À la fin de cette leçon, tu sauras :
- Décrire l’anatomie détaillée d’une synapse chimique
- Détailler les 5 étapes de la transmission synaptique
- Mobiliser le rôle du calcium dans l’exocytose
- Distinguer synapse neuro-neuronique et neuro-musculaire
1. Pourquoi une synapse chimique ?
Les neurones ne se touchent pas directement : un espace existe entre l’extrémité d’un axone et la cellule suivante (autre neurone ou cellule musculaire). Cet espace, la fente synaptique, fait ~20 à 50 nm. Trop large pour un passage direct du courant électrique.
Comment alors le message passe-t-il ? Par une molécule chimique, le neuromédiateur, libéré par l’axone et reçu par la cellule suivante. C’est la synapse chimique, omniprésente dans le système nerveux.
2. Anatomie d’une synapse chimique
Trois éléments fondamentaux à reconnaître :
1) Élément présynaptique
- Extrémité de l’axone du neurone « émetteur », dilatée en « bouton »
- Contient :
- De nombreuses vésicules synaptiques (~50 nm) remplies de neuromédiateur
- Des mitochondries (production d’ATP)
- Des canaux Ca²⁺ voltage-dépendants sur la membrane
2) Fente synaptique
- Espace de ~20 à 50 nm entre les deux membranes
- Contient un liquide extracellulaire
- Peut contenir des enzymes de dégradation (ex : acétylcholinestérase)
3) Élément postsynaptique
- Membrane de la cellule « réceptrice » (dendrite, corps cellulaire, ou fibre musculaire)
- Riche en récepteurs membranaires spécifiques au neuromédiateur
- Souvent plissée pour augmenter la surface (très visible à la plaque motrice)
3. Les 5 étapes de la transmission synaptique
À chaque arrivée d’un PA à l’extrémité du neurone présynaptique, voici ce qui se passe :
Étape 1 — Arrivée du PA
Le PA, après avoir parcouru l’axone, atteint l’extrémité présynaptique. La dépolarisation locale active les canaux Ca²⁺ voltage-dépendants de la membrane.
Étape 2 — Entrée de Ca²⁺
Le Ca²⁺ extérieur (~2 mM) entre dans le bouton présynaptique selon son gradient (intérieur ~10⁻⁴ mM). Augmentation brutale de la concentration en Ca²⁺ intracellulaire au site présynaptique.
Étape 3 — Fusion des vésicules
Le Ca²⁺ se lie à des protéines des vésicules (synaptotagmines), ce qui déclenche la fusion des vésicules synaptiques avec la membrane présynaptique. Le contenu des vésicules est libéré dans la fente.
Étape 4 — Diffusion et fixation
Le neuromédiateur diffuse dans la fente (~1 ms) et atteint la membrane postsynaptique. Il se fixe sur ses récepteurs spécifiques.
Étape 5 — Réponse postsynaptique
La fixation déclenche l’ouverture de canaux ioniques dans la membrane postsynaptique, produisant un PPSE (excitateur) ou un PPSI (inhibiteur) selon le neuromédiateur et le récepteur.
4. Schéma chronologique
PA arrive → Ca²⁺ entre → vésicules fusionnent → neuromédiateur libéré → diffusion → récepteurs → PPSE ou PPSI
Délai total : ~0,5 à 1 ms (« délai synaptique »). C’est ce qui rend chaque synapse un peu plus lente qu’une simple conduction axonale.
5. Le rôle clé du calcium
Le Ca²⁺ est l’élément central de l’exocytose. Sans entrée de Ca²⁺, pas de fusion des vésicules, pas de libération de neuromédiateur. C’est ce qui a été démontré par les expériences de Katz et Miledi (années 1960) :
- Si on enlève le Ca²⁺ extracellulaire de la solution baignant l’axone : un PA arrive normalement à la synapse, mais aucun neuromédiateur n’est libéré
- Si on réintroduit le Ca²⁺ : la transmission synaptique reprend normalement
Bernard Katz a reçu le prix Nobel 1970 pour ces découvertes.
6. Le devenir du neuromédiateur
Après avoir activé son récepteur, le neuromédiateur doit être retiré de la fente, sinon il continuerait à stimuler indéfiniment. Trois mécanismes :
- Dégradation enzymatique : par exemple, l’acétylcholinestérase coupe l’acétylcholine en quelques ms
- Recapture : transporteurs qui ramènent le neuromédiateur dans le neurone présynaptique (recyclage) ou dans des cellules gliales voisines
- Diffusion : éloignement passif hors de la fente
Ces mécanismes permettent au neuromédiateur de produire un effet bref (~1-10 ms), nécessaire pour une transmission rapide d’informations.
7. Deux grands types de synapses
Synapse neuro-neuronique :
- Entre deux neurones (axone d’un neurone → dendrite d’un autre)
- Neuromédiateurs variés (glutamate, GABA, dopamine, sérotonine, etc.)
- Produit un PPSE ou PPSI dans le neurone postsynaptique
- Forme la base des circuits du cerveau et de la moelle
Synapse neuro-musculaire (plaque motrice) :
- Entre l’axone d’un motoneurone et une fibre musculaire
- Neuromédiateur unique : acétylcholine
- Produit toujours une excitation → contraction de la fibre
- Très efficace : un seul PA présynaptique déclenche la contraction
8. Une synapse n’est pas réversible
Une propriété importante : la synapse fonctionne dans un seul sens :
- Le neuromédiateur ne peut être libéré que par l’élément présynaptique (qui contient les vésicules)
- Les récepteurs ne sont que sur l’élément postsynaptique
- Le message ne peut donc pas remonter en arrière
Cette unidirectionnalité de la synapse complète celle de l’axone (vue en leçon 2.2). C’est elle qui donne au système nerveux son organisation dirigée : du récepteur sensoriel vers l’effecteur.
9. Indice / cause / exemple — synapse
- Indice : transmission entre deux neurones avec un délai ~0,5-1 ms (délai synaptique)
- Cause : 5 étapes successives (PA → Ca²⁺ → exocytose → diffusion → récepteurs → PPSE/PPSI)
- Exemple : expérience de Katz-Miledi sur l’effet du Ca²⁺ extracellulaire (Nobel 1970)
Ce qu’il faut retenir
- La synapse chimique permet la communication entre cellules malgré la fente (~20-50 nm)
- Trois éléments : présynaptique (vésicules + canaux Ca²⁺) + fente + postsynaptique (récepteurs)
- 5 étapes : PA arrive → Ca²⁺ entre → fusion des vésicules → neuromédiateur libéré → fixation sur récepteurs → PPSE/PPSI
- Délai synaptique : ~0,5-1 ms par synapse
- Rôle clé du Ca²⁺ : démontré par Katz et Miledi (Nobel 1970). Sans Ca²⁺, pas d’exocytose.
- Devenir du neuromédiateur : dégradation enzymatique, recapture, diffusion
- Deux types : neuro-neuronique (variable, dans le SNC) et neuro-musculaire (acétylcholine, plaque motrice)
- Synapse unidirectionnelle : le message ne peut pas remonter en arrière