INTRODUCTION À LA BIOLOGIE HUMAINE

INTRODUCTION À LA BIOLOGIE HUMAINE Cycle 1 : Cycle 2 : Cycle 3 : De la reproduction cellulaire à la sexualité Maintien de l homéostasie Le système nerveux http://brassens.upmf-grenoble.fr/~gkaminsk/ibh.htm

Structures et fonctions des cellules nerveux

I. Structure des cellules nerveuses A) Les cellules nerveuses B) Caractéristiques des neurones C) Structure des neurones D) La gaine de myéline E) Classification des neurones F) Les nerfs II. Influx nerveux A) Potentiel de membrane B) Potentiel d action C) La synapses D) Les neurotransmetteur

I. Structure des cellules nerveuses : Les cellules nerveuses Dans le système nerveux, ~ deux sortes de cellules : neurones (10%) cellules gliales (90%) microglie Soutien (remplissent tous les vides) Lien sang-neurone Contrôle du milieu interne neurone Phagocytose des cellules mortes et des corps étrangers Gaine de myéline astrocyte Barrière hématoencéphalique

I. Structure des cellules nerveuses : Caractéristiques des neurones Les neurones ont 4 grandes caractéristiques : Ne se divisent pas (sauf rares exceptions) Longévité élevée Cellules excitables Consommation d énergie très élevée Cette consommation élevée s'explique par le grand nombre de transporteurs actifs dans la membrane des neurones.

I. Structure des cellules nerveuses : Structure des neurones Dendrites l'influx se dirige vers corps cellulaire Corps cellulaire Noyau Axone l'influx s'éloigne du corps cellulaire

I. Structure des cellules nerveuses : Structure des neurones dendrites l axone

I. Structure des cellules nerveuses : La gaine de myéline Espaces entre les cellules de Schwann: nœud de Ranvier

I. Structure des cellules nerveuses : La gaine de myéline La myéline complexe lipido-protéique 70% lipides (phospholipides + cholesterol) 30% protéines Axone Cellule de Schwann

I. Structure des cellules nerveuses : La gaine de myéline Dans le système nerveux périphérique : Formée de cellules de Schwann Dans le système nerveux central : Formée d oligodendrocytes

I. Structure des cellules nerveuses : La gaine de myéline rôle de la myéline Isolant électrique Économie d espace Économie d énergie : accélère la vitesse de l influx nerveux le long de l axone.

I. Structure des cellules nerveuses : La gaine de myéline Fibre nerveuse = un axone recouvert par sa gaine Les fibres myélinisés Les fibres amyéliniques

I. Structure des cellules nerveuses : Classification des neurones classification structurale Cellule multipolaire Cellule bipolaire Cellule unipolaire

I. Structure des cellules nerveuses : Classification des neurones Prolongements peuvent être très ramifiés

I. Structure des cellules nerveuses : Classification des neurones Neurones sensitifs : acheminent l information au SNC Neurones moteurs : acheminent l information du SNC aux cellules effectrices Interneurones : font le lien entre les neurones sensitifs et moteurs

I. Structure des cellules nerveuses : Classification des neurones Que se produit-il lorsqu on ressent de la douleur après s être piqué le bout du doigt avec une épingle? Neurone sensitif Neurone moteur

I. Structure des cellules nerveuses : Les nerf Nerf = empaquetage en faisceaux compacts des fibres nerveuses, réalisé par du tissu conjonctif Axone Myéline Endonerve Périnerve Epinerve Nerf rachidien ~ 600 000 fibres nerveuses Le corps cellulaire est dans (ou tout près) du SNC. Vaisseaux sanguins

II. Influx nerveux : Potentiel de membrane Il existe une différence de charge entre l intérieur et l extérieur de l axone Potentiel de membrane Le potentiel de membrane d un neurone non stimulé est de -70 mv

II. Influx nerveux : Potentiel de membrane Pourquoi les cellules possèdent-elles une charge électrique? 1. La différence de concentration en ions de part et d autre de la membrane. 2. La perméabilité de la membrane à ces ions 3. La présence de «pompes ionique»

II. Influx nerveux : Potentiel de membrane Composition ionique de chaque côté de la membrane de l axone Milieu intracellulaire: -Ions positifs: K + surtout (un peu de Na + ) - - Ions négatifs: protéines et ions phosphates Il y a un léger surplus d ions négatifs (-) Milieu extracellulaire : -Ions positifs: Na + surtout (un peu de K + ) + -Ions négatifs: Cl - surtout Il y a un léger surplus d ions positifs (+)

II. Influx nerveux : Potentiel de membrane PO 4 3- K + K + Prot - Prot - Cl - Na + PO 4 3- K + K + K + K + K + Prot - PO 4 3- PO 4 3- PO 4 3- PO 4 3- Prot - --------------------------------------- Milieu intracellulaire Membrane plasmique - +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ Na + Cl - Na + Cl - Na + Na + Milieu + Cl - extracellulaire Cl - Na + Na + Na + K + Cl -

II. Influx nerveux : Potentiel de membrane Le K + diffuse vers l extérieur de la cellule selon son gradient de concentration Plus le K + sort, plus la charge interne devient - Si beaucoup de K + sort, la charge négative à l intérieur de la cellule peut faire entrer K + La pompe Na+/K+ fait sortir Na+ de la cellule et y fait entrer du K+ ~ 70% de l énergie dépensée par un neurone sert à faire fonctionner les pompes à sodium/potassium

II. Influx nerveux : Potentiel de membrane La polarité de la membrane est donc due : 1. Différence de concentration en ions entre l intérieur et l extérieur 2. Perméabilité sélective de la membrane (laisse passer le potassium, mais à peu près pas les autres ions). L ensemble des échanges ioniques permet de conserver un potentiel de membrane (-70 mv au repos)

II. Influx nerveux : Potentiel d action Si la polarité atteint un certain seuil ( ~ - 50 mv) ==> le phénomène s amplifie : d autres canaux à sodium s ouvrent soudainement La dépolarisation va atteindre une valeur limite = ~ +40 mv au point de la membrane où les canaux se sont ouverts

II. Influx nerveux : Potentiel d action Un neurone réagit toujours par un potentiel d action. Après la repolarisation, la membrane demeure inerte un certain temps (les canaux à sodium ne peuvent pas s ouvrir) = période réfractaire

II. Influx nerveux : Potentiel d action PA ==> déplacement d ions au voisinage de la zone dépolarisée = courants électriques La dépolarisation d un point de la membrane provoque la dépolarisation du point voisin.

II. Influx nerveux : Potentiel d action Influx nerveux = déplacement d un potentiel d action le long de la membrane du neurone

II. Influx nerveux : Potentiel d action Vitesse dépend : - Diamètre de la fibre nerveuse : diamètre ==> vitesse - Présence de myéline ==> vitesse conduction saltatoire

II. Influx nerveux : Potentiel d action dépolarisation dépolarisation repolarisation repolarisation dépolarisation

II. Influx nerveux : Potentiel d action Loi du tout ou rien Pour avoir potentiel d action = la dépolarisation au point stimulé doit dépasser un certain seuil (~ - 40 à ~ - 50 mv ). Le stimulus 1 (S1) est plus petit que S2 qui est plus petit que S3. Seul S3 provoque une dépolarisation qui atteint le seuil du neurone.

II. Influx nerveux : Potentiel d action - Si la dépolarisation ne dépasse pas le seuil : la membrane reprend sa polarisation normale et il n y a pas d influx. - Si la dépolarisation dépasse le seuil ==> dépolarisation jusqu à + 40 mv et repolarisation = potentiel d action ==> influx nerveux - Peu importe l intensité du stimulus, la dépolarisation ne dépassera pas + 40 mv

II. Influx nerveux : Potentiel d action Le SNC peut faire la différence entre un stimulus faible et un stimulus fort même si le potentiel d action est le même dans les deux cas : 1. Un stimulus fort fait réagir plus de neurones qu un stimulus faible 2. La fréquence des potentiels produits est plus grande si le stimulus est fort

II. Influx nerveux : les synapses Des neurones établissent des connections avec d autres neurones. - phénomène plastique. - L apprentissage est fortement lié à l établissement et à la disparition de circuits.

II. Influx nerveux : les synapses Synapse = point de «connexion» entre deux neurones

II. Influx nerveux : les synapses Deux grands types de synapses 1. Synapse neuro-neuronale Jonction entre deux neurones 2. Synapse neuro-effectrice Jonction entre un neurone (moteur) et une cellule effectrice: -Cellule musculaire - Cellule sécrétrice d une glande

II. Influx nerveux : les synapses Neurone présynaptique Neurone postsynaptique Neurone présynaptique Neurone postsynaptique

II. Influx nerveux : les synapses Dendrites et Corps cellulaire Axone Terminaison axonique 1 2 3 A B C Que peut-on dire : 1) de B par rapport à A? 2) De B par rapport à C? 3) De 1? 4) De 3? Postsynaptique Présynaptique Neuro-neuronale Neuro-effectrice

II. Influx nerveux : les synapses

II. Influx nerveux : les synapses Fonctionnement de la transmission synaptique Dépolarisation de la membrane du bouton synaptique Libération par exocytose du neurotransmetteur dans la fente synaptique Le neurotransmetteur se fixe sur son récepteur sur le neurone postsynaptique La fixation du neurotransmetteur provoque l ouverture de canaux ioniques

II. Influx nerveux : les synapses Le canal à sodium s ouvre lorsque le neurotransmetteur se fixe sur le récepteur.

II. Influx nerveux : les synapses Fonctionnement de la neurotransmission 1. Synthèse du NT Se fait surtout dans les boutons terminaux 2. Stockage Le NT ne peut pas rester libre dans le neurone, sinon, il est détruit par des enzymes. Stocké dans les vésicules synaptiques. Un bouton contient plusieurs milliers de vésicules, qui contiennent chacune près de 100 000 NT!

II. Influx nerveux : les synapses 3. Libération du NT Sous l action de l influx nerveux Dépolarisation de la membrane PRÉ-. Les vésicules fusionnent avec la membrane PRÉ- EXOCYTOSE: Le NT est libéré dans la fente.

II. Influx nerveux : les synapses 4. Action du NT - Les molécules de NT se fixent sur des récepteurs de la membrane POST-. - Provoque l ouverture de canaux spécifiques - Échanges ioniques Si les canaux qui laissent passer les ions + = Dépolarisation Si les canaux qui laissent passer les ions = Hyperpolarisation Dépend de du NT et du récepteur

II. Influx nerveux : les synapses La liaison du neurotransmetteur avec le récepteur peut donc avoir deux effets: Dépolarisation de la membrane Hyperpolarisation de la membrane: l'intérieur devient encore plus négatif et l'extérieur plus positif Un neurone hyperpolarisé est plus difficile à dépolariser jusqu au seuil. Tant qu il est hyperpolarisé, il est moins sensible.

II. Influx nerveux : les synapses 5. Cessation des effets du neurotransmetteur L action du NT est de très courte durée: 1. Dégradation par enzymes dans la fente synaptique. 2. Recaptage par des cellules gliales ou par le bouton synaptique. 3. Diffusion hors de la fente synaptique

II. Influx nerveux : les synapses Chaque neurone reçoit des terminaisons qui l'excitent et d'autres qui l'inhibent (dépolarisent ou hyperpolarisent) S il y a plus d'excitation que d'inhibition, le neurone moteur est dépolarisé au-delà du seuil et il y a influx. S il y a plus d'inhibition que d'excitation, le neurone moteur ne se dépolarise pas jusqu au seuil. Il n y a pas d influx transmis.

II. Influx nerveux : les synapses la région dendritique (POST-) subit une vague de dépolarisations locales qui finit parfois par être suffisante pour déclencher la dépolarisation de l axone = Influx nerveux

II. Influx nerveux : les synapses Vague d hyperpolarisation

II. Influx nerveux : les synapses Sommation des synapses excitatrices et inhibitrices

II. Influx nerveux : les neurotransmetteurs Quelques neurotransmetteurs : Acide gamma aminobutyrique (GABA) Acétylcholine Adrénaline et noradrénaline Dopamine Sérotonine Endorphines (enképhalines) Plusieurs maladies mentales sont peut-être dues à des disfonctionnements synaptiques. développe des médicaments dont l action est similaire à celle des NT.

II. Influx nerveux : les neurotransmetteurs Ex : Acétylcholine Neurotransmetteur de nombreux neurones dans le SNC. Neurotransmetteur des jonctions neuromusculaires. Parfois excitateur : muscle strié Parfois inhibiteur : muscle cardiaque

II. Influx nerveux : les neurotransmetteurs Mode d action des drogues et de certains médicaments Effet antagoniste (inhibiteur) Effet agoniste (facilitateur) La drogue bloque le récepteur du neurotransmetteur. Curare aux jonctions neuromusculaires (antagonistes de l acétylcholine). Antipsychotiques (antagonistes de la dopamine). La drogue a le même effet que le neurotransmetteur. Opiacés se fixent sur les récepteurs des endorphines et agissent de la même façon. Se trouvent dans les circuits de la douleur et de la régulation des émotions = bien-être et euphorie. Inhibiteur de recaptage La drogue empêche le recaptage du neurotransmetteur= reste toujours actif. Cocaïne et amphétamines = inhibiteur du recaptage de la dopamine.