TP : le fonctionnement de la synapse neuro musculaire CORRECTION Une synapse (du grec " syn. " : ensemble et " haptein " : joindre) désigne la jonction entre deux cellules excitables. La commande motrice du muscle est assurée par une nerf moteur dont les fibres motrices (extrémités des neurones) se ramifient et viennent faire synapse avec les fibres musculaires (cellules musculaires) Partie 1 identifier une structure et comprendre son fonctionnement. Expérience 1 Expérience 2 :

Un muscle et son motoneurone sont placés dans un liquide physiologique -Après excitation du neurone, le muscle se

contracte et l’analyse du liquide physiologique montre la présence d’acétylcholine.

- L’excitation directe du muscle entraîne sa

contraction mais ne révèle pas la présence d’acétylcholine.

Analysez ces expériences Interprétez-les : quel est le rôle de l’acétylcholine ?

Le document 1 représente l’enregistrement de l’activité de la fibre nerveuse motrice et de la cellule musculaire lors de la stimulation de la fibre nerveuse. Je vois que la stimulation se traduit par un message nerveux (4 Potentiels d’Action), puis avec une latence une activité de la cellule musculaire : 4 dépolarisations de la membrane musculaires qui se traduiront par une contraction. J’en déduis qu’Il y a une transmission du message nerveux à la cellule musculaire (avec conservation des caractéristiques) Le document 2 représente les résultats d’expériences réalisées sur un motoneurone et son muscle. Je note la seule la stimulation du neurone entraîne la présence d’acetylcholine dans le milieu. C’est le neurone qui produit cette molécule. Je sais que le neurone est connecté à la cellule suivante par un synapse qui libère des neurotransmetteurs qui vont stimuler la cellule postsynaptique et transférer le message. J’en déduis que l’acétylcholine est le neurotransmetter de la synapse neuromusculaire, il permet la transmission du message nerveux au muscle. On réalise une préparation microscopique de la zone encadrée : légendez et réalisez un schéma dans la case ci-contre

Schéma de synapse neuro musculaire

Cellulepré-synaptique(neurone)Vésiculessynaptiques(neurotransmetteurs)-Membraneprésynaptique-Fentesynaptique-MembranepostsynaptiqueCellulepostsynaptique(muscle)

Partie 2 : Application médicale de la SUPPRESSION du fonctionnement de l’arc réflexe. Les curares sont des molécules d'origine végétale aux effets myorelaxants, c'est-à-dire provoquant un relâchement musculaire. Les indiens en enduisent les pointes de leurs flèches au cours de la chasse, ce qui entraine la paralysie puis la mort du gibier par asphyxie (plus de mouvements respiratoires). Aujourd'hui, les curares de synthèse sont couramment utilisés en chirurgie pour produire un relâchement musculaire pendant l'anesthésie, ce qui facilite le travail du chirurgien. Après avoir administré du curare à un patient, celui-ci n'a plus de réflexe myotatique mais on observe toujours la présence de messages nerveux circulants dans la fibre sensitive. (L’administration peut être faite de façon locale, directement sur le muscle)

- Quelle hypothèse pouvez-vous faire quant au mode d’action des curares ? ils agiraient en interférant sur la transmission synaptique, en empêchant la fixation de l’acétylcholine, ou en prenant sa place et en boquant les récepteurs…

- Proposez une démarche expérimentale pour vérifier votre hypothèse :

Quoi : une simulation de l’action des neurotransmetteurs sur une synapse avec une visualisation 3D des molécules Comment (avec quoi), a l’aide d’un logiciel de visualisation 3D, on peut regarder l’action de l’acétylcholine sur la membrane post synaptique avec un modèle Ach + récepteur et des curares avec curare +récepteur Pour quel résultat : Si notre hypothèse est vraie, l’Ach et les curares devraient présenter des formes similaires, ils peuvent se fixer sur le récepteur mais on observera une action différente sur ce récepteur. En présence de curare, des messages nerveux circulent aussi sur la fibre des motoneurones lors du test du réflexe myotatique et l’administration locale sur le muscle empêche la contraction du muscle On cherche donc à vérifier l'action du curare sur les muscles. Etudions le récepteur post-synaptique cholinergique qui fixe le neurotransmetteur acétylcholine (Ach) au niveau des plaques motrices musculaires, (synapse neuromusculaire) ainsi la fixation de l’Ach dans son récepteur entraîne la contraction musculaire. Or diverses molécules sont susceptibles de se fixer sur le récepteur post-synaptique de l'Ach. * Certaines activent le récepteur en créant un nouveau message nerveux sur le neurone post-synaptique, on les appelle substances agonistes. * D'autres ont au contraire un effet inhibiteur et sont appelées antagonistes.

Ø Proposez 2 schémas illustrant l’action des … … molécules agonistes

… molécules antagonistes

Légendes : Récepteur cholinergique acétylcholine molécule agoniste molécule antagoniste transmission du message blocage du message

Ø Précisez votre hypothèse quant au mode d’action des curares. Les curares pourraient se fixer sur les récepteurs mais bloquer leur fonctionnement : molécule antagoniste On se propose de vérifier l’hypothèse formulée sur le mécanisme d’action du curare par une étude moléculaire à l’aide du logiciel « molécule 3D » 8 http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/lycee/gutjahr/molec3D/molec3d/ - Choisir neurotoxines, lire la page de présentation puis ouvrir [AchBP +acétylcholine] dans un autre onglet - Utilisez les fonctionnalités du logiciel pour montrer que le récepteur est constitué de 5 chaines protéiques, où se fixe l’acétylcholine.

Membraneprésynaptique

Membranepostsynaptique

- Choisir [sous unité AchBP (une seule chaîne) + acétylcholine] (dans un nouvel onglet) et montrer qu’il s’agit d’une chaîne d’acides aminés,

- Faites apparaître les cystéines (CYS) et les Tryptophanes (TRY) et mesurer la distance entre les acides aminés impliqués dans le fonctionnement du récepteur (indiqués dans la page de présentation et voir document) et qui encadrent le site de fixation.

- réalisez le même travail pour la tubocurarine

5 Chaines protéiques (en couleurs) possédant chacune un site de fixation à l’acétylcholine

Le site de fixation : TRP 145 Acétylcholine Cystéine 188

Mesure entre les 2 AA bordant le site de fixation : 1,182 nm

Mesure entre les 2 AA bordant le site de fixation : 1,653 nm

Pensez à appeler le professeur pour valider vos résultats avant de prendre soin de faire des captures d’écran, et remplissez le tableau ci-dessous Document : Au niveau du récepteur, deux acides aminés situés de part et d’autre du site de fixation de l’acétylcholine (CYS n° 188 et TRP 145) sont impliqués dans le fonctionnement de la partie transmembranaire qui forme un canal. C’est le rapprochement de ces acides aminés qui provoque un changement de conformation du récepteur, entraînant l’ouverture du canal. Pour une distance supérieure à 1,30 nm entre ces deux acides aminés, le récepteur est bloqué et ne s’ouvre pas. On a mesuré d’autre part la distance entre CYS n° 188 et TRP 145 après fixation de différences substances capables de se lier au récepteur à l’Acétylcholine :

Substances Epibatinine Acétylcholine Nicotine Cobratoxine Tubocurarine Distance entre CYS 188 et

TRP 145 (en nm) 1,17 1,182 1,22 1,63 1,653

Agoniste ?, antagoniste ? agoniste agoniste agoniste antagoniste antagoniste - Ouvrir [comparaison agoniste/antagoniste] pour comprendre le fonctionnement du récepteur en

observant le document d’aide.

Récepteur libre et + Ach : on note la déformation du site de fixation (à taille < 1,3 nm)

Récepteur libre et + conotoxine (antagoniste) : on note la déformation du site de fixation (à taille >à 1,3 nm)

le récepteur cholinergique :

5chainesprotéiquesformentlerécepteur:lecanalestfermé2sitesdefixationdel’acétylcholineàlafixationdel’acétylcholineàouvertureducanalCirculationd’ionsànaissanced’unedépolarisationdelamembranedelacellulemusculaireàcontraction