B8 · Physiologie cellulaire et neuromusculaire
Transmission synaptique et neurotransmetteurs
Décrire les étapes de la transmission chimique, de l'entrée du calcium présynaptique à la réponse postsynaptique. Distinguer potentiels postsynaptiques excitateurs et inhibiteurs et présenter le devenir des neurotransmetteurs.
Physiologie7 min de lecture17 QCM corrigés
Organisation fonctionnelle d’une synapse chimique
Une synapse chimique comporte trois éléments :
- le bouton présynaptique, qui contient des vésicules remplies de neurotransmetteur ;
- la fente synaptique, séparant les deux cellules ;
- la membrane postsynaptique, enrichie en récepteurs du neurotransmetteur.
La transmission est orientée de la cellule présynaptique vers la cellule postsynaptique, car l’appareil de libération se trouve d’un côté et les récepteurs de l’autre. Elle convertit successivement un signal électrique en signal chimique, puis le signal chimique en réponse électrique ou métabolique.
Le potentiel d’action et sa propagation sont étudiés dans les deux fiches précédentes. Ici, le potentiel d’action constitue le signal qui atteint la terminaison présynaptique, sans que son mécanisme soit repris.
Les neurotransmetteurs appartiennent à plusieurs familles chimiques : acides aminés, amines, peptides, dérivés puriques, lipides ou molécules gazeuses. Leur nature chimique conditionne leur synthèse, leur stockage et leur mode d’élimination.
De l’arrivée du potentiel d’action à l’exocytose
Ouverture des canaux calciques
Lorsque le potentiel d’action atteint le bouton présynaptique, sa dépolarisation ouvre des canaux calciques dépendants du voltage. Le calcium est beaucoup plus concentré dans le milieu extracellulaire que dans le cytosol. L’ouverture des canaux entraîne donc une entrée rapide d’ions selon leur gradient électrochimique.
Cette entrée reste localisée à proximité des canaux. Elle crée des régions cytosoliques transitoirement riches en calcium, au voisinage immédiat des vésicules prêtes à fusionner. Une proximité étroite est nécessaire, car la concentration cytosolique de calcium diminue rapidement après la fermeture des canaux.
Arrimage et fusion des vésicules
Les vésicules synaptiques destinées à être libérées sont regroupées dans une zone active de la membrane présynaptique. Certaines sont déjà arrimées et préparées à la fusion. Elles constituent un ensemble immédiatement mobilisable.
Le calcium se fixe sur une protéine vésiculaire sensible à sa concentration. Cette fixation déclenche l’action d’un complexe de protéines de fusion, appelé complexe SNARE, qui rapproche la membrane vésiculaire de la membrane plasmique. Les deux bicouches lipidiques fusionnent alors et le contenu de la vésicule est expulsé dans la fente synaptique par exocytose.
La quantité totale libérée dépend surtout du nombre de vésicules qui fusionnent. Comme la fusion est très sensible à la concentration locale en calcium, une augmentation de l’entrée de accroît fortement la probabilité d’exocytose.
Action du neurotransmetteur sur la cellule postsynaptique
Après sa libération, le neurotransmetteur diffuse sur la faible largeur de la fente synaptique puis se fixe de manière réversible à des récepteurs spécifiques.
Récepteurs ionotropes et métabotropes
Un récepteur ionotrope contient lui-même un canal. La fixation du neurotransmetteur l’ouvre directement et modifie rapidement la perméabilité membranaire à certains ions.
Un récepteur métabotrope ne forme pas nécessairement un canal. Il déclenche une cascade intracellulaire susceptible de modifier indirectement des canaux, des enzymes ou d’autres fonctions cellulaires. La réponse est plus lente, mais elle peut être amplifiée et persister davantage.
Potentiels postsynaptiques excitateurs et inhibiteurs
À la différence du potentiel d’action, un potentiel postsynaptique n’obéit pas à la loi du tout ou rien. Son amplitude dépend notamment de la quantité de neurotransmetteur libérée, du nombre de récepteurs activés et de la force électrochimique agissant sur les ions perméants.
Le sens du courant ionique dépend du potentiel de membrane et du potentiel d’inversion , valeur vers laquelle tend le potentiel membranaire lorsque la conductance activée domine.
Potentiel postsynaptique excitateur
Il résulte généralement de l’ouverture de canaux dont le potentiel d’inversion est plus positif que le potentiel membranaire initial. Le courant net dépolarise alors la membrane. L’effet reste local et décroît avec la distance et le temps.
Potentiel postsynaptique inhibiteur
L’inhibition peut reposer sur une hyperpolarisation, lorsque le potentiel est déplacé vers une valeur plus négative. Elle peut aussi résulter d’une augmentation de conductance maintenant le potentiel près d’une valeur stable. Cette dernière diminue l’efficacité des courants excitateurs en les dissipant à travers la membrane : il s’agit d’une inhibition par court-circuit.
Une cellule reçoit simultanément de nombreuses influences excitatrices et inhibitrices. Leur intégration temporelle et spatiale, qui détermine la décharge neuronale finale, relève de la fiche suivante consacrée à la sommation et à l’intégration neuronale.
Fin du signal et devenir des neurotransmetteurs
La transmission doit être brève et contrôlée. Si le neurotransmetteur persistait dans la fente, les récepteurs resteraient activés et les messages successifs ne pourraient plus être distingués.
Trois mécanismes principaux interrompent son action :
- Recapture par des transporteurs membranaires de la terminaison présynaptique ou des cellules gliales. Le neurotransmetteur récupéré peut être recyclé ou dégradé.
- Dégradation enzymatique dans la fente ou après recapture. Les produits obtenus peuvent être éliminés ou servir à une nouvelle synthèse.
- Diffusion extrasynaptique hors de la fente, ce qui réduit sa concentration au voisinage des récepteurs.
Les membranes des vésicules ajoutées à la membrane présynaptique par exocytose sont récupérées par endocytose. De nouvelles vésicules sont formées, remplies grâce à des transporteurs spécifiques puis réintroduites dans les ensembles vésiculaires. Le calcium cytosolique est parallèlement éliminé par des pompes et des échangeurs, ce qui met fin au signal déclencheur de l’exocytose.
Les petits neurotransmetteurs sont généralement synthétisés dans la terminaison et chargés dans de petites vésicules. Les neurotransmetteurs peptidiques sont synthétisés dans le corps cellulaire, conditionnés dans le système endomembranaire puis transportés vers la terminaison. Cette différence explique que leur renouvellement soit plus lent.
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