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INTRODUCTION
Comment est on arrivé à l’hypothèse que le cerveau est constitué de cellules ?
On le savait pour l’estomac, donc on s’est demandé pourquoi pas dans le cerveau.
Enormément de progrès dans la connaissance du système nerveux ont été fait grâce à la
coloration.
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Coloration de Nish (fin du siècle dernier) Il a fait des coupes très fines du cerveau
(quelques dizaines de micron) et les a mis dans des bains de couleur. La partie centrale
des neurones est colorée. (taches de couleur).
Golgi : coloration avec des sels de métaux. Cette coloration est plus claire car
seulement quelques neurones sont colorés (au hasard) et on voit très bien les neurites.
A partir de ces résultats, on a commencé à spéculer sur la manière dont ces réseaux se forment
et communiquent.
Cajal a observé des dizaines de coupes (en les considérant comme des tranches de saucissons
et les superposant) et a ainsi reconstitué les neurites. Il a émis l’hypothèse de la discontinuité
du système nerveux (éléments nerveux connectés par un système de contact), alors que Golgi
imaginait des canalisations et un système continu.
Quand on stimule un nerf, il y a libération d’une substance chimique dans le sang.Il y a eu une
très forte résistance à l’idée d’une transmission chimique. Il a fallu attendre les années 50
avec le microscope électronique pour vérifier qu’il y a contact et non continuité avec un
espace entre chaque neurone (synapse).
ORGANISATION DU NEURONE
Le neurone est organisé en un corps cellulaire (soma) avec à l’intérieur un noyau. Il y a en
plus des arborisations ou prolongements (neurites) qui peuvent être courts (dendrites) ou
beaucoup plus long (axone). Ces prolongements sont spécifiques au neurone.
Le soma est entouré par une membrane (5 nm d’épaisseur) très importante.
Comme dans toutes les cellules, le noyau contient tout le patrimoine génétique sous forme
d’ADN. Le noyau étant perforé, il peut y avoir contact entre noyau et cytosol (liquide
cellulaire). A partir du noyau, l’ADN est transcrit en ARNm qui va sortir du noyau, aller dans
le réticulum endoplasmique rugueux pour être traduit et créer une protéine. Les ribosomes
sont attachés à la surface du réticulum endoplasmique, lisent le message de l’ARNm et y
accrochent des acides aminés (21 en tout), ce qui va constituer la protéine. Une fois la chaîne
d’acides aminées créée, elle est ensuite enroulée, repliée et il y a adjonction entre différentes
protéines, ce qui se fait en général dans l’appareil de Golgi. Ces protéines peuvent être des
neurones, des enzymes, des fibres (matériel de construction à proprement parler) ,…
Ces protéines sont insolubles, elles vont se balader dans le réticulum endoplasmique rugueux,
puis dans l’appareil de Golgi et vont servir à la construction de la membrane.
D’autres ribosomes situés dans le ? vont créer des protéines solubles qui vont circuler dans le
cytoplasme.
Les mitochondries fournissent l’énergie nécessaire pour que tout se passe. C’est là que l’acide
purivique( ?) va être brûlé, ce qui va donner des molécules d’ATP riches en énergie.
A l’intérieur du neurone,il y a le cytosquelette avec des chaînes de protéines qui permettent
de donner sa forme au neurone, la circulation d’éléments dans le neurone, la modification de
la forme du neurone.
L’axone émerge du soma dans une zone particulière appelée cône axonique, où se font
contacts et ramifications avec autres neurones. Il n’y a pas de réticulum endoplasmique
rugueux dans l’axone. (Peu de synthèse de protéine). L’axone est de grosseur variable suivant
les neurones, ce qui joue un rôle dans la vitesse de transmission de l’information. L’axone se
termine avec un bouton terminal grâce auquel il sera en contact avec le neurone suivant. La
fente (synapse) permet le contact entre bouton terminal et les autres neurones.
Il n’y a pas de synthèse protéique dans l’axone, si le neurone a besoin de protéines au niveau
de son bouton terminal, il doit faire appel à des protéines synthétisées dans le soma. Comment
les protéines sont elles transportées dans l’axone ? Le transport axonique peut être lent
(quelques mm par 24h) ou rapide (avec des éléments radioactifs, on voit la radioactivité se
propager dans l’axone). Les protéines changent de conformation et peuvent glisser dans
l’axone ?. Il y a aussi un flux axonal dans l’autre sens (en cas de déficit … )
Les dendrites sont couvertes d’épines appelées épines dendritiques, très riches en récepteurs
(la plupart des récepteurs sont situés dans les dendrites). Pour les neuromédiateurs, c’est là
que vont venir se poser les contacts venant d’autres neurones (plusieurs milliers de contacts
possibles).
On peut classer les neurones :
- d’après leur forme
o unipolaire : sensorielle
o bipolaire
o multipolaire (pyramidale ou neurones en étoile sans orientation particulière)
-
d’après leur connexions
o directement avec un organe sensoriel -> primaire sensoriel
o dernier neurone de la chaîne (neurone moteur)
o les autres neurones (interneurones)
-
suivant les neurotransmetteurs (ou neuromédiateurs) utilisés par les neurones
Il y avait un dogme « un neurone = un neurotransmetteur ». On a constaté depuis que
beaucoup de neurones étaient capables de synthétiser des neuromédiateurs différents. (3 au
maximum)
On retrouve cependant dans le cerveau des grandes zones qui produisent la même substance.
(Ach, Nad, Sht)
Les cellules gliales 90% du système nerveux central.
Il existe trois sortes de cellules gliales :
- astrocytes : font en quelque sorte une gaine, comblent tous les vides au niveau du
neurone. Intermédiaire nécessaire, rôle nutritif. Ils sont équipés de récepteurs, de
pompes permettant de contrôler étroitement le milieu extracellulaire des neurones.
- Cellules de Schwann ou oligodendrocytes : ces cellules émettent des prolongements
qui contiennent des lipides et vont s’enrouler autour de l’axone, ce qui donne la gaine
de myéline à l’intérieur de l’encéphale. La gaine s’interrompt par endroits.
- Glie ?
-
-
Cellules épendymaires : elles tapissent ?, servent à la sécrétion du liquide
céphalorachidien, rôle de tampon, rôle de communication entre liquide et tissu
nerveux.
Microglie : cellules issues du système immunitaire. Elles ont un rôle de nettoyage (+
protection contre les attaques)
Pour transmettre le message nerveux, on va utiliser surtout au sein des neurones des signaux
électriques qui vont se propager le long de l’axone, principalement dans un sens. Le milieu est
salé et peu conducteur donc le signal s’atténue rapidement. La membrane va empêcher
l’atténuation du message en le renouvelant. Cela se fait sous la forme de potentiels d’action.
Pour un neurone donné, les PA sont d’une amplitude et d’une durée fixe. L’information est
codée d’une part la fréquence d’émission des PA par le neurone et d’autre part par la
population de neurones qui portent le PA. Au sein d’une même modalité, certains canaux sont
plus sélectifs. Les cellules capables de générer des PA sont appelées cellules excitables. (ce ne
sont pas seulement les neurones). Pour qu’une cellule soit excitable, elle doit avoir une
membrane excitable. Pour comprendre les PA, il faut comprendre le potentiel de membrane
au repos.
MEMBRANE DU NEURONE
C’est un espèce de sac qui enveloppe toute la cellule et isole le milieu intra cellulaire du
milieu extra cellulaire. Son rôle est de permettre différentes concentrations d’ions par rapport
au milieu ambiant (niche ionique). En général la face interne de la membrane est chargée – et
la face externe est chargée +.
Avec les PA, il y a un brusque renversement de cette différence de potentiel des 2 côtés de la
membrane pendant une durée très courte.
Rôle des composants cellulaires au repos
Il y a 3 acteurs principaux
 milieu salé de chaque côté de la membrane
 membrane
 protéines transmembranaires
milieu salé
cytosol constitué principalement d’eau, molécules neutre globalement, mais chargées
électriquement . (bipole négatif pour O et positif pour H). Quand on met un sel dans l’eau, ce
sel va se dissoudre car les forces qui associent sodium et chlore sont moins importantes que
celles qui attirent H, O et sodium et chlore => solvant polaire. H avec Cl, O avec sodium.
Chaque ion va être libéré et devenir mobile. Il y a ainsi des ions avec plusieurs charges.
Membrane
La membrane est constituée de phospholipides, elle est constituée d’une bicouche de
molécules. (phospholipide : tête phosphate, queue lipide). Quand on crée un film (comme
huile sur eau), la partie lipide est non polaire et hydrophobe (repousse l’eau), mais la partie
phosphate est hydrophile. Le film de phospholipides va se replier de telle sorte que les côtés
extérieurs soient hydrophiles et les parties intérieures à l’abri de l’eau => création d’une
membrane artificielle. En plus de cette couche de phospholipides, on va trouver planté à
travers de grosses protéines transmembranaires.
Les protéines
Les protéines associées entre elles peuvent créer un canal à travers la membrane. Ce canal va
pouvoir permettre aux ions de circuler d’un côté et de l’autre de la membrane, mais va être
sélectif pour certains ions (selon la taille, charge …) L’association de protéines peut aussi
donner lieu à la création de pompes qui vont utiliser de l’énergie pour transporter les ions
d’un côté à l’autre de la membrane
Le mouvement des ions
N
Cl
On met des canaux, les ions vont alors se repartir de manière équilibrée de part et d’autre de la
membrane jusqu’à avoir même concentration.
Un autre moyen d’assurer un passage est d’avoir un champ électrique, les + vont aller vers la
cathode et les – vers l’anode.
La différence de potentiel entre intérieur et extérieur de la cellule est en général -65mV
(gradient électrique à l’intérieur de la cellule). On a dans la membrane des canaux sélectifs, la
membrane semi perméable laisse passer une forme d’ions, mais pas les autres.
K+
A-
K+
A-
K+
-
+
+
+
Les charge + vont empêcher K+ de passer. (Équilibre entre concentration et force polaire)
Pour créer une différence de potentiel, il suffit d’une différence de concentration et d’une
membrane imperméable. La membrane va jouer un rôle de capacité.
La quantité d’ions transportés et la vitesse de transport vont dépendre d’une part de la
différence de potentiel et d’autre part de la conductance de la membrane (capacité à laisser
passer des ions)
Différence de potentiel = Vm-Ve
Vm : potentiel de membrane
Ve : potentiel d’équilibre
Le potentiel d’équilibre Ve pour une concentration donnée peut être calculé avec l’équation
de Nernst :
RT
ion
Eion  2.303
log
à compléter
ZF
ion
Les principaux ions qui jouent dans le neurone sont calcium (Ca2+), sodium(Na+),
potassium(K+), et chlore (Cl-).
La protéine joue le rôle de pompe : elle prend par exemple 3 Na+ à l’intérieur, puis change de
configuration et les rejette vers l’extérieur.
La membrane au repos est semi perméable, elle laisse pas mal passer les ions potassium, mais
fuit moins en ions sodium. On devrait tendre vers le potentiel du potassium (-80) mais le
sodium intervient et fait augmenter le potentiel. On peut calculer le potentiel de la membrane
au repos compte tenu des fuites et de la concentration pour chaque ions. =>équation de
Goldman.
Potentiel de repos : potentiel de la membrane pour l’ensemble des ions en présence.
A RETENIR
1 concentration différente d’ions des deux côtés de la membrane entraîne une force de
diffusion et une force électromotrice. Un système de pompe active quand la membrane est au
repos va maintenir cette concentration des deux côtés.
Reticulum endoplasmique : sac allongé, usine de construction à l’intérieur du neurone,
synthèse de protéines. Ce sac peut se prolonger par des sacs plus petits, l’appareil de Golgi.
Appareil de Golgi : réticulum endoplasmique non rugueux, car sans ribosomes.
Neurites : appendice du corps cellulaire
Ordres de grandeur :
neurone 20 m
axone 2mm