Physiologie : potentiel d'action et transmission synaptique : fiche de révision
Potentiel de repos, phases du potentiel d'action, périodes réfractaires, conduction saltatoire, synapse chimique et jonction neuromusculaire : la fiche QCM de neurophysiologie du PASS.
1Le potentiel de repos
Toute cellule présente une différence de potentiel entre ses deux faces membranaires : l'intérieur est négatif par rapport à l'extérieur. Pour un neurone, ce potentiel de repos est d'environ −70 mV. Il résulte de deux éléments. D'abord, des gradients de concentration : le potassium est concentré dans la cellule, le sodium à l'extérieur, et la pompe Na⁺/K⁺ ATPase entretient ces gradients (3 Na⁺ sortent pour 2 K⁺ qui entrent). Ensuite, une perméabilité sélective : au repos, la membrane est surtout perméable au potassium, grâce à des canaux de fuite.
Le potentiel d'équilibre d'un ion, donné par l'équation de Nernst, est le potentiel pour lequel son flux net est nul : E = (R × T / (z × F)) × ln ([ion] extérieur / [ion] intérieur). Il est proche de −90 mV pour le potassium et de +60 mV pour le sodium. Le potentiel de repos est proche du potentiel d'équilibre du potassium, sans l'atteindre, à cause d'une faible entrée de sodium. Quand plusieurs ions interviennent, l'équation de Goldman pondère chaque ion par sa perméabilité.
2Le potentiel d'action et sa propagation
Le potentiel d'action est une inversion brève et stéréotypée du potentiel de membrane. Il se déclenche quand une dépolarisation atteint le seuil (environ −55 mV) et obéit à la loi du tout ou rien : son amplitude ne dépend pas de l'intensité du stimulus, qui est codée par la fréquence des potentiels d'action. Phase de dépolarisation : les canaux sodiques voltage-dépendants s'ouvrent, le sodium entre, le potentiel monte vers des valeurs positives. Phase de repolarisation : les canaux sodiques s'inactivent et les canaux potassiques voltage-dépendants, plus lents, s'ouvrent, le potassium sort. Une hyperpolarisation transitoire suit, avant le retour au repos.
Pendant la période réfractaire absolue, les canaux sodiques sont inactivés : aucun nouveau potentiel d'action n'est possible. Pendant la période réfractaire relative, il faut un stimulus plus fort. Ces périodes imposent une propagation à sens unique le long de l'axone. Le potentiel d'action se propage sans perdre d'amplitude. Dans une fibre amyélinique, la conduction se fait de proche en proche ; dans une fibre myélinisée, elle saute d'un nœud de Ranvier au suivant (conduction saltatoire), ce qui la rend plus rapide. La vitesse augmente avec le diamètre de l'axone et la myélinisation. La myéline est formée par les oligodendrocytes dans le système nerveux central et par les cellules de Schwann en périphérie.
3La transmission synaptique
La synapse électrique relie deux cellules par des jonctions communicantes : la transmission est quasi instantanée et possible dans les deux sens. La synapse chimique, la plus fréquente, est à sens unique et impose un court délai. Ses étapes : le potentiel d'action arrive à la terminaison présynaptique, les canaux calciques voltage-dépendants s'ouvrent, l'entrée de calcium déclenche l'exocytose des vésicules, le neurotransmetteur diffuse dans la fente synaptique et se fixe sur ses récepteurs postsynaptiques, ionotropes (rapides) ou métabotropes (plus lents). Le signal s'arrête par recapture, dégradation enzymatique ou diffusion du neurotransmetteur.
La réponse postsynaptique est un potentiel gradué, qui s'atténue avec la distance. Un potentiel postsynaptique excitateur (PPSE) dépolarise la membrane, par exemple avec le glutamate ; un potentiel postsynaptique inhibiteur (PPSI) l'hyperpolarise, par exemple avec le GABA ou la glycine, qui ouvrent des canaux chlorure. Le neurone additionne ces potentiels dans l'espace et dans le temps (sommation spatiale et temporelle) : un potentiel d'action naît au segment initial de l'axone si le seuil est atteint. À la jonction neuromusculaire, l'acétylcholine se fixe sur des récepteurs nicotiniques et déclenche la contraction, puis elle est dégradée par l'acétylcholinestérase. Les curares bloquent ces récepteurs ; la toxine botulique empêche la libération d'acétylcholine.
4Pièges de QCM et méthode
Les pièges qui reviennent : « la dépolarisation est due à une sortie de sodium » (faux : une entrée de sodium) ; « la repolarisation est due à une entrée de potassium » (faux : une sortie) ; « l'amplitude du potentiel d'action augmente avec le stimulus » (faux : tout ou rien, c'est la fréquence qui varie) ; « la pompe Na⁺/K⁺ assure la repolarisation de chaque potentiel d'action » (faux : ce sont les canaux potassiques, la pompe entretient les gradients à long terme) ; « c'est l'entrée de sodium qui déclenche l'exocytose » (faux : l'entrée de calcium) ; « un PPSE obéit à la loi du tout ou rien » (faux : il est gradué et sommable) ; « la synapse chimique est bidirectionnelle » (faux).
Méthode PASS : dessine la courbe du potentiel d'action et annote chaque phase avec l'état des canaux sodiques et potassiques et le sens des flux. Fais un tableau comparatif entre potentiel d'action et potentiel postsynaptique (amplitude, propagation, sommation), et un autre entre synapse électrique et synapse chimique. Récite les étapes de la synapse chimique dans l'ordre, puis valide avec des QCM chronométrés et un cahier d'erreurs en répétition espacée.
Définitions à connaître par cœur
Quiz : teste-toi sur physiologie : potentiel d'action et transmission synaptique
8 questions corrigées. Réponds avant d'ouvrir la correction !
1. La phase de dépolarisation du potentiel d'action est due à…
- A.une sortie de potassium
- B.une entrée de sodium
- C.une entrée de chlorure
- D.l'activité de la pompe Na⁺/K⁺
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Réponse : B. une entrée de sodium
L'ouverture des canaux sodiques voltage-dépendants laisse entrer le sodium, ce qui dépolarise la membrane.
2. Le potentiel de repos d'un neurone est proche du potentiel d'équilibre…
- A.du sodium
- B.du calcium
- C.d'aucun ion (il vaut 0 mV)
- D.du potassium
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Réponse : D. du potassium
Au repos, la membrane est surtout perméable au potassium : le potentiel (environ −70 mV) se rapproche de son potentiel d'équilibre (environ −90 mV).
3. L'intensité d'un stimulus est codée par…
- A.la fréquence des potentiels d'action
- B.l'amplitude des potentiels d'action
- C.la durée de chaque potentiel d'action
- D.le sens de propagation
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Réponse : A. la fréquence des potentiels d'action
Le potentiel d'action obéit au tout ou rien : son amplitude est constante, seule sa fréquence varie.
4. L'exocytose des vésicules synaptiques est déclenchée par…
- A.une entrée de sodium
- B.une sortie de potassium
- C.une entrée de calcium
- D.une entrée de chlorure
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Réponse : C. une entrée de calcium
L'arrivée du potentiel d'action ouvre les canaux calciques voltage-dépendants de la terminaison présynaptique.
5. La conduction saltatoire s'observe dans…
- A.les fibres amyéliniques
- B.toutes les fibres, sans exception
- C.les dendrites uniquement
- D.les fibres myélinisées
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Réponse : D. les fibres myélinisées
Le potentiel d'action saute de nœud de Ranvier en nœud de Ranvier, ce qui accélère la conduction.
6. Pendant la période réfractaire absolue…
- A.un stimulus plus fort déclenche un potentiel d'action
- B.aucun potentiel d'action ne peut être déclenché
- C.les canaux sodiques sont fermés et prêts à s'ouvrir
- D.le neurotransmetteur est recapté
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Réponse : B. aucun potentiel d'action ne peut être déclenché
Les canaux sodiques sont inactivés ; c'est pendant la période réfractaire relative qu'un stimulus plus fort peut suffire.
7. Un potentiel postsynaptique inhibiteur correspond le plus souvent à…
- A.une hyperpolarisation, par exemple par entrée de chlorure
- B.une dépolarisation par entrée de sodium
- C.un potentiel d'action de faible amplitude
- D.une fermeture de tous les canaux
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Réponse : A. une hyperpolarisation, par exemple par entrée de chlorure
Le GABA et la glycine ouvrent des canaux chlorure : la membrane s'éloigne du seuil.
8. À la jonction neuromusculaire, le neurotransmetteur est…
- A.la noradrénaline
- B.le glutamate
- C.l'acétylcholine
- D.le GABA
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Réponse : C. l'acétylcholine
L'acétylcholine se fixe sur les récepteurs nicotiniques de la plaque motrice, puis est dégradée par l'acétylcholinestérase.
Questions fréquentes
Pourquoi le potentiel d'action ne revient-il pas en arrière ?
Parce que la portion de membrane qui vient d'être excitée est en période réfractaire : ses canaux sodiques sont inactivés. Le potentiel d'action ne peut donc progresser que vers la zone encore au repos.
Quelle différence entre potentiel d'action et potentiel postsynaptique ?
Le potentiel d'action est en tout ou rien, d'amplitude constante, et se propage sans s'atténuer. Le potentiel postsynaptique est gradué, s'atténue avec la distance et s'additionne avec les autres.
À quoi sert la myéline ?
Elle isole l'axone entre les nœuds de Ranvier et permet la conduction saltatoire, plus rapide et plus économe en énergie que la conduction de proche en proche.
Comment réviser la neurophysiologie en PASS ?
Redessine la courbe du potentiel d'action avec l'état des canaux à chaque phase, récite les étapes de la synapse chimique, puis entraîne-toi sur des QCM chronométrés générés depuis ton cours en reprenant tes erreurs en répétition espacée.