L2S3 Neurophysiologie TD1:Biologie du Neurone · TD1:Biologie du Neurone Yannick Gerber . Plan I....

L2S3 Neurophysiologie

TD1:Biologie du Neurone Yannick Gerber

I. Le neurone: unité fonctionnelle de système nerveux II. Le fonctionnement des neurones III. La transmission du potentiel d’action IV. La synapse

Microtubules

Ribosomes

Réticulum endoplasmique

Membrane Mitochondrie

App de Golgi

Le neurone: unité fonctionnelle du système

nerveux

Le corps cellulaire

nerveux

Les dendrites

Pôle de réception des informations: reçoivent les impulsions électriques des autres neurones Recouvertes d’épines dendritiques: excroissances qui reçoivent les contacts synaptiques des axones Jusqu’à 10000 dendrites par neurones Acheminent l’information jusqu’au corps cellulaire

BREVE MEDICALE

nerveux

L’axone

Les axones : transmission de l’information

Prend son origine au niveau du cône d’émergence situé à la base du soma

Myélinisé ou non

Se termine en arborisation terminale: les synapses

Le transport axonal

Réticulum endoplasmique

rugueux

VésiculeMicrotubule

Terminaison

axonale

Transport antérograde rapide (kinésine)

Transport rétrograde (dynéine)

Corps cellulaire

Lysosomeaxone Corps

plurivésiculaire

Recyclage

membranaire

nerveux

L’axone

Kinésine et dynéine: protéines motrices ATPase

BREVE MEDICALE

Maladie d’Alzheimer: quasi-totalité du cerveau, atrophie. Troubles cognitifs. (Tau, Amyloïde) Démences Fronto-temporales: lobe frontal et temporal. Comportement, isolement et déshinibition (Tau forme familiale) Paralysie supranucléaire progressive: striatum, cortex, tronc cérébral et noyaux des nerfs crâniens (ralentissement mental, troubles de la parole, de la vision et de l’équilibre) (Tau)

nerveux

Les terminaisons synaptiques

Libération du neurotransmetteur

Axone neurone 1

Dendrite neurone 2

Synapse: pôle émetteur du neurone

I. Le neurone: unité fonctionnelle de système nerveux II. Le fonctionnement des neurones

a. Excitabilité des neurones b. Excitation des neurones c. Dépolarisation membranaire d. Repolarisation membranaire e. Hyperpolarisation membranaire f. Retour au potentiel de repos

III. La transmission du potentiel d’action IV. La synapse

Le fonctionnement des neurones

a. Excitabilité des neurones

Milieu extracellulaire

Cytoplasme

Le neurone au repos: répartition inégale des ions de part et d’autre de la membrane Différence de charge entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule: potentiel de repos Nécessaire à l’excitabilité neuronale

b. Excitation des neurones

Influx nerveux: excitation du neurone Ouverture rapide des canaux sodiques Entrée passive de Na+ dans la cellule suivant son gradient de concentration Augmentation des charges positives dans la cellule: petite dépolarisation de la membrane

c. Dépolarisation membranaire

Seuil d’excitabilité atteint= PA loi du tout ou rien Ouverture de nouveaux canaux sodiques Entrée massive de Na+ dans la cellule: dépolarisation Inactivation rapide des canaux sodiques qui ne peuvent plus s’ouvrir= période réfractaire

c. Dépolarisation membranaire

La période réfractaire

Canaux sodiques: 3 configurations possibles

Fermés Ouverts Inactivés

Dépolarisation

d. Repolarisation membranaire

Ouverture plus tardive des canaux potassiques Sortie passive de K+ selon leur gradient de concentration Diminution de la quantité de charges positives dans la cellule Repolarisation de la membrane

e. Hyperpolarisation membranaire

Les canaux potassiques s’inactivent lentement Les canaux sodiques sont longtemps inactivés Sortie d’une quantité trop importante de charge positive Hyperpolarisation de la membrane

Na+ K+

f. Retour au potentiel de repos

ATPase Na/K

Retour au potentiel de repos= répartition inégale des ions rétablit ATPase Na/K: protéine transmembranaire Utilise 1 molécule d’ATP pour transporter le Na+ et le K+ contre leur gradient de concentration: transport actif

Les neurones qui ont retrouvé leur potentiel de repos sont à nouveau excitables

Résumé

Potentiel de repos

Stimulation

Entrée de Na+

Dépolarisation

Inactivation des canaux Na+

Repolarisation

Sortie de K+

Sortie de K+> entrée de Na+

Hyperpolarisation

Activation de l’ATPase Na/K

Potentiel de repos

BREVE MEDICALE

Les anesthésiques locaux

•Blocage temporaire de la propagation des potentiels d’action le long de l’axone. •Axone de petit diamètre, très sensible •Cocaïne = premier anesthésique local utilisé en médecine •Lidocaine agent le plus utilisé pour les anesthésies locales de nos jours •Action au niveau des canaux sodiques dépendants du potentiel •+++ Fibre de petit diamètre qui véhiculent les informations de type nociceptif.

La transmission du potentiel d’action

a. Transmission axonale

Transmission continue lente (1 m/s) Canaux membranaires proches et répartis équitablement Vague de dépolarisation membranaire qui se transmet de proche en proche

La vitesse de déplacement de l’influx nerveux dépend: Diamètre de l’axone Plus le calibre est grand, plus la résistance au courant est faible et plus grande vitesse de conduction. (Classification des fibres nerveuses) Myélinisation de l’axone

b. Myélinisation de l’axone

Myéline: gaine isolante qui permet une transmission plus rapide des potentiels d’action Gaine riche en lipide Enroulement de la membrane d’une cellule gliale (Oligodendrocytes/ cellules de Schwann) Présence de nœud de Ranvier

c. Transmission saltatoire

Nœud de Ranvier= échanges ioniques générant le potentiel d'action Forte concentration de canaux potassique Conduction saltatoire (qui " saute " d'un nœud à l'autre) Conduction rapide (120 m/s) Pas de diminution des potentiels d’action avec la distance

BREVE MEDICALE

La sclérose en plaque: Maladie neurologique auto-immune chronique du système nerveux central. Altération de la gaine de myéline des axones Principaux symptômes:

Fatigue Dépression Troubles de l’humeur Douleurs Incontinences

Maladies neurodégénératives

Résumé La transmission neuronale

Résumé

20 - 50 nm 2 - 4 nm

Transmission synaptique

Synapse électrique Synapse chimique

Synapse électrique

• Passage direct d’ions d’une cellule à l’autre • Uni ou bi-directionnelle • Transmission très rapide • Importante chez les invertébrés • Présente chez les vertébrés • Potentiels générés de faible amplitude • Très importante au cours du développement • Rôle mineur comparé au synapse de type chimique chez l’adulte

Synapse chimique

Axone du neurone

présynaptique

Vésicules

synaptiques

(neurotransmetteurs)

synaptique

Canal ionique

(fermé) Canal ionique

(ouvert)

Boutons terminal

Membrane

postsynaptique

neurotransmetteur

récepteur

Fragment du

neurotransmetteur

dégradé

Canal ionique

fermé

Membrane

postsynaptique

Canal ionique

(protéine trans-membranaire)

La synapse chimique

Influx nerveux arrive au niveau du bouton synaptique du neurone pré-synaptique

Dépolarisation de la membrane du bouton synaptique

Libération par exocytose du neurotransmetteur dans la fente synaptique

Le neurotransmetteur se fixe sur son récepteur (spécifique) sur le neurone post-synaptique

La fixation du neurotransmetteur provoque l’ouverture de canaux ioniques

Synthèse et stockage

Libération & recyclage

• Dépolarisation = ouverture des canaux calciques dépendants du potentiel • Calcium pénètre dans la cellule (très basse concentration au repos dans la cellule) • Signal entrainant la libération du neurotransmetteur par fusion de la vésicule avec la membrane = exocytose • Recyclage des vésicules (endocytose) • Fixation neurotransmetteur - récepteur

BREVE MEDICALE

Exemple de la dépression Dérèglement dans la libération des neurotransmetteurs Neurotransmetteurs impliqués: -Sérotonine: sommeil, appétit et humeur -Dopamine: motivation et humeur

La liaison du récepteur avec le neurotransmetteur peut avoir deux effets

Baisse de la polarité de la membrane du neurone post-synaptique

Hyperpolarisation de la membrane post-synaptique

Ouverture de canaux à sodium

• polarité membranaire

• PA si dépolarisation > seuil

• influx

Ouverture de canaux à Cl- voire canaux supplémentaires à K+

• polarité membranaire

• neurone plus difficile à dépolariser (< seuil)

Intégration synaptique

L’effet du neurotransmetteur est fonction du type de neurotransmetteur (Ach, GABA, glutamate, dopamine…) et du type de récepteur (Nicotinique, muscarinique, GABAA, GABAB, AMPA, NMDA, récepteurs D1 et D2…).

• Neurotransmetteur excitateur

PPSE (potentiel post-synaptique excitateur)

• Neurotransmetteur inhibiteur

PPSI (potentiel post-synaptique inhibiteur)

Chaque neurone reçoit des terminaisons PPSE et PPSI

Exemple du neurone moteur:

1) S’il y a plus de PPSE / PPSI, le neurone moteur est dépolarisé au-delà du seuil et il y a influx

2) S’il y a plus de PPSI / PPSE, le neurone moteur ne se dépolarise pas jusqu’au seuil et il n’y a pas d’influx.

• La sommation spatiale : Comme une cellule nerveuse peut recevoir plusieurs synapses: possibilité d’avoir ajout de plusieurs PPSE / PPSI en même temps .

•La sommation temporelle : Comme un PPS (10 ms) dure de + temps qu’un PA au niveau de la terminaison nerveuse (1-2 ms), il est possible d’avoir un deuxième PA arrivant à la terminaison nerveuse (en dehors de la période réfractaire) qui va générer un autre PPS avant que le 1er ait diminué. Les 2 PPSE / PPSI s’additionnent = dépolarisation plus forte.

1. Quel est le pôle récepteur du neurone ? A. Le corps cellulaire B. La synapse C. L’axone D. Les dendrites

RECEPTION

transmission

Emission

Temps (ms)

1 2 3 4

- 70mV

+ 30mV

Potentiel de

membrane

2. Nommer chacune des quatre étapes qui caractérisent la génèse d’un potentiel d’action

Temps (ms)

1 2 3 4

- 70mV

+ 30mV

Potentiel de

membrane

2. Nommer chacune des quatre étapes qui caractérisent la génèse d’un potentiel d’action

Potentiel de repos

Dépolarisation

Repolarisation

Hyperpolarisation

3. Qu’est ce qui permet le maintien du potentiel de membrane pendant l’étape 1 ? A. Répartition inégale des ions de part et d’autre de la membrane du neurone B. Gradient électrochimique aux ions Na+ et K+ C. Perméabilité sélective aux ions D. L’activité de la pompe NA+ K+ ATPase

3. Qu’est ce qui permet le maintien du potentiel de membrane pendant l’étape 1 ?

Répartition inégale des ions de part et d’autre de la membrane

Gradient électrochimique des ions Na+ et K+

Canaux de fuite: perméabilité sélective aux

ionsdépolarisation de la membrane

L’activité de la pompe ATPase Na/K : permet de conserver les concentrations Na+ et K+

4. Quel est le phénomène responsable du changement de la valeur du potentiel de membrane pendant l’étape 2 ? A. Entrée de Na+ B. Sortie de Na+ C. Entrée de K+ D. Sortie de K+ E. Inhibition de la pompe NA+ K+ ATPase

4. Quel est le phénomène responsable du changement de la valeur du potentiel de membrane pendant l’étape 2 ? A. Entrée de Na+ B. Sortie de Na+ C. Entrée de K+ D. Sortie de K+ E. Inhibition de la pompe Na/K ATPase

NB: La pompe Na/K ATPase est soit activée ou non activée en fonction de l’énergie disponible, elle peut être inhibée via des molécules extrinsèques hors conditions physiologiques. Elle fonctionne de manière quasi continuelle à un rythme plus ou moins rapide et rétablit l’inégalité de répartition des ions.

5. Quel est le phénomène responsable du changement de la valeur du potentiel de membrane pendant l’étape 3 ? A. Entrée de Na+ B. Sortie de Na+ C. Entrée de K+ D. Sortie de K+ E. Inhibition de la pompe Na/K ATPase

6. A quoi est due la propagation unilatérale du potentiel d’action ? A. A la période réfractaire des canaux Na+ B. A la loi du « tout ou rien » C. A l’activité de la pompe Na/K ATPase D. A l’inactivation des canaux Na+

7. Complétez les phrases suivantes : Les ………………………….. sont des composés chimiques libérés par les neurones pré-synaptiques pour agir sur d’autres neurones. Les …………………… …………………….. sont des zones privilégiées de réception de l’information neuronale. Un …………………….. … …………………. est une dépolarisation transitoire de la membrane due à une entrée ………………………. de ………. , suivit d’une repolarisation membranaire due à la sortie de …………… . Le retour au ……………………………. ………… ………………………. est dû à l’……………………… …………….. . Le neurone est alors à nouveau ………………………… .

7. Complétez les phrases suivantes : Les neurotransmetteurs sont des composés chimiques libérés par les neurones pré-synaptiques pour agir sur d’autres neurones. Les épines dendritiques sont des zones privilégiées de réception de l’information neuronale. Un potentiel d’action est une dépolarisation transitoire de la membrane due à une entrée passive de Na+ , suivie d’une repolarisation membranaire due à la sortie de K+. Le retour au potentiel de repos est dû à l’ATPase Na/K. Le neurone est alors à nouveau excitable .

8. Citez au moins deux neurotransmetteurs : - -

8. Citez au moins deux neurotransmetteurs : - Sérotonine - Dopamine - Glutamate - GABA - Acetylcholine

9. Laquelle des caractéristiques suivantes sur les potentiels d'action est fausse A. ils sont déclenchés par une dépolarisation qui atteint le seuil d'excitation B. ils circulent à la même vitesse le long de tous les axones C. ils correspondent à une dépolarisation de la membrane suivie d'une repolarisation D. ils évoluent entre -70 mV et + 30 mV

10. Concernant La synapse chimique: (propositions justes) A. Elle est rarement retrouvée par rapport à la synapse électrique. B. Il y a une spécialisation structurale pré et post-synaptique. C. Dans la synapse chimique, les vésicules contenant les neurotransmetteurs traversent la membrane pré-synaptique, glissent dans la fente, puis pénètrent à travers la membrane post-synatique. Ainsi, on a passage des neurotransmetteurs d'une cellule à l'autre. D. Plusieurs types de neurotransmetteurs peuvent cohabiter pour le fonctionnement d'une même synapse, c'est pourquoi il y a différents types de récepteurs en post-synaptique. E. Les propositions A, B, C, D sont fausses.

10. Concernant La synapse chimique: A. Elle est rarement retrouvée par rapport à la synapse électrique. B. Il y a une spécialisation structurale pré et post-synaptique. C. Dans la synapse chimique, les vésicules contenant les neurotransmetteurs traversent la membrane pré-synaptique, glissent dans la fente, puis pénètrent à travers la membrane post-synatique. Ainsi, on a passage des neurotransmetteurs d'une cellule à l'autre. D. Plusieurs types de neurotransmetteurs peuvent cohabiter pour le fonctionnement d'une même synapse, c'est pourquoi il y a différents types de récepteurs en post-synaptique. E. Les propositions A, B, C, D sont fausses.

11. La dépolarisation de la membrane présynaptique de l'axone ne provoque pas A. la fusion des vésicules synaptiques et de la membrane présynaptique B. un potentiel d'action dans la cellule postsynaptique C. la fixation de neuromédiateurs sur les récepteurs de la membrane présynaptique D. la fixation de neuromédiateurs sur les récepteurs de la membrane postsynaptique E. Une entrée massive de Calcium au niveau du bouton postsynaptique

12. Les récepteurs des neurotransmetteurs sont situés sur la membrane A. postsynaptique B. des vésicules synaptiques C. nucléaire D. présynaptique

13. Laquelle de ces propositions est fausse A. le neurotransmetteur est recapturé par la membrane postsynaptique B. le neuromédiateur se disperse entre les cellules par la fente synaptique C. le neurotransmetteur est dégradé par l'action d'enzyme D. le neuromédiateur reste fixé sur le récepteur de la membrane postsynaptique

Liens utiles

https://www.youtube.com/watch?v=cHA5aQH-oJc https://www.youtube.com/watch?v=WjYiwVZBN8E

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