FICHE N 7 FICHE N 7. Organisation de la jonction neuromusculaire

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1 FICHE N 7 La jonction neuromusculaire Couplage excitation- contraction Contraction musculaire OBJECTIFS Connaître l organisation et comprendre le fonctionnement de la jonction neuromusculaire : comment l information transmise sous forme d un message électrique devient un message chimique. Connaître le mécanisme de la contraction musculaire et les sources d énergie utilisées. I Organisation de la jonction neuromusculaire La jonction neuromusculaire ou plaque motrice est une synapse qui s établit entre un neurone moteur et une cellule musculaire. Un même neurone innerve plusieurs cellules musculaires formant une structure appelée unité motrice. Le document montre une unité motrice observée au microscope optique. Citer un autre type de synapses : Document Unité motrice. Microscope optique x 00 Schéma d interprétation Légender le document. Le document est une électronographie de la jonction neuromusculaire. Délimiter sur le document les deux cellules participant à la synapse neuromusculaire, colorer en jaune l espace entre elles et nommer ces trois éléments. PARTIE Système nerveux et motricité 9

2 Document : Jonction neuromusculaire. Microscope électronique x 000 Cellule gliale Légender le document en utilisant les termes de la liste suivante : vésicules présynaptiques, sarcolemme, myofibrilles, mitochondrie, membrane présynaptique, terminaison axonale. II Fonctionnement de la jonction neuromusculaire Le fonctionnement de la jonction neuromusculaire permet d expliquer comment le potentiel d action, le message nerveux de nature électrique, qui se propage le long d un axone moteur, est transformé en message chimique. Ce message entraîne la formation d un potentiel d action musculaire responsable de la contraction des cellules musculaires. Étude de la membrane présynaptique On a réalisé le dispositif expérimental suivant : le neurone et les cellules musculaires sont placés dans du sérum physiologique. Des microélectrodes permettent de stimuler le neurone. Des schémas d électronographies de la membrane présynaptique de l axone ont été réalisés en l absence de stimulation électrique de l axone (a) et après une stimulation électrique efficace (b). Document : Schémas d électronographies de la membrane présynaptique x 7000 a. Avant stimulation électrique de l axone b. Après stimulation électrique 70 PARTIE Système nerveux et motricité

3 a. Comparer les deux documents. Nommer le phénomène observé en b. b. On introduit un chélateur de calcium dans le milieu réactionnel. On stimule le neurone. On obtient le résultat du document a. Par contre, sans stimuler le neurone, si l on injecte du calcium dans le cytoplasme de l axone, on obtient le résultat du document b. Conclure. Chélateur de calcium : qui piège le calcium. L analyse du contenu des vésicules présynaptiques révèle la présence d une molécule, l acétylcholine. a. Si l on introduit de l acétylcholine au niveau de la fente synaptique, on observe la contraction de la cellule musculaire. Quel rôle peut-on lui attribuer? À quelle catégorie de molécules appartient-elle? b. Pour localiser l acétylcholine lors du fonctionnement de la synapse, on utilise de l acétylcholine radioactive introduite dans les vésicules présynaptiques. Une molécule radioactive a les mêmes fonctions que la molécule non radioactive qu elle remplace. On stimule ensuite le neurone. Les résultats de l expérience sont consignés dans le tableau ci-dessous. Entre T et T : temps écoulé inférieur à ms. Localisation de la radioactivité Avant stimulation du neurone Terminaison axonale : vésicules présynaptiques Membrane présynaptique Après stimulation du neurone T T T T Fente synaptique Membrane postsynaptique Terminaison axonale Analyser le tableau et en déduire le devenir de l acétylcholine. Étude de la membrane post-synaptique L acétylcholinestérase est une enzyme présente dans la fente synaptique et sur le sarcolemme. Elle appartient à la catégorie des hydrolases. Si un inhibiteur de cette enzyme est utilisé, la cellule musculaire reste contractée sans possibilité de relâchement. Quelle hypothèse peut-on formuler sur le rôle de cette enzyme? PARTIE Système nerveux et motricité 7

4 La fixation de l acétylcholine sur les récepteurs spécifiques du sarcolemme provoque l ouverture de canaux sodium. a. Comment évolue la polarité du sarcolemme? Quel est le nom du phénomène produit? b. On a dosé le calcium intracellulaire d une cellule musculaire dans deux situations physiologiques différentes et. Lorsque le phénomène précédent a lieu, il se propage le long du sarcolemme, cela correspond à la situation physiologique n. En absence de ce phénomène, on obtient la situation physiologique n. Les résultats du dosage ainsi que l état des sarcomères sont indiqués dans le tableau suivant. Situation physiologique n Situation physiologique n Concentration intracellulaire de calcium 0, mmol.l - 0, μmol.l - État des sarcomères Contracté Relâché Analyser le tableau et proposer une hypothèse sur le rôle du calcium. Quelle peut- être l origine du calcium sarcoplasmique? (cf. organisation tridimensionnelle de la cellule musculaire fiche n, document, partie ). III La contraction musculaire Mécanisme de la contraction musculaire. Le document indique les étapes de la contraction musculaire. Elles peuvent également être observées en se connectant au site suivant : Document : Les étapes de la contraction musculaire 7 PARTIE Système nerveux et motricité

5 À l aide du document, associer l étape à la légende correspondante. A. Le potentiel d action musculaire se propage le long du sarcolemme et entraîne la libération du calcium du réticulum sarcoplasmique. Le calcium se fixe sur la troponine, une protéine associée à l actine démasquant le site de liaison actinemyosine. L actine et la myosine s associent. B. Une nouvelle molécule d ATP se fixe sur la myosine, l actine et la myosine se détachent. C. Au repos, la concentration de calcium sarcoplasmique est faible. Les sites de liaison actine- myosine sont masqués. La myosine et l actine sont séparées. La tête de myosine a emmagasiné de l énergie provenant de l hydrolyse de l ATP. D. L énergie emmagasinée par l hydrolyse de l ATP est libérée. La tête de myosine pivote, cela provoque le glissement de la myosine sur l actine avec un déplacement de 0 nm. Étape : légende : Étape : légende : Étape : légende : Étape : légende : L hydrolyse de l ATP libère de l ADP et du Pi. On a suivi la consommation de dioxygène et de glucose ainsi que l évolution de la quantité de glycogène dans un muscle au repos et pendant un exercice musculaire. Glycogène : macromolécule glucidique, est la forme de réserve du glucose dans le foie et le muscle. Molécules Muscle au repos Exercice musculaire pendant quelques minutes Consommation de dioxygène 0, L.h -.kg - 0,7 L.h -.kg - Consommation de glucose 0, mmol.min -, mmol.min - Quantité de glycogène 90 mmol.kg - 0 mmol.kg - Consommation d ATP Analyser le tableau. Compléter le texte à l aide des termes de la liste suivante : actine, action, axonale, axone, contraction, extrémité, exocytose, libération, musculaire, myosine, neurone, neurotransmetteur, sarcomère, sarcolemme, sarcoplasmique, réticulum. Le potentiel d. nerveux se propage le long de l du moteur. Lorsqu il parvient au niveau de l il provoque l d un : l acétylcholine. Cette molécule se fixe sur des récepteurs spécifiques de la membrane plasmique de la cellule musculaire et entraîne la dépolarisation du : c est le potentiel d action. Ce potentiel déclenche la. du calcium par le.. puis le glissement des myofilaments d et de grâce à l de l ATP. Le se raccourcit. Il y a de la cellule musculaire. PARTIE Système nerveux et motricité 7

6 IV Mode d action du curare (à faire sur feuille) > Questions de type bac Le curare était utilisé par de nombreux peuples pour chasser, il paralysait les proies. Les expériences suivantes permettent de comprendre son mode d action. On réalise un montage «nerf-muscle» en prélevant le nerf sciatique et le muscle crural d une grenouille. Le nerf et le muscle sont placés chacun dans un verre de montre. On modifie le contenu des verres de montre selon l expérience réalisée. Le nerf est relié à une électrode stimulatrice et à une électrode réceptrice de façon à enregistrer des potentiels d action (PA). Document : Montage et protocole expérimentaux Electrode stimulatrice Oscilloscope Electrode réceptrice Nerf sciatique Muscle A Verres de montre B Verre de montre A Verre de montre B Oscilloscope Résultat observé Expérience Sérum physiologique Sérum physiologique PA enregistré Contraction Expérience Curare Sérum physiologique PA enregistré Contraction Expérience Sérum physiologique Curare PA enregistré Pas de contraction Expérience Curare Pas de PA Contraction Stimulation directe du muscle À partir de l analyse des expériences à, montrer que la jonction neuromusculaire est la cible du curare. Légender le document. Document : Jonction neuromusculaire À partir de l expérience, faire une hypothèse pour expliquer le mode d action du curare au niveau de la jonction neuromusculaire. 7 PARTIE Système nerveux et motricité