L’excitabilité

1. L’excitabilité Un courant électrique appliqué à un nerf provoque la contraction des muscles d'une grenouille morte. Une électricité animale circule dans les nerfs.

2. l’excitabilité 1850 : l'Allemand H. Von Helmholtz (1821 - 1894) mesure la vitesse de l'influx nerveux dans un nerf. Vitesse de quelques m/s seulement. C’est donc beaucoup plus lent que L’électricité circulant dans un fil Métallique. La cellule agit comme une pile électrique

3. L’excitabilité Les neurones transmettent des informations par le biais de signaux électriques. Ces signaux se basent sur des flux d’ions à travers leur membrane plasmique. Nous allons aborder les notions de : • Potentiel de repos membranaire • Potentiel seuil • Potentiel d’action

4. Potentiel de repos • Dans toutes les cellules, la charge électrique est différente de celle du milieu. • Cela génère une différence de potentiel (ddp) • Cette ddp est créée par les différences dans la composition du milieu intérieur et extérieur • Pourquoi ? • Perméabilité sélective de la membrane. • Très perméable à K+ et Cl-. • Imperméable à Na+. • Mécanisme de transport actif.(Na+ et Cl-)

5. Extérieur de la membrane: • Ions positifs= Na+ surtout (un peu de K+ aussi) • Ions négatifs= Cl- surtout • Intérieur du neurone: • Ions positifs=K+ surtout (un peu de Na+ aussi) • Ions négatifs= Protéines et ions phosphates Concentrations en ions de part et d’autre de la membrane Surplus d’ions + Surplus d’ions - BILAN : + à l’extérieur; - à l’intérieur

6. Potentiel de repos Cette différence de potentiel est maintenue grâce à la pompe Na+ K+.

7. Les charges positives en surplus s ’accumulent sur la membrane +3 -3 Les charges négatives en surplus s ’accumulent sur la membrane À l’équilibre: Valeurs arbitraires

8. La diffusion ne se fera pas jusqu’à équilibre des concentrations du K+ Le K+ cherche à diffuser en suivant son gradient de concentration Le K+ est attiré par les charges - de l'intérieur et repoussé par les charges + de l'extérieur Le gradient électrique qui se forme arrête la diffusion.

9. La polarité se maintient même si du Na+ parvient à pénétrer: pompes à sodium / potassium. • Une pompe Na+ K+ travaille à 200 na+/secondes • Il y a plus de 200 pompes / mm2. La polarité de la membrane est donc due: • Différence de concentration en ions entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule. • Perméabilité sélective de la membrane (laisse passer le K+).

10. Origine du potentiel de membrane • Le potentiel de membrane est le résultat de la différence de concentration d’ions(gradients) et de la perméabilité sélective de la membrane cellulaire. • Si PK est importante, Em est proche de EK • if PNa est importante, Em est proche de ENa • etc. etc

11. La transmission synaptique

12. Rappel sur la communication cellulaire

13. Communication cellulaire

14. Communication cellulaire • Autocrine : la molécule influence le comportement de la cellule qui vient de l’émettre. • Quelquefois ces molécules peuvent se disperser et devenir paracrine.

15. La transmission synaptique • Comment un PA dans un neurone présynaptique peut influencer l’activité électrique d’une cellule postsynaptique. • Transmission électrique • Transmission chimique (le plus fréquent)

16. La transmission électrique • Ces cellules sont « électriquement couplées » par des jonctions de type gap (communicante). • Ces jonctions permettent le passage de tous les ions et des petites molécules.

17. La transmission électrique • Le mouvement des ions au travers des membranes signifie que les 2 cellules auront le même potentiel. • La transmission peut être bidirectionnelle.

18. La transmission électrique • Ca2+ indépendante. • La conduction passive du courant à travers la jonction gap est instantanée.

19. les synapses chimiques : caractéristiques • Le complexe synaptique comprend 3 parties : l’élément pré-synaptique, la fente synaptique et l’élément post-synaptique. Il présente une asymétrie de structure et une asymétrie fonctionnelle. • Le complexe synaptique est l’unité de base non réductible de chaque synapse chimique.

20. Anatomie d’une synapse • Fente synaptique : c’est l’espace séparant la membrane présynaptique de la membrane postsynaptique. • Les vésicules synaptiques : organites de petites tailles remplis d’un ou plusieurs neurotransmetteurs.

21. Synapses axo-épineuses

22. Schéma du fonctionnement d’un complexe synaptique 3

23. Schéma du fonctionnement d’un complexe synaptique • Ainsi, l’élément présynaptique renferme la machinerie nécessaire à la synthèse, au stockage, à la libération et à l’inactivation du (des) NTM. • L’élément post-synaptique, spécialisé dans la réception des messages, renferme dans sa membrane plasmique les protéines réceptrices du NTM : récepteurs canaux et récepteurs liés aux protéines G (RCPG).

24. La transmission quantique aux synapses neuromusculaires • Un PA dans le motoneurone présynaptique déclenche une dépolarisation transitoire de la cellule musculaire, appelée PPM (potentiel de plaque motrice). • Les PM des cellules musculaires présente des variations spontanées en l’absence de toute stimulation du neurone présynaptique, c’est le PPMm (PPM miniature). • De même, les incréments d’amplitude des PPM se font par échelons unitaires de la taille des PPMm individuels.

25. La transmission quantique aux synapses neuromusculaires • Ces fluctuations quantiques de l’amplitude des PPM suggèrent qu’ils sont constitués d’unités individuelles équivalant chacune à un PPMm. • La libération de NTM se fait par paquets discrets, équivalant chacun à un PPMm. • Ainsi, un PA présynaptique déclenche un PA postsynaptique parce qu’il synchronise la libération de nombreux quanta de NTM.

26. La transmission quantique aux synapses neuromusculaires

27. Le recyclage des vésicules synaptiques La fusion, régulée par le Ca2+, des vésicules avec la membrane présynaptique est suivie d’une récupération de la membrane vésiculaire par endocytose, par l’intermédiaire des vésicules recouvertes de clathrine et des endosomes, puis de la reconstitution de nouvelles vésicules synaptiques.

28. Rôle du Ca2+ dans la sécrétion des transmetteurs • Les PA présynaptiques ouvrent des canaux Ca2+ VD et l’entrée de calcium qui en résulte déclenche la libération du transmetteur. • Le traitement d’une terminaison par le cadmium, qui bloque les canaux Ca2+, empêche la libération du transmetteur.

29. Rôle du Ca2+ dans la sécrétion des transmetteurs • Une injection de Ca2+ dans la terminaison présynaptique déclenche la libération de transmetteur. • Une injection d’un chélateur des ions Ca2+, le BAPTA, dans la terminaison présynaptique empêche la libération du transmetteur.

30. Mécanismes moléculaires • Il existe beaucoup de molécules impliquées dans la libération des vésicules. • Trois protéines sont mieux connues : les protéines SNARE (récepteur des protéines SNAP), la synaptotagmine et les canaux Ca2+.

31. Mécanismes moléculaires • SNAP-25 régule l’assemblage des deux autres SNARE. • Une SNARE est vésiculaire (synaptobrevine) • L’autre SNARE est sur la membrane plasmique (syntaxine)

32. Mécanismes moléculaires • La vésicule peut s’accrocher lorsque les protéines sont en place. • SNARES • Synaptobrevine • SNAP-25 • Synaptotagmine • Canaux Ca2+

33. Mécanismes moléculaires • La vésicule est prête pour l’exocytose.

34. Mécanismes moléculaires • La dépolarisation ouvre les canaux Ca2+VD situés très prêt de la vésicule. • Il y a une augmentation de Ca2+ intracellulaire à proximité de la vésicule.

35. Mécanismes moléculaires

36. Stimulation à basse fréquence Augmentation localisée de la concentration de Ca2+

37. Stimulation à haute fréquence Augmentation plus diffuse de la concentration de Ca2+

38. Glutamate • C’est le principal transmetteur excitateur du SNC. Il agit sur des récepteurs ionotropiques et métabotropiques. • Synthèse : • glutaminase catalyse la réaction glutamine  glutamate

39. Glutamate • Inactivation: • Le glutamate est recapté par les cellules gliales et la terminaison présynaptique. • La glutamine synthétase catalyse la réaction glutamate  glutamine • La glutamine est libérée par les cellules gliales et collectée par la terminaison présynaptique.

40. Glutamate

41. GABA et glycine • Ils sont les principaux neurotransmetteurs inhibiteurs. • Les récepteurs ionotropiques sont des canaux Cl- • Les récepteurs GABAB sont métabotropiques

42. Monoxyde d’azote (NO) • C’est un gaz libéré par les terminaisons du SNA qui relaxe les muscles lisses. • Il pourrait également agir comme messager rétrograde au niveau du SNC. • Synthèse • L’enzyme de synthèse du monoxyde d’azote est Ca2+/calmoduline-dépendante, elle catalyse la réaction : L-arginine NO + citrulline

43. Monoxyde d’azote (NO) • Inactivation • Le NO a une demi-vie de quelques secondes. Ainsi, son action est limité sur la distance qu’il peut parcourir pendant ce temps.

44. Comment modifier le potentiel de membrane • Pour les canaux sélectifs : • le courant ionique passe au travers du canal (équation de Nernst) et amène le potentiel de membrane (Em) vers le potentiel d’équilibre de l’ion traversant.

45. Comment modifier le potentiel de membrane • Pour les canaux non sélectifs : les courants ioniques vont passer au travers des canaux et vont amener le potentiel de membrane (Em) vers la moyenne des potentiels d’équilibres de ces ions. • Par exemple, si PNa=PK le potentiel de membrane va se situer à une valeur intermédiaire entre ENa et EK. • Si PNa= 2xPK le potentiel de membrane sera alors plus proche de ENa que de EK.

46. Mode d’action des canaux non-sélectifs • On applique un transmetteur sur un récepteur couplé à un canal ionique non sélectif. • Lorsque l’on est à un potentiel négatif, les courants entrants Na+ sont dominants. • Pour un potentiel positif, les courants sortants K+ sont dominants. • Il existe un état où les courants s’inversent.

47. Mesure en patch-clamp d’un courant unitaire • Quand on applique l’ACh sur la face extracellulaire de la membrane, on peut observer l’ouverture répétée d’un canal isolé sous la forme de courants entrants.

48. Ouverture synchronisée de canaux ACh • Ouverture transitoire d’un canal. • Les canaux s’ouvrent en presque en même temps lors de la libération d’Ach. • Avec un grand nombre de canaux ouverts, les courants se somment et produisent un courant de plaque motrice.

49. Potentiel d’inversion • Le potentiel de membrane (PM) affecte la grandeur et la polarité des CPM. • Si le PM postsynaptique devient plus négatif que le potentiel de repos, l’amplitude des CPM augmente tandis qu’elle diminue s’il devient plus positif. • A 0 mV on ne détecte aucun CPM. • Pour des potentiels plus positifs, le courant présente une inversion de polarité devenant de sens sortant au lieu d’entrant. • Le potentiel auquel le CPM s’inverse est dit potentiel d’inversion.

50. Vocabulaire • Le CPM étant de sens entrant a comme effet de dépolariser la membrane postsynaptique. Cette dépolarisation ou potentiel de plaque motrice déclenche un PA postsynaptique dû à l’ouverture des canaux ioniques VD.