NE-GNeurophysiologie

Portion de synapse et tracés : légende, lieu d'enregistrement, canaux et propriétés

Idée directrice

Ouverture de la deuxième partie de neurophysiologie en questions à réponse ouverte et courte (contrôle 2017, contrôle 2022) : on ne demande ni analyse longue ni justification étendue mais une identification. Légender une portion de synapse, puis, pour chaque tracé, donner son nom, son lieu d'enregistrement, les canaux ioniques mis en jeu et deux propriétés. Tout se joue sur la distinction PPSE / PPSI / potentiel d'action, qu'aucune analyse d'expérience ne remplace.

Signature de reconnaissance — l'énoncé se trahit ainsi

« Légendez le document 1 en utilisant les numéros de 1 à 4 » ; « Précisez l'état physiologique de cette synapse. Justifiez votre réponse » ; « nommez ces tracés ; indiquez le lieu d'enregistrement correspondant à chaque tracé » ; « Canaux ioniques mis en jeu » ; « Propriétés (se limiter à deux) »

Sujet principal

Exercice — portion de synapse et tracés enregistrés

11 questionsCorrigé masqué

Neurophysiologie — une portion de synapse et deux tracés (esprit des sessions de contrôle 2017 et 2022)

Une portion de synapse neuroneuronique, prélevée sur le circuit d'un réflexe à point de départ cutané, est décrite ci-dessous élément par élément. La structure a est le renflement terminal de l'axone du neurone présynaptique ; la structure b est la portion de membrane du neurone qui lui fait face.

élément 1 : petites sphères d'environ $40$ nm remplies de neurotransmetteur, groupées dans la structure a ;
élément 2 : membrane qui limite la structure a du côté de l'espace intercellulaire ; à l'instant de l'observation, plusieurs de ces sphères y sont fusionnées et déversent leur contenu ;
élément 3 : espace d'environ $25$ nm séparant les deux membranes ;
élément 4 : membrane de la structure b, portant des récepteurs spécifiques du neurotransmetteur et dépourvue de sphères.

Un dispositif de stimulation-enregistrement place deux microélectrodes sur cette portion. Le potentiel de repos est de $-70$ mV. Deux tracés sont obtenus :

tracé 1 : le potentiel passe de $-70$ mV à $-78$ mV puis revient lentement à $-70$ mV ; l'amplitude vaut $8$ mV, elle atteint $15$ mV lorsqu'on rapproche deux stimulations efficaces, et le phénomène ne se retrouve plus $2$ mm plus loin ;
tracé 2 : le potentiel passe de $-70$ mV à $+30$ mV, se repolarise, puis présente une brève hyperpolarisation ; l'amplitude vaut $100$ mV quelle que soit l'intensité de la stimulation efficace, et le phénomène se retrouve identique $2$ mm plus loin.

Légendez les éléments 1 à 4.
Nommez les structures a et b, puis précisez l'état physiologique de cette synapse en justifiant votre réponse.
Expliquez pourquoi, dans les conditions physiologiques normales, la transmission du message nerveux au niveau de cette synapse est unidirectionnelle.
Pour chacun des deux tracés, indiquez : son nom, son lieu d'enregistrement, les canaux ioniques mis en jeu, et deux de ses propriétés.
Déduisez la nature de la synapse a-b.

Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. Légende : 1 : vésicules synaptiques ; 2 : membrane présynaptique ; 3 : fente synaptique ; 4 : membrane postsynaptique.

2. Structure a : bouton synaptique (élément présynaptique). Structure b : élément postsynaptique du neurone suivant. La synapse est en activité : la justification tient au fait décrit dans l'énoncé, des vésicules sont en exocytose au niveau de la membrane présynaptique, ce qui ne se produit qu'après l'arrivée d'un message nerveux dans la terminaison.

3. Deux dispositifs indépendants imposent le sens unique. D'une part les vésicules ne sont présentes que d'un seul côté : seul l'élément présynaptique libère le neurotransmetteur, et seule la membrane postsynaptique porte les récepteurs capables de le fixer. D'autre part, sur la fibre elle-même, la période réfractaire de la zone qui vient d'être dépolarisée interdit au message de repartir en arrière.

4. Tracé 1 — nom : PPSI (potentiel postsynaptique inhibiteur). Lieu d'enregistrement : membrane postsynaptique, au niveau de l'élément b. Canaux ioniques : canaux chimiodépendants à K⁺ et/ou à Cl⁻, ouverts par la fixation du neurotransmetteur. Propriétés : graduable et sommable (l'amplitude passe de $8$ à $15$ mV par sommation) ; non propageable, il s'éteint avec la distance.

Tracé 2 — nom : potentiel d'action. Lieu d'enregistrement : membrane de l'axone présynaptique, en amont des boutons synaptiques. Canaux ioniques : canaux voltage-dépendants à Na⁺ pour la dépolarisation, puis canaux voltage-dépendants à K⁺ pour la repolarisation. Propriétés : obéit à la loi du tout ou rien (amplitude fixe de $100$ mV) ; propageable sans décrément.

5. Le seul potentiel enregistré sur l'élément postsynaptique est une hyperpolarisation, qui éloigne la membrane du seuil au lieu de l'en rapprocher : la synapse a-b est inhibitrice. Le neurotransmetteur libéré y ouvre des canaux à K⁺ ou à Cl⁻, et non des canaux à Na⁺.

Exercices d'entraînement — une nuance à la fois

Entraînement 01 / 02

Drill NE-G.1 — le tableau à trois tracés : PPSE, PPSI et potentiel d'action

6 questionsCorrigé masqué

Trois tracés ont été enregistrés lors d'une transmission synaptique entre deux neurones, à partir d'un potentiel de repos de $-70$ mV.

Tracé A : dépolarisation lente de $-70$ mV à $-62$ mV, retour progressif ; l'amplitude croît quand on rapproche les stimulations et le phénomène disparaît à $3$ mm du point d'enregistrement.
Tracé B : hyperpolarisation de $-70$ mV à $-77$ mV, retour progressif ; même comportement vis-à-vis de la sommation et de la distance que le tracé A.
Tracé C : variation ample de $-70$ mV à $+30$ mV puis repolarisation ; amplitude identique pour toute stimulation efficace, et retrouvée sans atténuation à $3$ mm.

Nommez les tracés A, B et C.
Pour chacun, indiquez le lieu d'enregistrement (membrane postsynaptique ou fibre de l'axone).
Pour chacun, indiquez les canaux ioniques mis en jeu et deux propriétés.

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1. Tracé A : PPSE. Tracé B : PPSI. Tracé C : potentiel d'action.

2. Tracés A et B : membrane postsynaptique (dendrite ou corps cellulaire) du neurone qui reçoit le message. Tracé C : membrane de la fibre de l'axone, où le potentiel d'action prend naissance puis se propage.

3. Tracé A : canaux chimiodépendants à Na⁺ — graduable, sommable, non propageable. Tracé B : canaux chimiodépendants à K⁺ et/ou Cl⁻ — graduable, sommable, non propageable. Tracé C : canaux voltage-dépendants à Na⁺ puis à K⁺ — obéit à la loi du tout ou rien, propageable sans décrément.

Entraînement 02 / 02

Drill NE-G.2 — quel tracé disparaît lorsqu'on bloque un type de canal ?

5 questionsCorrigé masqué

Sur une préparation comportant un neurone présynaptique et le neurone qui le suit, on enregistre simultanément en deux points : au milieu de la fibre présynaptique et sur la membrane du neurone suivant. Une stimulation efficace donne un phénomène ample de $100$ mV au premier point et une dépolarisation de $9$ mV au second.

On répète l'expérience dans trois conditions successives :

condition 1 : une substance bloque les canaux voltage-dépendants à Na⁺ de la fibre ;
condition 2 : une substance occupe les récepteurs de la membrane du neurone suivant sans les activer ;
condition 3 : le milieu est privé d'ions calcium.

Nommez les deux phénomènes enregistrés dans la situation de départ.
Pour chaque condition, indiquez quel enregistrement disparaît, et précisez le rôle de l'élément mis en cause.

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1. Au milieu de la fibre : potentiel d'action (amplitude ample et fixe). Sur la membrane du neurone suivant : PPSE (dépolarisation locale de faible amplitude).

2. Condition 1 : les deux enregistrements disparaissent. Les canaux voltage-dépendants à Na⁺ sont à l'origine du potentiel d'action : sans entrée massive de Na⁺, pas de potentiel d'action sur la fibre, donc rien n'atteint la terminaison et aucun PPSE n'apparaît.

Condition 2 : le potentiel d'action subsiste, le PPSE disparaît. Le récepteur postsynaptique est le seul relais capable de traduire le message chimique en variation de potentiel ; occupé sans être activé, il n'ouvre aucun canal.

Condition 3 : le potentiel d'action subsiste, le PPSE disparaît également. L'entrée de Ca²⁺ dans la terminaison commande l'exocytose des vésicules ; sans elle, aucun neurotransmetteur n'est libéré dans la fente.

Méthode / Automatismes

« Légendez » et « nommez » ne demandent aucune justification : donner le terme, rien de plus. La justification n'est due que là où la consigne l'écrit.
Amplitude fixe et propagation sans décrément ⇒ potentiel d'action. Amplitude variable et extinction avec la distance ⇒ potentiel postsynaptique.
Dépolarisation ⇒ PPSE et canaux chimiodépendants à Na⁺ ; hyperpolarisation ⇒ PPSI et canaux chimiodépendants à K⁺/Cl⁻.
Le lieu d'enregistrement se lit sur le dispositif : membrane postsynaptique pour un PPS, fibre présynaptique pour un potentiel d'action.
Ranger la réponse en tableau (nom / lieu / canaux / propriétés) fait gagner du temps et évite les cases oubliées.

Pièges classiques

Confondre canaux chimiodépendants (postsynaptiques, ouverts par le neurotransmetteur) et canaux voltage-dépendants (axoniques, ouverts par la dépolarisation) : c'est la case du tableau la plus souvent fausse. Autre piège : donner une seule propriété quand la consigne en demande deux, ou justifier longuement un simple « nommez », ce qui coûte du temps sans rapporter de point.