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Fiche explicative de la leçon : Synapses Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire la structure d’une synapse et à expliquer comment les informations sont transmises à travers les synapses.

Un neurone peut établir des milliers de contacts avec d’autres neurones grâce à des synapses. Une cellule de Purkinje dans le cerveau peut même recevoir jusqu’à deux cent mille synapses, provenant toutes de différents nerfs et convergeant vers un seul neurone!Les synapses sont de petits espaces de contact entre deux neurones qui transmettent des messages chimiques pour relayer nos influx nerveux d’un neurone à l’autre. Les synapses permettent à nos nerfs de se connecter à de nombreux autres nerfs pour former notre système nerveux incroyablement complexe. Notre capacité à penser, apprendre et mémoriser dépend essentiellement de la force et du nombre de nos synapses.

Terme clé: Synapse

Une synapse est la zone de contact entre deux neurones ou entre un neurone et un effecteur.

Les neurones sont des cellules nerveuses, et ils sont spécialisés dans la transmission des influx nerveux dans notre corps pour former un réseau de communication interne. Cela nous permet de répondre à la fois aux milieus interne et externe pour survivre.

Terme clé: Neurone

Un neurone est une cellule spécialisée qui transmet un influx nerveux.

Voyons la structure d’un neurone avant de regarder plus en détail les synapses entre eux.

Figure 1 : Schéma illustrant la formation des synapses entre les terminaisons axonales d’un neurone présynaptique et les dendrites d’un neurone postsynaptique.

La figure 1 montre deux neurones connectés par une synapse. Chaque neurone est constitué d’un corps cellulaire (soma) qui contient son noyau et des prolongements ramifiés appelés des dendrites. Un long axone filiforme se ramifie également à partir du soma. À l’extrémité de l’axone se trouvent les terminaisons axonales, parfois appelées arborisations axonales, qui relient le neurone à d’autres neurones par le biais de synapses.

Lorsqu’un stimulus déclenche un influx nerveux dans les dendrites d’un neurone, celui-ci est transmis le long de l’axone. L’impulsion électrique atteint ensuite les terminaisons axonales de ce neurone. Puisqu’il survient en amont d’une synapse, ce premier neurone s’appelle un neurone présynaptique. Ce signal est ensuite acheminé à travers un espace synaptique par des messagers chimiques appelés neurotransmetteurs, qui déclenchent un nouvel influx nerveux dans les dendrites du neurone suivant. Puisque ce deuxième neurone se situe après la synapse, il est appelé le neurone postsynaptique.

Les neurones peuvent non seulement former des jonctions avec d’autres neurones, mais aussi avec des fibres musculaires ou des cellules glandulaires. Ces circuits se trouvent tout autour de notre corps, ce qui permet de transmettre des informations de la pointe des orteils jusqu’au cerveau.

Terme clé: Axone

Un axone est un long prolongement filiforme d’un neurone le long duquel un influx nerveux est transféré.

Terme clé: Neurotransmetteur

Un neurotransmetteur est une substance chimique impliquée dans la communication entre des neurones adjacents, ou entre un neurone et un effecteur, à travers une synapse.

Regardons la structure d’une synapse cholinergique.

Le terme cholinergique désigne des synapses dont le neurotransmetteur est l’acétylcholine. Il existe différents types de neurotransmetteurs. L’acétylcholine est le principal neurotransmetteur du système nerveux parasympathique et sera le sujet de cette fiche explicative.

Une synapse cholinergique se compose de la terminaison axonale du neurone présynaptique, d’un dendrite du neurone postsynaptique et de la fente synaptique formant l’espace entre les deux.

La structure d’une synapse cholinergique est illustrée à la figure 2.

Terme clé: Cholinergique

Le terme cholinergique désigne des cellules nerveuses dans lesquelles le neurotransmetteur est l’acétylcholine.

Terme clé: Acétylcholine

L’acétylcholine est le principal neurotransmetteur que l’on trouve dans les synapses du système nerveux parasympathique.

Figure 2 : Schéma illustrant une synapse cholinergique. Une synapse cholinergique est une synapse dont le neurotransmetteur est l’acétylcholine.

Terme clé: Neurone présynaptique

Un neurone présynaptique transmet un signal vers une synapse en libérant des vésicules contenant des neurotransmetteurs dans la synapse.

Terme clé: Neurone postsynaptique

Un neurone postsynaptique est un neurone qui captent les neurotransmetteurs après qu’ils aient traversé la fente synaptique, et peut recevoir un potentiel d’action si le neurotransmetteur déclenche un afflux de sodium suffisant.

Terme clé: Fente synaptique

La fente synaptique est l’espace entre deux neurones.

Le neurone présynaptique est le neurone dans lequel l’influx nerveux arrivera en premier. Il est responsable de la transmission du signal vers et dans la fente synaptique. L’extrémité du neurone présynaptique est appelée le bouton synaptique.

Au sein du neurone présynaptique se trouvent des vésicules synaptiques qui contiennent le neurotransmetteur acétylcholine. Les vésicules sont de petits compartiments d’une cellule remplis de liquide et entourés d’une membrane. Les vésicules sont chargées de transporter les matériaux à travers le cytoplasme d’une cellule et sont impliquées dans les processus d’endocytose et d’exocytose. Le préfixe endo- signifie « dedans », tandis que exo- signifie « dehors ». Cyto- fait référence à une cellule, l’endocytose est donc le processus par lequel un composant pénètre dans une cellule et l’exocytose est lorsqu’il sort d’une cellule. Les vésicules sont entourées d’une membrane plasmique constituée de la même bicouche phospholipidique que la membrane cellulaire. Cela signifie que les vésicules peuvent être formées par la membrane cellulaire en la pinçant lors d’une endocytose ou en se fusionnant lors d’une exocytose.

Terme clé: Vésicules

Les vésicules sont de petits compartiments sous-cellulaires entourés d’une membrane et remplis de liquide, chargés de transporter, d’importer et d’exporter des composants à partir du cytoplasme de la cellule.

Exemple 1: Décrire le rôle des vésicules synaptiques

Quel est le rôle des vésicules synaptiques dans le neurone présynaptique?

Réponse

Le neurone présynaptique est le neurone dans lequel l’influx nerveux arrivera en premier. Il est responsable de la transmission du signal en direction de la fente synaptique.

L’extrémité du neurone présynaptique est appelée le bouton synaptique. Au sein du neurone présynaptique se trouvent des vésicules synaptiques qui contiennent le neurotransmetteur. Les vésicules sont de petits réservoirs d’une cellule remplis de liquide et entourés d’une membrane. Les vésicules sont responsables du transport de composants dans le cytoplasme d’une cellule et des processus d’endocytose et d’exocytose. Le préfixe endo- signifie « dedans », tandis que exo- signifie « dehors ». Cyto- fait référence à une cellule, l’endocytose est donc le processus par lequel un composant pénètre dans une cellule et l’exocytose est lorsqu’il sort d’une cellule. Les vésicules sont entourées d’une membrane plasmique constituée de la même bicouche de phospholipides que la membrane cellulaire. Cela signifie que les vésicules peuvent être formées par la membrane cellulaire en la pinçant lors d’une endocytose ou en se fusionnant lors d’une exocytose.

Les vésicules synaptiques dans le neurone présynaptique sont responsables du stockage du neurotransmetteur. Lorsqu’elles sont stimulées par des ions calcium, elles fusionnent avec la membrane présynaptique et libèrent le neurotransmetteur dans la fente synaptique.

Par conséquent, le rôle des vésicules synaptiques dans le neurone présynaptique est de stocker les neurotransmetteurs.

Exemple 2: Décrire la structure d’une synapse

Le diagramme ci-dessous illustre une synapse cholinergique. Quelle partie de la synapse est indiquée par le point d’interrogation?

Réponse

Une synapse cholinergique, comme celle sur le schéma ci-dessus, se compose d’un neurone présynaptique, d’un neurone postsynaptique, et de la fente synaptique formant l’espace de la synapse entre les deux.

Le neurone présynaptique est le neurone dans lequel l’influx nerveux arrivera en premier. Il est responsable de la transmission du signal vers et dans la fente synaptique. L’extrémité du neurone présynaptique est appelée le bouton synaptique. Au sein du neurone présynaptique se trouvent des vésicules synaptiques qui contiennent le neurotransmetteur acétylcholine. Le neurone présynaptique possède également des canaux calciques incorporés dans sa membrane cellulaire.

Une fois que le neurotransmetteur s’est diffusé à travers la fente synaptique, il stimule un potentiel d’action dans le neurone postsynaptique. Le neurone postsynaptique a des canaux sodiques incorporés dans sa membrane cellulaire. Ces canaux sodiques ont des récepteurs spécifiques au neurotransmetteur;l’acétylcholine dans ce cas.

Par conséquent, la structure indiquée par un point d’interrogation est la fente synaptique.

Regardons plus en détail la série d’événements qui se produisent dans une synapse cholinergique.

Lorsqu’un potentiel d’action arrive dans les dendrites d’un neurone présynaptique, il le dépolarise. Cela ouvre les canaux calciques sensibles aux variations de voltage, rendant le bouton synaptique perméable aux ions calcium (Ca2+ ). Les ions Ca2+ diffusent dans le bouton synaptique, comme vous pouvez le voir sur la figure 3.

Figure 3 : Schéma illustrant l’ouverture des canaux calciques lorsqu’un potentiel d’action atteint le bouton présynaptique.

La présence de Ca2+ déclenche la fusion des vésicules contenant de l’acétylcholine avec la membrane présynaptique. L’exocytose est l’une des fonctions des vésicules, et dans ce cas les vésicules libèrent de l’acétylcholine hors du neurone présynaptique et dans la fente synaptique. L’acétylcholine se diffuse passivement à travers la fente synaptique, comme le montre la figure 4.

Figure 4 : Schéma illustrant la libération d’acétylcholine dans la fente synaptique.

Lorsque l’acétylcholine atteint la membrane postsynaptique, l’acétylcholine se lie à son récepteur, ce qui ouvre le canal ionique sodium du récepteur de l’acétylcholine. Cela rend le neurone postsynaptique perméable aux ions sodium (Na+ ), et les ions Na+ diffusent dans le neurone postsynaptique. Cet influx de sodium provoque un potentiel d’action dans la dendrite du neurone postsynaptique, comme indiqué dans la figure 5. Le potentiel d’action se propage le long du soma du neurone postsynaptique et par la suite, de son axone. Le potentiel d’action atteindra ensuite les terminaisons axonales de ce neurone et répétera ce processus pour traverser une autre synapse.

Figure 5 : Schéma illustrant la liaison de l’acétylcholine aux récepteurs sur la membrane postsynaptique.

Exemple 3: Décrire les étapes de la transmission d’informations à travers une synapse

Voici un organigramme montrant les étapes de la transmission d’informations à travers une synapse, chaque étape étant numérotée. Remettez les étapes dans le bon ordre.

Réponse

Lorsqu’un potentiel d’action arrive dans les dendrites d’un neurone présynaptique, il le dépolarise. Cela ouvre les canaux ioniques à calcium, rendant le bouton synaptique perméable aux ions calcium (Ca2+ ). Les ions Ca2+ diffusent dans le bouton synaptique, déclenchant la fusion des vésicules contenant de l’acétylcholine avec la membrane présynaptique. L’une des fonctions des vésicules est l’exocytose, et dans ce cas, les vésicules libèrent de l’acétylcholine du neurone présynaptique à la fente synaptique.

L’acétylcholine se diffuse passivement à travers la fente synaptique à partir d’une zone à forte concentration d’acétylcholine vers une zone à faible concentration. Lorsqu’elle atteint la membrane postsynaptique, l’acétylcholine se lie à ses récepteurs des canaux sodiques, les amenant à s’ouvrir. Cela rend le neurone postsynaptique perméable aux ions sodium (Na+ ), et les ions Na+ diffusent dans le neurone postsynaptique.

L’influx de sodium provoque un potentiel d’action dans la dendrite du neurone postsynaptique. Le potentiel d’action se propage le long du soma du neurone postsynaptique et par la suite, de son axone jusqu’à ce qu’il atteigne les dendrites à l’extrémité du neurone pour traverser une autre synapse.

Par conséquent, l’ordre correct des étapes est 6, 2, 1, 4, 3, 5.

Une fois que les neurotransmetteurs ont diffusé à travers la fente synaptique, ils stimulent un potentiel d’action dans le neurone postsynaptique. Le neurone postsynaptique a des canaux ioniques sodium incorporés dans sa membrane cellulaire. Ces canaux sodiques ont des récepteurs spécifiques au neurotransmetteur;l’acétylcholine dans ce cas. Cela signifie que seul ce neurotransmetteur peut s’y lier et provoquer l’ouverture des canaux sodiques. Ceci est important, car ces récepteurs ne sont présents que sur le neurone postsynaptique et non sur le neurone présynaptique, de sorte que l’influx nerveux ne peut se déplacer que dans un seul sens. Les synapses sont donc qualifiées d’unidirectionnelles, et elles assurent que les impulsions nerveuses ne se déplacent pas dans la mauvaise direction.

Terme clé: Unidirectionnel

Les synapses sont unidirectionnelles car elles ne peuvent transmettre des informations que dans un seul sens, du neurone présynaptique au neurone postsynaptique, en raison de la présence de récepteurs de neurotransmetteurs sur le neurone postsynaptique.

Une fois qu’un potentiel d’action a été généré dans le neurone postsynaptique, l’acétylcholine doit se détacher de ses récepteurs sur les canaux ioniques à sodium. Si cela n’était pas le cas, le neurone postsynaptique continuerait à générer des potentiels d’action, car les canaux sodiques resteraient ouverts. L’enzyme acétylcholinestérase est également incorporée dans la membrane postsynaptique. L’acétylcholinestérase hydrolyse (décompose avec de l’eau) l’acétylcholine en choline et en acide éthanoïque. Cela permet aux canaux ioniques sodium des récepteurs à l’acétylcholine de se fermer et de revenir à leur état initial. Ces produits sont ensuite réabsorbés dans le neurone présynaptique pour être reconvertis en acétylcholine afin que le processus se répète.

Terme clé: Acétylcholinestérase

L’acétylcholinestérase est une enzyme qui décompose l’acétylcholine pour arrêter l’excitation d’un neurone après la transmission d’une impulsion.

Exemple 4: Décrire ce que devient l’acétylcholine dans une synapse

Qu’arrive-t-il à l’acétylcholine dans la fente synaptique une fois qu’un potentiel d’action a été déclenché dans le neurone postsynaptique?

  1. Il se lie aux récepteurs de l’acétylcholine sur la membrane présynaptique.
  2. Il se dissout dans le cytoplasme du neurone.
  3. Il se diffuse hors de la fente vers le sang.
  4. Il est décomposé en enzymes.

Réponse

Une fois qu’un potentiel d’action a été généré dans le neurone postsynaptique, l’acétylcholine doit se détacher de ses récepteurs des canaux ioniques à sodium. Si cela n’était pas le cas, le neurone postsynaptique continuerait à générer des potentiels d’action, car les canaux sodiques resteraient ouverts.

L’enzyme acétylcholinestérase est également incorporée dans la membrane postsynaptique. L’acétylcholinestérase hydrolyse (décompose avec de l’eau) l’acétylcholine en choline et en acide éthanoïque. Cela permet aux canaux ioniques sodium des récepteurs à l’acétylcholine de se fermer et de revenir à leur état initial. Ces produits sont ensuite réabsorbés dans le neurone présynaptique pour être reconvertis en acétylcholine afin que le processus se répète.

Les récepteurs à l’acétylcholine ne sont présents que sur les canaux sodiques de la membrane postsynaptique. Cela permet d’assurer que les influx nerveux ne se déplacent pas dans la mauvaise direction, les nerfs qui utilisent des synapses sont donc unidirectionnels. Il n’y a pas de récepteurs de l’acétylcholine sur la membrane présynaptique.

L’acétylcholine ne se dissout pas dans le cytoplasme du neurone car lorsqu’elle se trouve dans le neurone, elle est contenue dans une vésicule pour qu’elle soit transportée au sein de la cellule.

Les synapses ne sont pas directement en contact avec la circulation sanguine, de sorte que l’acétylcholine ne se diffuse pas dans le sang. L’acétylcholine est fabriquée à l’intérieur même des neurones et peut être recyclée pour être réutilisée.

Par conséquent, une fois qu’un potentiel d’action a été déclenché dans le neurone postsynaptique, l’acétylcholine est dégradée par les enzymes.

Une personne exposée à l’agent neurotoxique VX est un exemple concret de ce qui peut arriver si l’acétylcholinestérase ne fonctionne pas correctement. VX bloque l’action de l’acétylcholinestérase, ce qui signifie que le neurotransmetteur n’est pas hydrolysé et que la fente synaptique est inondée d’acétylcholine. Le nerf est donc dans un état constamment excité. Comme les nerfs forment également des synapses avec les cellules musculaires, telles que celles qui contrôlent la ventilation des poumons, les muscles entourant les poumons reçoivent des signaux de contraction à répétition. Si cela se produit, la personne ne pourra plus expirer et pourrait suffoquer. Même 10 mg (1100ème d’un gramme ) de VX peut être fatal.

D’autres agents neurotoxiques et médicaments peuvent imiter la forme d’un neurotransmetteur. Par exemple, la nicotine contenue dans les cigarettes imite la forme de l’acétylcholine et se lie aux récepteurs de l’acétylcholine sur la membrane postsynaptique pour déclencher des potentiels d’action. D’autres produits chimiques peuvent stimuler la libération de davantage de neurotransmetteurs à partir de la membrane présynaptique, ou même bloquer les récepteurs de la membrane postsynaptique afin d’éviter le déclenchement de tout potentiel d’action.

Exemple 5: Définir les caractéristiques des synapses

Lequel des éléments suivants est une caractéristique des synapses?

  1. Les synapses ne peuvent transmettre des informations que dans un seul sens.
  2. Les synapses ne transmettent des informations que sous forme de signaux électriques.
  3. Les synapses ne se forment qu’entre deux neurones.
  4. Les récepteurs de l’acétylcholine sont situés uniquement sur le neurone présynaptique.

Réponse

Les synapses sont de petits espaces entre les neurones ou entre un neurone et une cellule musculaire ou glandulaire. Elles transmettent des informations par le biais de messagers chimiques appelés neurotransmetteurs. Bien que cela soit plus lent qu’une transmission électrique, les synapses font en sorte qu’un influx nerveux ne se déplace que dans une direction.

Les synapses se composent d’un neurone présynaptique, d’un neurone postsynaptique, et d’une fente synaptique formant l’espace entre les deux. Lorsqu’un potentiel d’action arrive, les neurotransmetteurs sont libérés par le neurone présynaptique dans la fente synaptique. Les neurotransmetteurs se lient ensuite aux récepteurs qui ne sont localisés que sur la membrane postsynaptique. Cette liaison déclenche la formation d’un autre potentiel d’action dans le neurone postsynaptique. C’est aussi ce qui garantit que le signal est unidirectionnel, car aucun récepteur n’est présent sur la membrane présynaptique, de sorte que les informations ne peuvent pas être renvoyées au neurone présynaptique.

Par conséquent, la caractéristique qui définit les synapses est que les synapses ne peuvent transmettre des informations que dans un seul sens.

Récapitulons certains des points clés que nous avons abordés dans cette fiche explicative.

Points clés

  • Les neurones forment des synapses avec d’autres neurones, des fibres musculaires ou des cellules glandulaires.
  • Les synapses cholinergiques sont des synapses qui utilisent l’acétylcholine comme neurotransmetteur.
  • Les synapses se composent d’un neurone présynaptique dans lequel est initié un influx nerveux, qui déclenche la libération de neurotransmetteurs dans une fente synaptique.
  • La liaison des neurotransmetteurs aux récepteurs sur la membrane du neurone postsynaptique génère un potentiel d’action dans ce neurone.
  • L’acétylcholinestérase hydrolyse l’acétylcholine pour qu’elle soit réutilisée par le bouton synaptique.

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