COURS IFSI 2009

UE2 S1 Biologie fondamentaleLe t issu nerveux

Viviane GUILLAUME Professeur

Biochimie - Génie Biologique Biologie médicale

Plan

Organisation générale du système nerveux

Le neuroneStructureMorphologie

Les cellules gliales

Ultrastrucure du neurone‣ La membrane plasmique‣ Propriétés électriques de la membrane

- Potentiel de membrane- Canaux ioniques- Potentiels gradués- Potentiel d’action

La transmission synaptique

Organisation générale du système nerveux

Système nerveux périphériqueSNP

Nerfs crâniensNerfs rachidiens

Afférences sensitives Efférences motrices

Efférences somatiques

Efférencesautonomes

Efférencessympathiques

Efférencesparasympathiques

Système nerveux centralSNC

EncéphaleMoelle épinière

SNC

encéphale

moelleépinière

SNP

afférence

afférence

efférence

efférence

efférence

muscle squelettique

viscère

peau

Composants cellulaires du système nerveux

Types cellulaires du SNC- Neurones- Cellules gliales

Types cellulaires du SNP- Cellules de Schwann- Cellules satellites

C'est une cellule "excitable", qui transmet et propage, en fonction des informations qu'il reçoit, des signaux électriques. Cette propriété est due à la présence, dans la membrane plasmique, de protéines spécifiques, qui laissent passer certains ions : les canaux ioniques.C'est aussi une cellule "sécrétrice" très particulière, dont le produit de sécrétion est le neurotransmetteur. La sécrétion, très focalisée et dirigée uniquement vers les cellules avec lesquelles le neurone est connecté, se fait au niveau des synapses. Le neurone diffère ainsi (à quelques exceptions près) des autres cellules sécrétrices de l'organisme comme les cellules hormonales, qui libèrent leur produit de sécrétion dans la circulation sanguine (sécrétion endocrine).

Le neurone

Le neurone, unité fonctionnelle du système nerveux, est responsable de l'émission et de la propagation du message nerveux.

Introduction

Structure d’un neurone typique

Purkinje

Axone

Cervelet

Cellulede

Purkinje

Dendrite

Histologie et Biologie cellulaire - KierzenbaumEd. de boeck

Diversité structurale des neurones

StructureLes neurones ont un corps cellulaire d’où partent deux types de prolongements

- les dendrites- l’axone

arbre somato dendritique

noyau

segment initial

axone

corps cellulaire ou soma

gaine de myéline nœud de Ranvier

arborisation terminale

terminaisonaxonale

terminaisonaxonale

dendrite

lieu de synthèseprotéines membranaires structure du neuroneenzymes du neurotransmetteur fonctions du neurone

émission des potentiels d’action

transports axonaux

pôle récepteur

pôle émetteur conduction

cône d’émergence

SYNAPSE

Structure

Les cellules gliales

Cellules Fonctions

Astrocytes

- Soutien et protection des neurones

- Rôle dans la formation de la barrière hématoencéphalique

- Croissance et développement du cerveau

maintien un milieu chimique compatible avec la fonction des neurones

MicroglieMacrophagesLymphocytes

Protection des cellules contre les microorganismes, rôle dans l’immunité.

OligodendrocytesFormation et maintien de la gaine de myéline qui entourent plusieurs axones voisins des neurones du SNC

EpendymocytesTapissent les ventricules cérébraux (remplis de liquide cephalorachidien)

Les cellules gliales

Anatomie Physiologie HumainesTortora&Derricksoned de boeck

vaisseau sanguinjonction serrée

cellules endothéliales

cellules gliales

neurones

cellules gliales

cellules épendymaires extra choroïdiennes

cellules épendymaires choroïdiennes

cellules endothéliales

tissu conjonctif

LCR

jonction serrée

jonction serrée

vaisseau choroïdien

Sang

LCR

Sang chroroïdienjonction serrée

jonction serréejonction communicante

Relations entre cellules du tissu nerveux central, liquide céphaloradien et sang

☟ Coupe simplifiée tissu nerveux central ☟ Coupe simplifiée tissu nerveux central - diagramme

d’après Neurobiologie cellulaire Hammond & Trsich

Les neurones se caractérisent par une distribution non homogène des organites cellulaires entre leurs somas et leurs prolongements.Le soma est le principal lieu de synthèse des macromolécules du neurone.Les dendrites renferment des ribosomes libres.Lʼaxone est incapable dʼassurer sa propre synthèse protéique.- Les transports axonaux permettent le transfert

bidirectionnel du soma aux terminaisons axonales.

Les éléments du cytosquelette sont très abondants, ils jouent un rôle dans le transport des organites.3 types de filaments :

- microtubules

- microfilaments

- neurofilaments

Ultrastructure d’un neurone

Neurosciences Mark Bear- Ed Pradel

transport antérograde

transport rétrograde

➡ Le transport se fait le long de l’axone pour renouveler tous les éléments par un mouvement antérograde lent.

ex : transport des mitochondries

La membrane neuronale

La membrane plasmique

enveloppe les prolongements avec quelques changements.

Le glycocalyx est fait de chaînes de saccharides, qui constituent des molécules- dʼadhésion- de reconnaissance

Les glycoprotéines de surface sont des récepteurs.

Les protéines intramembranaires servent aux transports membranaires.

- Les protéines du transport passif • les protéines canaux des ions : canaux ioniques sensibles au voltage.• les protéines récepteurs liés aux protéines G.

- Les protéines du transport actif• Les pompes utilisent l’énergie fournie par l’hydrolyse de l’ATP.• Les transporteurs utilisent l’énergie d’un gradient ionique comme le

gradient sodium par exemple.

Les axones de certains neurones sont recouverts de «myéline».

Cʼest une gaine membraneuse et lipidique constituée de lʼenroulement et lʼaccolement autour de lʼaxone de couches de membranes plasmiques qui appartiennent aux cellules de soutien voisines.

Dans le système nerveux central ces cellules sont les oligodendrocytes.

Dans le système nerveux périphérique ces cellules sont les cellules de Schwann. Ces cellules peuvent entourer simultanément plusieurs axones.

AxonesLes prolongements

DendritesIl ne sont pas myélinisés. Il n’y a pas de gaine de Schwann.

Neurosciences Mark Bear- Ed PradelPhysioloige - Vander- McGraw Hill

Propriétés électriques de la membrane

☛ Rappels

- Les ions et les molécules dans l’eau sont constamment en mouvement depuis des régions de forte concentration vers des régions de faible concentration. ce mouvement s’appelle la diffusion.

- Les ions ne peuvent traverser directement la double couche de phospholipides.

- Si une solution de NaCl d’un seul côté d’une membrane qui comporte des canaux permettant le passage de Na+ et de Cl-, les ions vont traverser jusqu’à équilibre de chaque côté de la membrane. Ils se déplaceront d’une région de forte concentration vers une région de faible concentration.

- La différence entre les concentrations s’appelle gradient de concentration.

Neurosciences Mark Bear- Ed Pradel

☛ Notions utiles

- Les ions sont des particules chargées d’électricité, si l’on impose un champ électrique à la solution, on peut générer un déplacement des ions.

- Les deux fils d’une batterie sont placés dans une solution contenant NaCl dissous.

- Les charges opposées s’attirent.- Na+ va se diriger vers la cathode (pôle négatif), Cl- va se

diriger vers l’anode (pôle positif).- L’amplitude de déplacement s’appelle courant électrique

représenté par le symbole I.

L’amplitude du courant est déterminée par deux facteurs : le voltage et la conductance.

Le voltage ou différence de potentiel, est la force exercée sur une particule chargée, et correspond à différence de charge entre l’anode et la cathode. Il est représenté par V.

La conductance mesure la capacité de passage de la charge électrique d’un point à un autre. (La résistance, calcule la difficulté que rencontre une particule électrique à se déplacer).

Expérience 1

- Des ions Na+ et Cl- sont en concentrations égales de par et d’autre le la membrane de phospholipides.

- Une grande différence de potentiel est générée au niveau de la membrane.

- Aucun courant ne passe, il n’y a pas de «voies» de passage, la conductance est nulle.

Expérience 2

☛ Le courant ne peut passer que- si la membrane possède des canaux perméables à cet ion- s’il existe une différence de potentiel entre les deux côtés de la

membrane.

- Les ions chargés sont répartis de part et d’autre de la membrane.

- Les ions ne peuvent traverser la membrane qu’au moyen des canaux protéiques.

- Les canaux peuvent être très sélectifs pour des ions spécifiques.

☛ Le déplacement de chaque ion dans son canal, dépend- du gradient de concentration- de la différence de potentiel électrique à travers la

membrane.Neurosciences Mark Bear- Ed Pradel

Le potentiel de membrane

- Le potentiel de membrane ou voltage de la membrane est représenté par le symbole Vm.- On peut le mesurer en introduisant une microélectrode dans le cytosol.- Une microélectrode est un tube de verre très mince qui contient une solution

condutrice d’électicité.- Le voltmètre mesure la différence de potentiel entre l’extrémité de cette microélectrode

et une deuxième électrode placée en dehors de la cellule.

Mesure du potentiel de repos

Il est de l’ordre de 65 mV (millivolt) et il est lié à l’existence d’une différence de

distribution des charges électriques de part et d’autre de la membrane.

Neurosciences Mark Bear- Ed Pradel

☛ Le potentiel de repos de la membrane d’un neurone est dû :

☟à la Répartition des charges

☟à la Répartition des ions

Concentration des ions de part et dʼautre de la membrane neuronale

Les canaux ioniques

Il existe des canaux à « fonction passive » et des canaux à fonction « commandée »

☛ Les canaux à fonction passive ou canaux de fuite s’ouvrent et se ferment de manière irrégulière, et permettent le passage des ions à travers la membrane. Ce sont les canaux à fonction passive des ions potassium.

☛ Les canaux à fonctionnement commandé comprennent :

- Les canaux sensibles au voltage s’ouvrent à une variation de potentiel de membrane

- Les canaux sensibles aux ligands s’ouvrent et se ferment en réponse à un stimulus chimique

- Les canaux mécanodépendants s’ouvrent ou se ferment en réponse à une stimulation mécanique.

canal ionique sensible à un ligand

canal ionique sensible au voltage

Extérieur

Intérieur

La pompe Na+/K+ maintient les concentrations des ions entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule

☞

Potentiels gradués

Potentiel gradué hyperpolarisant Potentiel gradué dépolarisant

☛ Les potentiels gradués se forment dans les dendrites et dans le corps cellulaire. Gradué veut dire que le signal électrique varie en amplitude (taille) selon la force du stimulus.

- Un stimulus est un facteur de l’environnement de la cellule qui peut changer le potentiel de membrane. Lorsqu’un stimulus en traîne l’ouverture ou la fermeture d’un canal ionique dans une membrane excitable, il se produit un potentiel gradué.

- Un potentiel gradué est une déviation du potentiel de repos.

La membrane devient plus négative La membrane devient moins négative

Le potentiel d’action

- Lorsqu’un stimulus excite un neurone, il déclenche un potentiel gradué, grâce à l’ouverture des canaux ioniques sensibles à un ligand.

- La dépolarisation initiale doit atteindre ou dépasser un seuil critique appelé seuil d’excitation environ -55 mV

http://outreach.mcb.harvard.edu/animations/actionpotential.swf

V a r i a t i o n s d e l a circulation des ions à t r ave r s l e s c an aux ioniques sensibles au voltagependant l e s p h a s e s d e d é p o l a r i s a t i o n e t r e p o l a r i s a t i o n d ’ u n potentiel d’action

Anatomie Physiologie HumainesTortora&Derrickson

ed de boeck

Propagation d’un potentiel d’action

Conduction continue Conduction saltatoire

Les courants ioniques parcourent chaque partie adjacente de la membrane plasmique.

axone amyélinisé axone myélinisé

Le PA se forme au niveau du cône. Il engendre des courants dans le liquide extracellulaire et le cytosol. Ces courants engendrent l’ouverturedes canaux Na+ sensibles au voltage au premier nœud de Ranvier, puis au nœud suivant et ainsi de suite.

Anatomie Physiologie HumainesTortora&Derrickson

ed de boeck

http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120107/bio_d.swf http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120107/anim0013.swf

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072943696/student_view0/chapter8/animation__the_nerve_impulse.html

La transmission synaptiqueOu comment un potentiel d’action peut se transmettre aux autres neurones ?☛au niveau de la synapse.

Définition- La synapse représente une zone de jonction spécialisée, située à

l’endroit où la terminaison d’un axone entre en contact avec un autre neurone ou un autre type de cellule.

- Le sens de transfert de l’information est dirigé, de la terminaison axonique vers le neurone cible.‣ La terminaison axonique est dite présynaptique‣ La cellule cible est dit postsynaptique.

Synapses électriquesjonction étroiteCellule1

Cellule2

Cellule1

Cellule2

connexons

ions et molécules de petite taille

canal formé par association des pores de chaque membrane

- La transmission est sûre et rapide. - Les synapses électriques situées

essentiellement aux endroits où des fonctions normales nécessitent que l’activité des neurones soit fortement synchronisée dans le Système nerveux central.

neurone présynaptique

neurone postsynaptique

fente synaptique

Synapses chimiques

Texte

- Le potentiel d’action, signal électrique est converti en signal chimique. - Une molécule, le neurotransmetteur est libéré à la fente synaptique.- Le neurone postsynaptique reconverti ce signal chimique en signal électrique.

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter14/animation__chemical_synapse__quiz_1_.html

Différents types d’arrangements synaptiques

Synapse axodendritique Synapse axosomatique Synapse axoaxonique

soma

dendrite

axone

Notion de PPSE et PPSI

PPSE potentiel post synaptique excitateur

Un potentiel d’action fait naître un potentiel postsynaptique gradué soit excitateur soit inhibiteur.

Si le seuil d’excitation est atteint par un potentiel postsynaptique dépolarisant, le potentiel est appelé PPSE.

PPSI potentiel post synaptique inhibiteur

Si la membrane postsynaptique s’hyperpolarise par le potentiel d’action, le potentiel postsynaptique est appelé PPSI.

soma

1000 à 10000entrées

PPS

Sommation = intégration de toutes les entrées

Sommation spatialeaccumulation de neurotransmetteur libéré par plusieurs boutons terminaux

Sommation temporelleaccumulation d’un neurotransmetteur libéré par un seul bouton rapidement.

Les sommations

Neurotransmetteur Fonction

NT a petites molécules Acétylcholine Libéré dans le SNC et SNPPerte de la fonction maladie d’Alzheimer

Acides aminés

Glu Neurotransmetteur excitateur SNC

Acides aminés Asp Neurotransmetteur excitateur SNCAcides aminés

Gaba Neurotransmetteur inhibiteur

Amines Biogènes

NA SNC éveil et humeur

Amines BiogènesAdrénaline NA et Adrénaline SNP sympathique

Amines BiogènesDopamine Réponses émotionnelles.

Dégénérescence Maladie de Parkinson

Amines Biogènes

Sérotonine Perception sensorielle, thermorégulation, humeur, sommeil

Monoxyde d’azote NO est un gaz avec des effets sur tout l’organisme. Rôle mémoire et apprentissageNO est un gaz avec des effets sur tout l’organisme. Rôle mémoire et apprentissage

NeuropeptidesEnképhalines

AnalgésiquesOpioïdesNeuropeptides

Endorphines

AnalgésiquesOpioïdes

Principaux neurotransmetteurs