donnent 3 × 5 = 15 mV, soit −55 mV : le seuil est atteint. Avec le PPSI : 15 - 4 = 11 mV, soit −59 mV : seuil non atteint. Le seuil est donc compris entre −59 mV (exclu) et −55 mV (inclus), soit entre 11 et 15 mV de dépolarisation.
d) N3 additionne en permanence les PPSE et les PPSI qu'il reçoit. Il émet un potentiel d'action seulement si la somme atteint son seuil. Il « décide » ainsi de transmettre ou non le message : c'est l'intégration.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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