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L2S3 Neurophysiologie
TD1:Biologie du Neurone Yannick Gerber
Plan
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
Noyau
App de Golgi
Le neurone: unité fonctionnelle du système
nerveux
Le corps cellulaire
Le neurone: unité fonctionnelle du système
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
Le neurone: unité fonctionnelle du système
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
Golgi
VésiculeMicrotubule
Terminaison
axonale
Transport antérograde rapide (kinésine)
Transport rétrograde (dynéine)
Corps cellulaire
Lysosomeaxone Corps
plurivésiculaire
Recyclage
membranaire
Le neurone: unité fonctionnelle du système
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)
Le neurone: unité fonctionnelle du système
nerveux
Les terminaisons synaptiques
Libération du neurotransmetteur
Axone neurone 1
Dendrite neurone 2
Synapse: pôle émetteur du neurone
Plan
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
Na+
K+
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
Le fonctionnement des neurones
b. Excitation des neurones
Na+
K+
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
Le fonctionnement des neurones
c. Dépolarisation membranaire
Na+
K+
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
Le fonctionnement des neurones
c. Dépolarisation membranaire
La période réfractaire
Canaux sodiques: 3 configurations possibles
Fermés Ouverts Inactivés
Dépolarisation
Le fonctionnement des neurones
d. Repolarisation membranaire
Na+
K+
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
Le fonctionnement des neurones
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+
Le fonctionnement des neurones
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
Le fonctionnement des neurones
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
2ms
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 transmission du potentiel d’action
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
La transmission du potentiel d’action
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
La transmission du potentiel d’action
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
Transmission synaptique
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)
Fente
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
Transmission synaptique
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
Transmission synaptique
Synthèse et stockage
Transmission synaptique
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
Transmission synaptique
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)
Transmission synaptique
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.
Transmission synaptique
• 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.
Transmission synaptique
Transmission synaptique
QCM
QCM
1. Quel est le pôle récepteur du neurone ? A. Le corps cellulaire B. La synapse C. L’axone D. Les dendrites
QCM
1. Quel est le pôle récepteur du neurone ? A. Le corps cellulaire B. La synapse C. L’axone D. Les dendrites
RECEPTION
transmission
Emission
QCM
1
2 3
4
1
Temps (ms)
1 2 3 4
- 70mV
0
+ 30mV
Potentiel de
membrane
2. Nommer chacune des quatre étapes qui caractérisent la génèse d’un potentiel d’action
1 1
1 2
1 3
1 4
1
2 3
4
1
Temps (ms)
1 2 3 4
- 70mV
0
+ 30mV
Potentiel de
membrane
QCM
2. Nommer chacune des quatre étapes qui caractérisent la génèse d’un potentiel d’action
1 1
1 2
1 3
1 4
Potentiel de repos
Dépolarisation
Repolarisation
Hyperpolarisation
QCM
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
QCM
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
QCM
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+
QCM
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
QCM
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.
QCM
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
QCM
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
QCM
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+
QCM
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+
QCM
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 ………………………… .
QCM
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 .
QCM
8. Citez au moins deux neurotransmetteurs : - -
QCM
8. Citez au moins deux neurotransmetteurs : - Sérotonine - Dopamine - Glutamate - GABA - Acetylcholine
QCM
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
QCM
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.
QCM
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.
QCM
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
QCM
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
QCM
12. Les récepteurs des neurotransmetteurs sont situés sur la membrane A. postsynaptique B. des vésicules synaptiques C. nucléaire D. présynaptique
QCM
12. Les récepteurs des neurotransmetteurs sont situés sur la membrane A. postsynaptique B. des vésicules synaptiques C. nucléaire D. présynaptique
QCM
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
QCM
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
QCM
Liens utiles
https://www.youtube.com/watch?v=cHA5aQH-oJc https://www.youtube.com/watch?v=WjYiwVZBN8E