★ À maîtriser
Dans l’expérience de Loewi (1921), la stimulation électrique du nerf vague d’un cœur de grenouille ralentit ce cœur, puis le cœur non stimulé relié au premier par une solution saline ralentit à son tour, ce qui indique la libération d’un messager chimique.
Dans l’expérience de Loewi, le neurotransmetteur libéré par le nerf vague au niveau du cœur est l’acétylcholine (ACh), qui ralentit la fréquence cardiaque.
Compléments
📌 L’acétylcholine a une action excitatrice à la jonction neuromusculaire, où elle provoque la contraction musculaire, mais une action inhibitrice au niveau du cœur, où elle diminue la fréquence cardiaque.
Le nombre de molécules identifiées comme impliquées dans la communication neuronale est passé d’environ 12 dans les années 1990 à plus de 1 000 en 2010.
L’étude de la synapse permet de comprendre la communication entre neurones et cellules cibles, d’identifier des anomalies liées à certaines pathologies et de comprendre ou développer des thérapies agissant sur la communication neuronale.
Stimulation vagale → messager chimique → ralentissement cardiaque
★ À maîtriser
📌 Les vésicules de la zone active, proche de la membrane présynaptique, sont prêtes à libérer leur contenu, tandis que celles de la zone de réserve, située plus en arrière, ne sont pas immédiatement prêtes à être libérées.
Compléments
Chaque vésicule synaptique contient une quantité similaire de neurotransmetteurs, appelée quantum, et renferme environ 5 000 molécules de neurotransmetteur.
Les récepteurs des neurotransmetteurs sont regroupés sur la membrane postsynaptique dans une zone spécialisée appelée densité synaptique (DS).
Les cellules gliales comprennent notamment la microglie, les astrocytes et les oligodendrocytes, et contribuent à la nutrition, au maintien et à la protection des neurones, notamment par la gaine de myéline.
Dans une synapse tripartite, la fixation d’un neurotransmetteur sur un récepteur de l’astrocyte augmente le Ca²⁺ intracellulaire et entraîne la libération de molécules excitatrices ou inhibitrices.
★ À maîtriser
📌 Les synapses excitatrices sont associées à des contacts axodendritiques, des vésicules rondes, une fente large et une zone active importante, tandis que les synapses inhibitrices sont associées à des contacts axosomatiques, des vésicules aplaties, une fente étroite et une zone active restreinte.
🔄 La transmission synaptique suit quatre étapes :
🔄 L’arrivée du potentiel d’action entraîne : l’ouverture des canaux calciques à l’extrémité de l’axone, l’entrée massive de Ca²⁺ dans la cellule, la libération des neurotransmetteurs par exocytose
📌 L’ouverture de canaux permettant l’entrée de Na⁺ dépolarise la membrane et produit un potentiel postsynaptique excitateur (PPSE), tandis que la sortie de K⁺ ou l’entrée de Cl⁻ hyperpolarise la membrane et produit un potentiel postsynaptique inhibiteur (PPSI).
📌 Si la dépolarisation atteint le seuil d’excitabilité du neurone postsynaptique, un nouveau potentiel d’action est déclenché dans ce neurone.
Compléments
📌 Dans le système nerveux central, les synapses se distinguent notamment par la position de leur partie postsynaptique, ainsi que par leur fonction excitatrice ou inhibitrice.
Potentiel d’action → Ca²⁺ → exocytose → récepteur → réponse post-synaptique
★ À maîtriser
📌 La kinésine assure le transport antérograde du corps cellulaire vers l’axone, tandis que la dynéine assure le transport rétrograde de l’axone vers le corps cellulaire.
Le GABA et les amines biogènes sont produits dans le bouton présynaptique à partir de précurseurs métaboliques grâce à des enzymes spécifiques.
Les neuropeptides sont synthétisés dans le corps cellulaire par la machinerie de synthèse protéique, puis transportés le long de l’axone.
Compléments
La synthèse des neurotransmetteurs a lieu au repos et varie selon leur type, afin qu’un neurotransmetteur soit disponible rapidement lors de l’arrivée d’un potentiel d’action.
Le transport axonal le long des microtubules s’effectue par des cycles de changements de conformation des protéines motrices, qui prennent appui sur les dimères d’alpha- et de bêta-tubuline constituant les microtubules.
🔄 Le cycle de déplacement comprend les étapes suivantes :
Le glutamate et la glycine sont présents naturellement dans la cellule, tandis que certains neurotransmetteurs sont recapturés intacts dans la fente synaptique.
★ À maîtriser
📌 Seules les vésicules synaptiques situées dans la zone active sont libérées au cours de l’exocytose.
Le calcium intracellulaire constitue le messager interne qui relie l’arrivée du potentiel d’action dans la terminaison présynaptique à l’exocytose des neurotransmetteurs.
L’arrivée du potentiel d’action ouvre des canaux calciques voltage-dépendants proches de la zone active, provoquant une entrée de Ca²⁺ qui déclenche l’exocytose des vésicules synaptiques.
La synaptobrévine, la syntaxine et SNAP-25 forment le complexe SNARE, qui rapproche les membranes et fournit la force nécessaire à leur fusion.
La synaptotagmine présente sur la vésicule capte le Ca²⁺ et déclenche la fusion des membranes après l’arrivée du potentiel d’action.
Compléments
Après la libération de vésicules synaptiques, d’autres vésicules prennent leur place, assurant leur renouvellement continu.
En 1969, le couplage entre le potentiel d’action et l’exocytose des neurotransmetteurs a été mis en évidence. - Bernard KATZ
La concentration de calcium est de 50 à 100 nM à l’intérieur du neurone et de 1 mM à l’extérieur.
La fusion vésiculaire survient 0,2 ms après l’entrée du calcium.
L’arrimage vésiculaire implique :
Après l’exocytose, les clathrines forment une nouvelle vésicule, la dynamine permet sa séparation de la membrane, puis Hsc-70 et l’auxiline contribuent au retrait des clathrines afin que la vésicule puisse être remplie et réutilisée.
Arrimage → amorçage → fusion
★ À maîtriser
L’action d’un neurotransmetteur dépend de sa fixation à des récepteurs spécifiques, qui sont des protéines transmembranaires localisées dans la densité synaptique et constituées de plusieurs sous-unités.
Les quatre types de récepteurs sont :
Compléments
La fixation du neurotransmetteur peut déclencher :
La fixation de l’acétylcholine sur le récepteur nicotinique ouvre le canal et entraîne une entrée importante de Na⁺ dans la cellule.
La protéine G est constituée de trois sous-unités :
Après la fixation du neurotransmetteur au récepteur, la sous-unité alpha échange son GDP contre du GTP, se détache du complexe bêta-gamma et peut agir sur une cible intracellulaire.
🔄 La voie du récepteur bêta de la noradrénaline suit cette chaîne :
La fixation du glutamate sur son récepteur métabotrope active Gq, qui entraîne l’activation d’une enzyme et la production de seconds messagers intracellulaires.
La protéine Gi associée au récepteur D2 de la dopamine inhibe l’adénylate cyclase et diminue la production d’AMPc.
L’activité des récepteurs associés à une enzyme peut activer une protéine kinase, notamment une tyrosine kinase, qui phosphoryle des protéines cellulaires.
★ À maîtriser
La sommation spatiale résulte de stimulations simultanées en différents endroits du neurone, tandis que la sommation temporelle résulte de stimulations successives au même endroit dans un intervalle très court.
Si la sommation des potentiels postsynaptiques atteint le seuil d’excitation, un potentiel d’action est déclenché ; sinon, le neurone revient à son potentiel de repos.
🔄 Le potentiel d’action traverse les phases suivantes. :
Après son action, un neurotransmetteur disparaît par diffusion dans l’espace extracellulaire, dégradation enzymatique dans la fente synaptique ou sur la membrane des cellules gliales, recapture présynaptique ou recapture par les cellules gliales.
Compléments
Les récepteurs intracellulaires sont activés par des substances liposolubles, puis se transloquent dans le noyau et se fixent à l’ADN.
Le potentiel d’action résulte de l’ouverture et de la fermeture de canaux ioniques voltage-dépendants, notamment les canaux sodiques et potassiques.
Na⁺ entre, K⁺ sort, puis K⁺ sort encore avant le retour au repos
★ À maîtriser
📌 Un agoniste mime l’action du neurotransmetteur endogène, tandis qu’un antagoniste bloque son action.
📌 Un antagoniste peut être réversible ou irréversible selon qu’il peut ou non se détacher du récepteur, et compétitif ou non compétitif selon qu’il se fixe sur le site de fixation ou ailleurs.
Compléments
📌 Une forte affinité permet à une faible concentration de ligand de produire un effet, tandis qu’une faible affinité nécessite une concentration plus élevée.
La bromocriptine est un agoniste dopaminergique utilisé dans la maladie de Parkinson.
La clozapine est un antagoniste dopaminergique utilisé dans les troubles psychotiques.
📌 Pour détacher un antagoniste réversible, augmenter la concentration du ligand endogène dans le milieu est le meilleur moyen.
L’agoniste imite le neurotransmetteur, l’antagoniste en bloque l’action
★ À maîtriser
📌 Les neurotransmetteurs à petites molécules comprennent l’acétylcholine, les monoamines et les acides aminés, tandis que les neurotransmetteurs à grandes molécules comprennent les neuropeptides constitués de 3 à 36 acides aminés, comme l’endorphine.
📌 Les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine sont ionotropes et se trouvent notamment aux jonctions neuromusculaires, tandis que les récepteurs muscariniques sont métabotropes et se trouvent notamment au niveau du cœur, où ils ralentissent les battements.
Les monoamines comprennent l’histamine dérivée de l’histidine, la sérotonine dérivée du tryptophane et les catécholamines dérivées de la tyrosine, représentées par la dopamine, la noradrénaline et l’adrénaline.
Les monoamines sont présentes dans le système nerveux sympathique et servent de neurotransmetteurs dans des synapses cérébrales, où elles régulent de nombreuses fonctions cérébrales et agissent aussi dans le système nerveux périphérique.
Les monoamines sont transportées dans les vésicules synaptiques par le VMAT et agissent généralement sur des récepteurs métabotropes couplés à une protéine G ; un seul récepteur de monoamine est ionotrope.
Les monoamines sont éliminées par recapture grâce à des transporteurs spécifiques présynaptiques ou gliaux, puis dégradées par la MAO, située sur la membrane externe des mitochondries ; les catécholamines peuvent aussi être métabolisées par la COMT, enzyme intracellulaire soluble ou associée aux membranes.
Compléments
Plus de 100 molécules différentes sont classées comme neurotransmetteurs selon leur taille.
Dans le système nerveux autonome, l’acétylcholine est utilisée par les neurones pré- et postganglionnaires parasympathiques ainsi que par les neurones préganglionnaires sympathiques.
L’acétylcholinestérase dégrade l’acétylcholine dans la fente synaptique après sa libération.
Les quatre enzymes de la synthèse des catécholamines sont :
Tyrosine → DOPA → dopamine → noradrénaline → adrénaline
★ À maîtriser
La dopamine est présente dans plusieurs régions cérébrales et contribue au contrôle de la motricité, notamment du mouvement et de la locomotion.
La noradrénaline est répandue dans le système nerveux central, notamment dans le locus coeruleus, et intervient dans la veille et le sommeil, l’attention et le comportement alimentaire.
L’adrénaline et la noradrénaline se fixent sur les mêmes récepteurs métabotropes adrénergiques α ou β, présents notamment dans les muscles lisses et le cœur.
La sérotonine intervient notamment dans :
Les récepteurs de la sérotonine comprennent sept types, de 5-HT1 à 5-HT7 ; le 5-HT3 est ionotrope et le 5-HT1 est surtout présynaptique.
Compléments
Certains neurones dopaminergiques se trouvent dans la substance noire et sont impliqués dans la maladie de Parkinson.
La recapture de la dopamine est assurée par le DAT, transporteur dépendant du sodium présent dans les cellules gliales et sur la membrane présynaptique.
📌 Les récepteurs dopaminergiques sont répartis en deux familles et sont couplés à une protéine G qui active ou inhibe l’adénylate cyclase.
La noradrénaline est un neurotransmetteur des neurones post-ganglionnaires sympathiques.
La recapture de la noradrénaline est assurée par le NET, que les amphétamines ciblent en bloquant cette recapture.
L’adrénaline est la monoamine la moins représentée dans le cerveau, où elle est présente notamment dans le bulbe rachidien, et se trouve aussi dans des neurones post-ganglionnaires sympathiques.
L’adrénaline ne possède pas de transporteur de recapture spécifique et utilise le NET.
Les récepteurs adrénergiques sont post-synaptiques, à l’exception du récepteur α2, et sont tous couplés à des protéines G.
Les neurones histaminergiques se trouvent dans l’hypothalamus et l’histamine intervient dans l’éveil et l’attention.
Lors des réactions allergiques, les mastocytes libèrent de l’histamine et le récepteur H1 est impliqué dans les allergies.
★ À maîtriser
📌 Le glutamate est le principal neurotransmetteur excitateur du système nerveux central, tandis que le GABA et la glycine en sont les principaux neurotransmetteurs inhibiteurs.
🔄 La production et le stockage du glutamate suivent ces étapes :
Les récepteurs ionotropes du glutamate laissent passer des cations de manière non sélective, notamment Na+, K+ et de faibles quantités de Ca2+, et leur activation est toujours excitatrice.
Le GABA est principalement produit à partir du glutamate par l’acide glutamique décarboxylase (GAD), présente dans les neurones GABAergiques ; il peut aussi être synthétisé à partir de pyruvate et de glutamine.
Compléments
Le glutamate est libéré par la moitié des synapses cérébrales et ne franchit pas la barrière hématoencéphalique.
Le glutamate peut aussi être produit par transamination de l’alpha-cétoglutarate du cycle de Krebs, et une partie du glucose métabolisé par le neurone contribue à cette production.
Le glutamate est éliminé par recapture dans les cellules gliales, notamment grâce aux transporteurs EAAT, et par dégradation enzymatique par la glutamine synthase.
Les récepteurs ionotropes du glutamate sont les récepteurs NMDA, AMPA et kaïnate ; le glutamate possède aussi des récepteurs métabotropes.
L’ouverture des récepteurs ionotropes du glutamate de type NMDA nécessite aussi la fixation de glycine ou de D-sérine.
📌 Les récepteurs NMDA produisent des signaux plus lents et plus durables que les récepteurs AMPA et kaïnate.
Le GABA est utilisé dans environ un tiers des synapses du cerveau.
La GAD a besoin de phosphate de pyridoxal, provenant de la vitamine B6, comme cofacteur ; une carence en vitamine B6 peut diminuer la production de GABA.
Glutamate excite ; GABA et glycine inhibent
★ À maîtriser
Le GABA libéré est principalement recapté par des transporteurs des terminaisons présynaptiques et des cellules gliales, notamment les GAT à haute affinité.
La fixation du GABA sur GABA-A ouvre le canal chlorure, entraîne généralement une entrée de Cl⁻, hyperpolarise la membrane et produit un PPSI.
Compléments
📌 Le GABA ne conduit pas directement à la production de GHB lors de sa dégradation ; le GHB peut provenir d’un intermédiaire du métabolisme du GABA, mais cette voie n’est pas la voie principale d’élimination.
Les benzodiazépines, comme le Valium (diazépam), sont des modulateurs allostériques positifs de GABA-A et potentialisent son effet inhibiteur sans remplacer le GABA.
L’activation de GABA-B peut ouvrir des canaux potassiques ; la sortie de K⁺ hyperpolarise la membrane et produit un PPSI.
La glycine est un neurotransmetteur inhibiteur particulièrement présent dans la moelle épinière, où elle intervient dans environ la moitié des synapses inhibitrices.
La glycine est fabriquée à partir de la sérine grâce à la sérine hydroxyméthyltransférase (SHMT), puis transportée dans les vésicules par VIAAT.
Les récepteurs de la glycine sont principalement post-synaptiques, mais certains sont aussi présents en pré-synaptique.
La recapture de la glycine fait intervenir GlyT2 dans le neurone présynaptique, où il participe à son renouvellement, et GlyT1 dans les astrocytes et les neurones.
★ À maîtriser
Les neuropeptides sont produits sous forme de prépropeptides ; le peptide signal est retiré dans le réticulum endoplasmique, puis les peptides passent par l’appareil de Golgi où ils sont stockés et maturés dans des vésicules.
Les neuropeptides sont souvent libérés avec des neurotransmetteurs à petites molécules, ce qui permet une réponse post-synaptique plus complexe et prolongée.
Les endocannabinoïdes sont synthétisés au niveau de la membrane post-synaptique et agissent au niveau présynaptique, où ils réduisent la production de neurotransmetteurs.
Compléments
La maturation des neuropeptides peut comporter :
Les vésicules contenant des neuropeptides sont transportées le long des microtubules jusqu’à l’extrémité de l’axone.
Un même propeptide peut donner plusieurs neuropeptides, et une même vésicule peut en contenir plusieurs.
Les neuropeptides sont principalement éliminés par des enzymes appelées neuropeptidases.
Les catégories et exemples de neuropeptides cités sont :
Les neuropeptides agissent majoritairement sur des récepteurs métabotropes couplés à la protéine G et peuvent agir à de très faibles concentrations, de l’ordre du nM ou du μM.
Les neurotransmetteurs gazeux cités sont :
Les neurotransmetteurs gazeux contrôlent les muscles de la paroi intestinale et dilatent les vaisseaux sanguins dans les régions activées du cerveau.
Peptides : vésicules et exocytose ; atypiques : sans vésicules ni exocytose.
★ À maîtriser
La signalisation cellulaire exige au moins :
L’adénylate cyclase produit l’AMPc ; la protéine Gs la stimule, tandis que Gi l’inhibe.
🔄 La voie de la phospholipase C suit ces étapes :
Compléments
Le calcium est un second messager fréquent, présent dans le cytoplasme, le réticulum et la mitochondrie ; il peut notamment activer la calmoduline, qui active des kinases.
Le calcium cytoplasmique peut augmenter par :
L’AMPc active la protéine kinase dépendante de l’AMPc (PKA) et peut agir sur des canaux ioniques influençant la signalisation neuronale ; le GMPc est associé à la PKG.
Dans le mécanisme présenté pour le calcium, les enzymes sont activées en présence de calcium et désactivées lorsqu’il n’y en a plus.
★ À maîtriser
📌 La cotransmission désigne la transmission impliquant plusieurs neurotransmetteurs, tandis que la colibération désigne leur libération simultanée.
Compléments
Le concept de Dale, formulé en 1935, posait l’hypothèse qu’un neurone ne libère qu’un seul neurotransmetteur, hypothèse remise en cause par la cotransmission.
Deux neurotransmetteurs différents peuvent être contenus dans la même vésicule ou libérés à des moments et à des endroits différents.
Selon l’intensité du signal, un neurone peut libérer un neurotransmetteur lors d’un signal faible, puis deux neurotransmetteurs lors d’un signal plus intense.
Le glutamate et le GABA sont des exemples de neurotransmetteurs rapides pouvant être associés dans des neurones à double neurotransmetteur ; cette association peut moduler l’amplitude des PPS.
Les monoamines citées sont :
L’association d’un neurotransmetteur rapide et d’un neurotransmetteur modulateur peut produire une réponse plus complexe qui atteint le noyau et déclenche l’expression de certains gènes.
Cotransmission : plusieurs transmetteurs possibles ; colibération : libération simultanée.
Récepteurs inhibiteurs du GABA
| Récepteur | Type | Mécanisme décrit |
|---|---|---|
| GABA-A | Ionotrope | Canal Cl⁻, généralement entrée de Cl⁻ et PPSI |
| GABA-B | Métabotrope, couplé à une protéine G | Peut ouvrir des canaux K⁺ ; sortie de K⁺ et PPSI |
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1. Dans une expérience inspirée de celle de Loewi, le nerf vague d’un premier cœur de grenouille est stimulé et ce cœur ralentit; un second cœur relié au premier par une solution saline ralentit ensuite sans stimulation directe. Quelle conclusion ce résultat appuie-t-il ?
2. Quel terme désigne le messager chimique libéré par un neurone au niveau d’une synapse et agissant sur une cellule cible ?
Mémorisez les concepts clés de dérégulation cellulaire avec 102 flashcards interactives.
Quel auteur a montré la transmission chimique dans l’expérience publiée en 1921 ?
Loewi, en 1921.
Que provoque la stimulation électrique du nerf vague sur le cœur de grenouille ?
Elle ralentit le cœur.
Quel est le rôle d’un neurotransmetteur à la synapse ?
Il agit comme messager chimique entre un neurone et une cellule cible.
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