Drogue ou toxine sur une synapse : hypothèses sur le niveau d'action, test par traceur radioactif et dosages, conclusion

1. D'après l'expérience 1, la stimulation de N donne un PA en O1 et, en O2, une hyperpolarisation de 7 mV (de −70 à −77 mV) : c'est un PPSI. La synapse N–M est inhibitrice, ce qui s'accorde avec le GABA, neurotransmetteur inhibiteur.

2. Idée : le PA arrive dans la terminaison dans les quatre expériences, mais M ne répond plus avec les toxines : le blocage se situe entre l'arrivée du PA et la réponse de M. Trois hypothèses :

• H1 : la toxine bloque les canaux Ca²⁺ voltage-dépendants de la terminaison de N ;
• H2 : elle bloque l'exocytose des vésicules de GABA ;
• H3 : elle occupe les récepteurs du GABA de la membrane postsynaptique (ou empêche l'ouverture des canaux qu'ils commandent).

3. Idée : le Ca²⁺ radioactif renseigne sur l'entrée de calcium, le dosage du GABA sur l'exocytose.

• Toxine A : le Ca²⁺ entre (radioactivité présente) mais aucun GABA n'est libéré : A bloque l'exocytose du GABA (H2).
• Toxine B : le Ca²⁺ entre et le GABA est libéré (0,8 mmol/L), mais M ne présente aucun PPSI : B occupe les récepteurs du GABA de la membrane postsynaptique (H3).
• Toxine C : pas de radioactivité, donc pas d'entrée de Ca²⁺, et pas de GABA : C bloque les canaux Ca²⁺ voltage-dépendants (H1) ; l'absence d'exocytose en est la conséquence.

4. Avec B, le GABA libéré ne peut plus se fixer sur les récepteurs, occupés par la toxine : il reste libre dans la fente, où l'on en dose davantage (0,8 au lieu de 0,6 mmol/L, soit 0,2 mmol/L de plus).

5. Le PA arrive dans la terminaison de N → ouverture des canaux Ca²⁺ voltage-dépendants, entrée de Ca²⁺ → exocytose du GABA dans la fente → fixation du GABA sur ses récepteurs spécifiques de la membrane de M → ouverture de canaux chimiodépendants à Cl⁻, entrée de Cl⁻ → hyperpolarisation de M : PPSI.

1. Idée : suivre la radioactivité, c'est suivre la choline, puis l'ACh fabriquée à partir d'elle. D'après l'expérience 1, la choline est recaptée par la terminaison de N1, où elle sert à la synthèse d'ACh, stockée dans les vésicules. La stimulation déclenche l'exocytose de l'ACh marquée dans la fente ; l'ACh se fixe sur les récepteurs de la membrane postsynaptique de N2, puis elle est hydrolysée par l'acétylcholinestérase ; la choline libérée est de nouveau recaptée par N1. Ces étapes forment le cycle de l'acétylcholine.

2. D'après le tableau, sans H la libération reste à 100 % pendant les 1000 stimulations (50 par seconde pendant 20 s). Avec H, elle est normale jusqu'à la 250e stimulation au moins, puis diminue : 62 % à la 500e, 31 % à la 750e, 6 % à la 1000e. Le seuil de 50 % est franchi entre la 500e et la 750e stimulation, c'est-à-dire entre 10 et 15 s de stimulation :

Au-delà, N2 n'émet plus de PA : la transmission cesse $\boxed{\text{entre 10 et 15 s}}$ (vers la 600e stimulation si la baisse est régulière).

3. H1 : H bloque la recapture de la choline par la terminaison de N1 ; H2 : H bloque la synthèse de l'ACh (ou son stockage dans les vésicules). Dans les deux cas, l'ACh déjà stockée est libérée normalement, puis le stock n'est plus renouvelé.

4. En présence de H, la choline radioactive reste dans la fente et n'entre plus dans N1 : H bloque la recapture de la choline (H1 retenue ; si H bloquait seulement la synthèse, la choline entrerait encore dans la terminaison). Sans choline recaptée, N1 ne resynthétise plus assez d'ACh. Les premières stimulations vident les vésicules remplies avant l'ajout de H : la libération reste normale tant que ce stock suffit, puis chaque exocytose libère de moins en moins d'ACh et la transmission échoue.

1. D'après le document 1, les deux tracés débutent de la même façon : dépolarisation de −70 à +30 mV en 0,35 ms. Ensuite, le tracé a se repolarise rapidement, présente une hyperpolarisation jusqu'à −76 mV et revient au repos vers 2,2 ms ; le tracé b reste longtemps dépolarisé (encore environ +10 mV à 2,3 ms), se repolarise très lentement, sans hyperpolarisation, et ne revient au repos que vers 7 ms. T ne modifie pas la dépolarisation mais perturbe la repolarisation. Hypothèses : H1 : T bloque l'ouverture des canaux K⁺ voltage-dépendants ; H2 : T empêche la fermeture des canaux Na⁺ voltage-dépendants.

2. Idée : un canal s'identifie par la phase du potentiel d'action pendant laquelle il est ouvert. Les canaux A s'ouvrent dès la stimulation, atteignent leur maximum (1200 canaux) à 0,3 ms, pendant la dépolarisation, et sont fermés à 0,7 ms : ce sont les canaux Na⁺ voltage-dépendants. Les canaux B s'ouvrent plus tard, atteignent leur maximum (900 canaux) à 0,8 ms, pendant la repolarisation, et restent ouverts jusqu'à 2,2 ms, pendant l'hyperpolarisation : ce sont les canaux K⁺ voltage-dépendants.

3. Avec T, les canaux A s'ouvrent et se ferment comme sans T : H2 est rejetée. Aucun canal B ne s'ouvre, et T radioactive se fixe sur ces canaux : T bloque l'ouverture des canaux K⁺ voltage-dépendants, H1 est retenue. Sans la sortie rapide de K⁺ par ces canaux, la repolarisation est très ralentie.

4. Les canaux Na⁺ se ferment normalement à 0,7 ms : l'entrée de Na⁺ cesse. Les ions K⁺ continuent de sortir, lentement, par les canaux de fuite toujours ouverts : la membrane revient peu à peu vers −70 mV. L'hyperpolarisation, due à la sortie supplémentaire de K⁺ par les canaux voltage-dépendants encore ouverts à la fin de la repolarisation, ne peut plus se produire.

1. Idée : chaque expérience met hors de cause, ou accuse, une partie de la préparation. Expérience 1 : le nerf baigne dans X et le muscle se contracte normalement (12 UA) : X ne bloque pas la conduction du message dans le nerf. Expériences 2 et 3 : lorsque les jonctions et le muscle baignent dans X, la stimulation du nerf ne donne plus de contraction, alors que la stimulation directe du muscle donne une secousse normale : le muscle reste excitable et contractile. X agit donc au niveau de la jonction neuromusculaire.

2. H1 : X empêche la synthèse ou le stockage de l'ACh dans la terminaison ; H2 : X empêche l'exocytose de l'ACh ; H3 : X se fixe sur les récepteurs de l'ACh de la membrane postsynaptique et empêche leur activation (on peut aussi supposer que X détruit l'ACh dans la fente).

3. Injectée dans la terminaison, X laisse la transmission se faire (PA musculaire et contraction) : X n'agit pas dans l'élément présynaptique. H1 et H2 sont rejetées ; X agit dans la fente ou sur la membrane postsynaptique.

4. Idée : un traceur fixé sur la membrane musculaire et une réponse qui revient quand on augmente l'ACh signent une compétition pour les mêmes récepteurs. X radioactive se fixe sur la membrane postsynaptique de la plaque motrice : H3 est retenue. Avec la dose d, seuls les récepteurs laissés libres par X fixent l'ACh : peu de canaux chimiodépendants s'ouvrent, l'entrée de Na⁺ ne produit qu'une dépolarisation de 8 mV (de −90 à −82 mV), insuffisante pour atteindre le seuil : pas de PA. Avec la dose 4d, l'ACh, plus abondante, occupe davantage de récepteurs malgré X : la dépolarisation atteint le seuil et un PA musculaire naît. X est un antagoniste compétitif de l'ACh, comme le curare : elle occupe ses récepteurs sans les activer.

5. Idée : même lieu de fixation, effets opposés. Y se fixe, comme X, sur la membrane postsynaptique de la plaque motrice, donc sur les récepteurs de l'ACh. Mais Y déclenche à elle seule un PA musculaire et une secousse : comme l'ACh, elle ouvre les canaux chimiodépendants, l'entrée de Na⁺ dépolarise la fibre jusqu'au seuil. Y imite l'ACh : c'est un agoniste. X occupe les mêmes récepteurs sans les ouvrir et empêche l'ACh d'agir : c'est un antagoniste.

1. Idée : pour que M ne réponde plus, il suffit qu'un seul maillon de la chaîne soit coupé. H1 : la toxine bloque les canaux Na⁺ voltage-dépendants de la terminaison (le PA n'y arrive plus) ; H2 : elle bloque les canaux Ca²⁺ voltage-dépendants de la terminaison (pas d'exocytose) ; H3 : elle bloque les canaux chimiodépendants de la membrane postsynaptique (pas de PPSE).

2. Idée : l'ordre des flux reproduit l'ordre des étapes de la transmission. D'après le document, sans toxine, le flux traverse d'abord C3 (1,2 UA vers 0,3 ms), puis C1 (0,4 UA vers 0,8 ms), enfin C2 (0,9 UA vers 1,6 ms). C3 : canaux Na⁺ voltage-dépendants de la terminaison (potentiel d'action présynaptique) ; C1 : canaux Ca²⁺ voltage-dépendants de la terminaison (entrée de Ca²⁺ qui déclenche l'exocytose) ; C2 : canaux chimiodépendants de la membrane postsynaptique, ouverts par le neurotransmetteur (entrée de Na⁺, PPSE).

3. Avec S, les flux C3 et C1 sont normaux et seul C2 est nul : S bloque les canaux chimiodépendants postsynaptiques (H3). Avec K, C3 est normal mais C1 et C2 sont nuls : K bloque les canaux Ca²⁺ voltage-dépendants (H2). K n'agissant que sur un seul type de canal, la disparition du flux C2 est une conséquence : sans entrée de Ca²⁺, pas d'exocytose, donc pas de neurotransmetteur pour ouvrir C2. H1 est rejetée pour les deux toxines (C3 inchangé).

4. Le PA arrive dans la terminaison de N1 (ouverture de C3) → ouverture des canaux Ca²⁺ voltage-dépendants (C1), entrée de Ca²⁺ → exocytose du neurotransmetteur → fixation sur les récepteurs de M → ouverture des canaux chimiodépendants (C2), entrée de Na⁺ → PPSE → PA dans M si le seuil est atteint.