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.

Ce qui aide à reconnaître la démarche

« 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) »

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« 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.

Les pièges à vérifier dans ta démarche

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.

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.

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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⁺.

Changer d’énoncé, garder le raisonnement

Choisis un seul transfert après le sujet principal. Qu’est-ce qui change ? Quel résultat ou quelle méthode peux-tu réutiliser ? Les autres exercices restent disponibles pour une prochaine séance.

Exercices d'entraînement — une nuance à la fois

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

Entraînement 01 / 05

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.

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

Entraînement 02 / 05

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.

3 Drill NE-G.3 — Neurone en T à légender : type, localisation dans le tissu nerveux, rôles, sens et mode de propagation

Entraînement 03 / 05

Drill NE-G.3 — Neurone en T à légender : type, localisation dans le tissu nerveux, rôles, sens et mode de propagation

3 questionsFigure fournieCorrigé masqué

Le document est un schéma d'interprétation simplifié d'un neurone de l'être humain, représenté avec tous ses prolongements.

Légendez le document en reportant sur votre copie les numéros de 1 à 8.
Nommez le type de ce neurone.
Indiquez :
1. la localisation des éléments 8, 4 et 1 au niveau du tissu nerveux ;
2. si l'élément 4 fait partie du système nerveux central ou du système nerveux périphérique ;
3. le rôle physiologique de chacun des éléments 6 et 3 ;
4. le sens de propagation du potentiel d'action entre les éléments 8 et 1, en justifiant votre réponse ;
5. le mode de propagation du message nerveux le long de ce neurone, en le justifiant à l'aide des éléments 5 et 2.

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1. Idée : dans ce neurone, dendrite et axone sont tous deux myélinisés et se ressemblent ; la dendrite est le prolongement qui part des terminaisons sensorielles. Légende : 1 : axone ; 2 : nœud de Ranvier ; 3 : arborisation terminale (boutons synaptiques) ; 4 : corps cellulaire ; 5 : gaine de myéline ; 6 : ramifications dendritiques (terminaisons sensorielles) ; 7 : noyau de la cellule de Schwann ; 8 : dendrite.

2. Idée : un seul prolongement quitte le corps cellulaire, puis se divise en T. Neurone unipolaire (neurone en T), c'est un neurone sensitif.

3.a Idée : suivre le trajet du message, de la périphérie jusqu'à la moelle épinière.

Élément	Localisation dans le tissu nerveux
dendrite (8)	nerf rachidien, puis partie de la racine dorsale (postérieure) située avant le ganglion spinal, c'est-à-dire entre le récepteur sensoriel et le ganglion spinal
corps cellulaire (4)	ganglion spinal, renflement de la racine dorsale
axone (1)	partie de la racine dorsale située au-delà du ganglion spinal ; il pénètre dans la moelle épinière, où ses ramifications font synapse dans la substance grise

3.b Le ganglion spinal est situé hors de la moelle épinière, sur la racine dorsale : le corps cellulaire (4) fait partie du système nerveux périphérique.

3.c Les ramifications dendritiques (6) sont des terminaisons sensorielles : elles jouent un rôle fondamental dans la naissance du potentiel d'action à la suite d'une stimulation. L'arborisation terminale (3), qui se termine par des boutons synaptiques, assure la transmission synaptique du message nerveux au neurone suivant.

3.d Idée : le sens se déduit de l'endroit où naît le potentiel d'action. Le potentiel d'action se propage de la dendrite (8) vers l'axone (1) : il naît au niveau des terminaisons sensorielles (6) et se propage toujours du récepteur sensoriel vers l'extrémité de l'axone. La portion de membrane qui vient d'être excitée est en période réfractaire, ce qui empêche tout retour en arrière.

3.e Propagation saltatoire : la gaine de myéline (5), isolante, recouvre la dendrite et l'axone et n'est interrompue qu'au niveau des nœuds de Ranvier (2) ; le potentiel d'action ne se régénère qu'aux nœuds et saute de nœud en nœud, ce qui rend la propagation rapide.

4 Drill NE-G.4 — Coupes transversales de trois fibres : légende, type, fibre de nerf ou de substance blanche, mode de conduction

Entraînement 04 / 05

Drill NE-G.4 — Coupes transversales de trois fibres : légende, type, fibre de nerf ou de substance blanche, mode de conduction

5 questionsFigure fournieCorrigé masqué

Le document représente des schémas d'interprétation d'observations au microscope électronique de coupes transversales de trois fibres nerveuses a, b et c, prélevées dans trois régions différentes du système nerveux humain. Les trois coupes ne sont pas représentées à la même échelle.

Légendez le document en reportant sur votre copie les numéros de 1 à 5.
Précisez le type (myélinisée ou amyélinique) de la fibre de chaque coupe.
L'une des trois fibres ne peut pas provenir d'un nerf. Identifiez-la en justifiant votre réponse, puis précisez sa localisation et la cellule qui forme sa gaine.
Indiquez, en justifiant, la localisation des deux autres fibres.
Précisez le rôle de l'élément 1, puis nommez le mode de propagation du potentiel d'action le long de la fibre de la coupe a et le long de la fibre de la coupe c.

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1. Légende : 1 : gaine de myéline ; 2 : axone ; 3 : cellule de Schwann sans myéline (gaine de Schwann) ; 4 : noyau de la cellule de Schwann ; 5 : cytoplasme de la cellule de Schwann (gaine de Schwann).

2. Idée : le type se lit sur la présence ou l'absence des lamelles concentriques de myéline autour de l'axone. Coupe a : fibre myélinisée ; coupe b : fibre myélinisée ; coupe c : fibre amyélinique (l'axone est simplement logé dans une cellule de Schwann, sans gaine de myéline).

3. Idée : dans un nerf, la myéline est formée par l'enroulement d'une cellule de Schwann, dont le cytoplasme et le noyau restent à l'extérieur de la gaine. La fibre de la coupe b ne peut pas provenir d'un nerf : sa gaine de myéline n'est bordée ni par du cytoplasme ni par un noyau de cellule de Schwann. C'est une fibre myélinisée du système nerveux central, située dans la substance blanche de la moelle épinière ou de l'encéphale. Sa myéline est formée par une cellule gliale (oligodendrocyte), dont les prolongements s'enroulent autour de plusieurs axones et dont le noyau reste à distance de chaque fibre.

4. Coupe a : fibre myélinisée entourée d'une gaine de Schwann (cytoplasme 5 et noyau 4 à l'extérieur de la myéline) : fibre du système nerveux périphérique, dans un nerf (par exemple fibre sensitive ou motrice d'un nerf rachidien). Coupe c : fibre amyélinique logée dans une cellule de Schwann : fibre périphérique elle aussi, dans un nerf (par exemple un nerf végétatif).

5. Idée : la myéline est un isolant électrique. La gaine de myéline (1) empêche les échanges d'ions à travers la membrane de l'axone, sauf au niveau des nœuds de Ranvier : elle accélère la propagation. Le long de la fibre de la coupe a, le potentiel d'action saute de nœud en nœud : propagation saltatoire, rapide. Le long de la fibre de la coupe c, il se régénère de proche en proche sur toute la membrane : propagation continue, lente.

5 Drill NE-G.5 — Électronographies de deux synapses : plaque motrice ou synapse neuroneuronique, au repos ou en activité

Entraînement 05 / 05

Drill NE-G.5 — Électronographies de deux synapses : plaque motrice ou synapse neuroneuronique, au repos ou en activité

5 questionsFigure fournieCorrigé masqué

Le document présente des schémas d'interprétation d'électronographies de deux synapses X et Y d'un mammifère, chacune fixée à un instant différent.

Légendez le document en reportant sur votre copie les numéros de 1 à 6.
Précisez la nature de chacune des synapses X et Y. Justifiez votre réponse à partir du document.
Précisez l'état physiologique de chaque synapse au moment de sa fixation. Justifiez votre réponse.
Précisez le rôle de l'élément 3.
La synapse Y est excitatrice. Recopiez et complétez le tableau suivant, en vous limitant à trois étapes communes de la transmission synaptique et à une différence.

	Synapse X	Synapse Y
Points communs
Différence : réponse de la membrane postsynaptique

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1. Légende : 1 : mitochondrie ; 2 : fente synaptique ; 3 : replis de la membrane postsynaptique (appareil sous-neural) ; 4 : vésicule synaptique ; 5 : membrane postsynaptique ; 6 : membrane présynaptique.

2. Idée : c'est l'élément postsynaptique qui distingue les deux synapses. Synapse X : synapse neuromusculaire (plaque motrice) — sa membrane postsynaptique présente des replis profonds (3), l'appareil sous-neural. Synapse Y : synapse neuroneuronique — sa membrane postsynaptique est plane, sans replis.

3. Idée : l'état se lit sur les vésicules, car une synapse en activité libère son neurotransmetteur par exocytose. Synapse X : au repos — ses vésicules sont groupées dans la terminaison, mais aucune n'est fusionnée avec la membrane présynaptique et la fente ne contient pas de neurotransmetteur. Synapse Y : en activité — des vésicules en exocytose s'ouvrent dans la fente synaptique et y déversent leur neurotransmetteur, qui atteint la membrane postsynaptique.

4. Les replis de l'appareil sous-neural (3) augmentent la surface de la membrane postsynaptique de la fibre musculaire, donc le nombre de récepteurs à l'acétylcholine exposés au neurotransmetteur : ils favorisent la naissance d'un potentiel d'action musculaire à chaque message nerveux.

5. Idée : les deux synapses fonctionnent de la même façon jusqu'à l'ouverture des canaux chimiodépendants ; seule la réponse postsynaptique diffère.

	Synapse X	Synapse Y
Points communs	arrivée d'un potentiel d'action dans la terminaison et entrée de Ca²⁺ par des canaux voltage-dépendants ; exocytose du neurotransmetteur (acétylcholine à la synapse X) ; fixation sur des récepteurs spécifiques de la membrane postsynaptique et ouverture de canaux chimiodépendants	mêmes étapes
Différence : réponse de la membrane postsynaptique	entrée massive de Na⁺ : dépolarisation qui déclenche un potentiel d'action musculaire	entrée de Na⁺ : légère dépolarisation locale, le PPSE

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Exercice — portion de synapse et tracés enregistrés

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

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

Drill NE-G.3 — Neurone en T à légender : type, localisation dans le tissu nerveux, rôles, sens et mode de propagation

Drill NE-G.4 — Coupes transversales de trois fibres : légende, type, fibre de nerf ou de substance blanche, mode de conduction

Drill NE-G.5 — Électronographies de deux synapses : plaque motrice ou synapse neuroneuronique, au repos ou en activité

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