Neurosciences/Les synapses

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Les neurones sont connectés via ce qu'on appelle des synapses. Ces synapses permettent de faire passer un potentiel d'action d'un neurone vers un autre. Le neurone qui émet le potentiel d'action est appelé le neurone présynaptique, alors que le neurone qui reçoit le potentiel d'action est le neurone postsynaptique. On pourrait alors croire que les synapses sont avant tout des points de contact qui permettent aux ions de passer d'un neurone à un autre. Mais dans les faits, seule une minorité de synapses fonctionnent ainsi, la majorité des synapses passant par un intermédiaire, composé de molécules chimiques. On fait ainsi une distinction entre synapses électriques, et synapses chimiques.

Synapses électriques[modifier | modifier le wikicode]

Jonction communicante.

Les synapses électriques sont des points de contact entre deux neurones qui leur permettent d’échanger des ions. Le transfert d'un potentiel d'action d'un neurone à un autre s'effectue ainsi par conduction passive à travers le point de contact. Avec ces synapses, les canaux ioniques des deux neurones appariés : le pore d'un canal ionique est en continuité avec le pore d'un canal ionique sur l'autre neurone. Ainsi, les deux pores fusionnent et n'en forment plus qu'un. L'ensemble forme une jonction communicante. Ces jonctions peuvent s'ouvrir ou se fermer comme tout canaux ioniques.

Ces synapses ont un avantage : la transmission d'information est très rapide. Mais elles ont un désavantage : les potentiels d'action peuvent passer dans les deux sens (sauf à quelques exceptions près). Elles servent le plus souvent à synchroniser des assemblées de neurones connectés entre eux. Par exemple, des assemblées de neurones qui doivent générer un rythme sont souvent reliés entre eux par des synapses électriques. C'est le cas des neurones situés sous la nuque, qui prennent en charge le rythme respiratoire, ainsi que des neurones chargés des rythmes cérébraux (les fameuses ondes cérébrales observées sur un EEG).

Synapses chimiques[modifier | modifier le wikicode]

Les synapses chimiques déversent des substances chimiques dans leur environnement, ces molécules étant appelées des neurotransmetteurs. Ces neurotransmetteurs vont agir sur le neurone postsynaptique, pour créer des potentiels d'action. Dans certains cas, ces synapses agissent non pas sur un neurone, mais sur des cellules à proximité. Dans d'autres cas, ces synapses larguent leurs neurotransmetteurs dans le sang, histoire d'agir sur le cœur, les organes sexuels, etc. Il existe ainsi plusieurs types de synapses chimiques :

  • des synapses axodendritiques, où un axone envoie des neurotransmetteurs à une dendrite ;
  • des synapses axoaxoniques, qui relient deux axones ;
  • des synapses axosomatique, qui relient un axone au corps cellulaire d'un autre neurone ;
  • des synapses axoextracellulaires, où un axone émet des neurotransmetteurs dans le milieu extracellulaire ;
  • des synapses axosecrétoires, où une synapse émet des substances chimiques dans le sang.
Types de synapses.

Synapses axoextracellulaires et axosecrétoires[modifier | modifier le wikicode]

Types de sécrétion : neurotransmission et communication neuroendocrine.

Les synapses axosecrétoires permettent à un neurone d'émettre des neurotransmetteurs dans le sang afin d'influencer le fonctionnement d'un organe situé dans le corps : cette communication qui transmet des informations ou ordres via des substances chimiques transportées par le sang est appelée la communication hormonale, et les substances chimiques en question sont des hormones. De manière générale, ces hormones sont produites par des glandes. De nombreux neurotransmetteurs sont ainsi des hormones, communication hormonale et synaptique étant assez similaires : la différence principale étant la portée, du fait que les hormones passent par le sang. Le cerveau contient quelques glandes, qui contiennent fatalement des synapses axosecrétoires. Comme exemple, on peut citer l'hypophyse, une glande située à la base du cerveau, qui gère la production de l'hormone de croissance (qui fait grandir), ou d'hormones qui contrôlent le développement sexuel.

Si les trois premiers types de synapses servent à l'échange d'information entre neurones, le quatrième sert surtout aux cellules gliales, afin de réguler l'excitation des neurones alentours. Cela peut permettre de stabiliser un ensemble de neurones, histoire de diminuer ou d'augmenter de manière globale un ensemble de neurones. La communication est donc relativement globale, la cellule gliale ou le neurone envoyant des neurotransmetteurs à un grand nombre de neurones proches du lieu d'émission.

Synapses neuronales[modifier | modifier le wikicode]

Synapse chimique.

Ce sont surtout les synapses entre neurones qui vont nous intéresser dans la suite du cours. Avec ces synapses, les neurones ne sont pas reliés directement, mais sont séparés par un espace vide : la fente synaptique. Lorsqu'un potentiel d'action arrive au bout de l'axone présynaptique, celui-ci entraine la libération de neurotransmetteurs, qui vont se propager jusqu'au neurone postsynaptique à travers la fente. Une fois arrivés à destination, ces neurotransmetteurs vont interagir avec des molécules à la surface du neurone postsynaptique, et se lier à elles : ces molécules sont appelées des récepteurs synaptiques. Ces récepteurs synaptiques entrainent l'ouverture de canaux ioniques, ouverture qui fait varier la tension de la membrane du neurone postsynaptique : un potentiel d'action peut être déclenché sous certaines conditions.

Libération des neurotransmetteurs[modifier | modifier le wikicode]

Les neurotransmetteurs sont libérés quand un potentiel d'action atteint le bout de l'axone, le fameux bouton synaptique. Ceux-ci étaient préalablement stockés dans le neurone, dans des espèces de sac à neurotransmetteurs : les vésicules synaptiques. Il faut noter que toutes les vésicules contiennent le même nombre de molécules de neurotransmetteur. Ainsi, la quantité de neurotransmetteurs libérée dans la fente synaptique dépend uniquement du nombre de vésicules qui fusionneront avec la membrane cellulaire. Il arrive qu'un neurone soit tellement stimulé qu'il se vide de toutes ses vésicules synaptiques : n'ayant plus de vésicules, il ne peut plus émettre de neurotransmetteurs, causant une fatigue synaptique.

Quand un potentiel d'action arrive au bout d'un axone, les vésicules fusionnent avec la membrane de la cellule, déversant leur contenu à l'extérieur du neurone, dans la fente synaptique. Le mécanisme de cette fusion est relativement simple : le potentiel d'action entraine l'ouverture de canaux ioniques calcique, le calcium introduit ainsi dans l'axone. entrainant une cascade de réactions chimiques qui fait fusionner les vésicules avec la membrane de l'axone. A ce propos, on a observé que si on privait le milieu extracellulaire de calcium, les neurones ne pouvaient pas faire fusionner leurs vésicules. Évidemment, le calcium qui est rentré dans la cellule est éliminé via des pompes calcique. Cela évite au neurone d'émettre des vésicules en continu après une première entrée de calcium.

Libération des neurotransmetteurs dans la fente synaptique.

Génération post-synaptique du potentiel d'action[modifier | modifier le wikicode]

Une fois qu'ils ont traversé la fente synaptique, les neurotransmetteurs se connectent à une molécule spécialisée : un récepteur synaptique. D'ordinaire, la liaison entre un récepteur et un neurotransmetteur a tendance à faire monter la tension de membrane : cette augmentation est alors appelée un potentiel postsynaptique excitateur, ou PPE. Il arrive cependant que cette liaison aie l'effet inverse : elle diminue la tension de membrane. C'est alors un potentiel postsynaptique inhibiteur, ou PPI. Ces potentiels inhibiteurs tendent à empêcher un neurone d'émettre un potentiel d'action.

Un neurone présynaptique peut avoir un effet qui est soit excitateur, soit inhibiteur sur le neurone postsynaptique : on parle respectivement de neurones excitateurs et inhibiteur. A tout moment, le neurone fait en quelque sorte la somme des PPE et PPI qui lui parviennent sur sa dendrite. Si celle-ci dépasse un seuil bien précis, il émet un potentiel d'action. Cela arrive si suffisamment de neurotransmetteurs sont libérés dans la fente synaptique : les effets des PPE et PPI induits par chaque neurotransmetteur s'additionnent, pouvant faire dépasser le seuil. C'est ce qu'on appelle la sommation spatiale des signaux nerveux. En plus de cette sommation spatiale, on trouve aussi une sommation temporelle : une succession très rapide de PPE ou PPI peuvent cumuler leurs effets s'ils sont très rapprochés dans le temps.

Sommation Potentiel gradués

Dégradation et recyclage de neurotransmetteurs[modifier | modifier le wikicode]

Si les neurotransmetteurs sont libérés dans la fente synaptique, ceux-ci ne doivent pas y rester indéfiniment : si c'était le cas, une simple libération de neurotransmetteur aurait des effets durables et pourrait déclencher des PPE ou PPI durant plusieurs minutes. Il existe donc des mécanismes qui éliminent les neurotransmetteurs récemment émis de la fente synaptique. Le premier mécanisme consiste à dégrader les neurotransmetteurs à l'aide de substances chimiques qui dégradent les neurotransmetteurs en molécules plus simples. Une autre solution est de recycler les neurotransmetteurs, les capturer pour les faire rentrer dans la cellule et les remettre en réserve dans les vésicules synaptiques. Ce système de recapture est pris en charge par les neurones présynaptiques, mais aussi par les cellules gliales.

Schéma détaillé d'une synapse.