À propos de cette page
Ce cours de spécialité svt en première sur « Neurone et fibre musculaire : la communication nerveuse et musculaire » suit le programme officiel de spécialité svt de première. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Structure et fonctions du neurone, Le message nerveux : potentiel de repos et potentiel d'action, Propagation du message nerveux, La synapse : transmission du message nerveux. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de première à réussir en spécialité svt.
Au programme
1 · Structure et fonctions du neurone
2 · Le message nerveux : potentiel de repos et potentiel d'action
3 · Propagation du message nerveux
4 · La synapse : transmission du message nerveux
5 · La jonction neuromusculaire
6 · La fibre musculaire et la contraction
7 · Intégration synaptique et contrôle du mouvement
1Structure et fonctions du neurone
Le neurone est la cellule spécialisée dans la réception, l'intégration et la transmission des messages nerveux. On distingue plusieurs types :
- Neurones sensoriels (afférents) : transmettent les informations des récepteurs sensoriels vers le système nerveux central (SNC).
- Interneurones : intègrent les informations au sein du SNC.
- Neurones moteurs (efférents) : transmettent les ordres du SNC vers les effecteurs (muscles, glandes).
Structure d'un neurone. Un neurone comporte :
- Corps cellulaire (soma) : contient le noyau et les organites.
- Dendrites : prolongements courts et ramifiés, reçoivent les messages des neurones voisins.
- Axone : long prolongement unique, conduit le message nerveux vers les cellules cibles. Il peut être myélinisé.
- Terminaisons axonales (boutons synaptiques) : zones de contact avec la cellule suivante.
La gaine de myéline est une enveloppe lipidique produite par les cellules de Schwann (SNP) ou les oligodendrocytes (SNC) ; elle accélère la conduction du message nerveux (conduction saltatoire).
Astuce. Le sens de propagation du message : dendrites → soma → axone → bouton synaptique (toujours dans ce sens).
2Le message nerveux : potentiel de repos et potentiel d'action
En dehors de toute stimulation, la membrane du neurone est polarisée : l'intérieur de la cellule est négatif par rapport à l'extérieur. C'est le potentiel de repos.
Potentiel de repos. Valeur typique : $\approx -70\,\text{mV}$ (intérieur − extérieur). Il résulte d'une répartition inégale des ions, notamment :
- $\text{Na}^+$ et $\text{Cl}^-$ abondants hors de la cellule ;
- $\text{K}^+$ et protéines anioniques abondants dans la cellule ;
- l'activité de la pompe $\text{Na}^+/\text{K}^+$-ATPase maintient cet équilibre.
Lorsqu'un stimulus atteint le seuil d'excitation ($\approx -55\,\text{mV}$), des canaux $\text{Na}^+$ voltage-dépendants s'ouvrent : les ions $\text{Na}^+$ entrent massivement, la membrane se dépolarise jusqu'à $+30\,\text{mV}$. C'est le potentiel d'action (PA).
Phases du potentiel d'action.- Dépolarisation : entrée de $\text{Na}^+$, potentiel monte de −70 à +30 mV.
- Repolarisation : fermeture des canaux $\text{Na}^+$ et ouverture des canaux $\text{K}^+$, $\text{K}^+$ sort, le potentiel redescend.
- Hyperpolarisation transitoire : le potentiel passe brièvement en dessous de −70 mV avant de revenir au repos.
Attention ! Le PA obéit à la loi du tout ou rien : en dessous du seuil, aucun PA ; au-dessus, un PA d'amplitude identique quelle que soit l'intensité du stimulus. L'intensité du signal est codée par la fréquence des PA, non leur amplitude.
3Propagation du message nerveux
Le PA se propage le long de l'axone de manière auto-régénérée : chaque PA en déclenche un nouveau sur la zone adjacente de la membrane. La propagation est unidirectionnelle grâce à la période réfractaire (zone juste excitée, canaux $\text{Na}^+$ inactivés).
| Type de fibre | Diamètre | Myéline | Vitesse de conduction |
|---|
| Fibre $\text{A}\alpha$ (motrice) | Grand | Oui | 70–120 m/s |
| Fibre $\text{A}\delta$ (sensorielle) | Moyen | Oui | 5–30 m/s |
| Fibre C (douleur) | Petit | Non | 0,5–2 m/s |
Dans une fibre myélinisée, la dépolarisation saute de nœud de Ranvier en nœud de Ranvier (conduction saltatoire), ce qui accélère considérablement la propagation.
Astuce. La fréquence des PA (nombre de PA par seconde) code l'intensité du stimulus : un stimulus plus fort donne une fréquence de PA plus élevée.
4La synapse : transmission du message nerveux
Deux neurones ne sont pas en contact direct : ils sont séparés par un espace de 20–40 nm appelé fente synaptique. L'ensemble constitue une synapse.
Structure d'une synapse chimique.- Élément présynaptique : bouton terminal du neurone émetteur, contient des vésicules synaptiques remplies de neurotransmetteurs.
- Fente synaptique : espace extracellulaire entre les deux membranes.
- Membrane postsynaptique : possède des récepteurs spécifiques aux neurotransmetteurs.
Mécanisme de la transmission synaptique :
- Le PA arrive au bouton présynaptique → entrée de $\text{Ca}^{2+}$.
- Exocytose des vésicules → libération du neurotransmetteur dans la fente.
- Fixation du neurotransmetteur sur ses récepteurs postsynaptiques.
- Génération d'un potentiel postsynaptique (PPS) excitateur (PPSE) ou inhibiteur (PPSI).
- Le neurotransmetteur est rapidement dégradé ou recapturé.
Attention ! La synapse est unidirectionnelle : le message ne peut passer que du neurone présynaptique au neurone postsynaptique (les récepteurs ne se trouvent que du côté postsynaptique).
Exemple. Le glutamate est le principal neurotransmetteur excitateur du SNC ; le GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur. Le PPSI généré par le GABA hyperpolarise la membrane et s'oppose au déclenchement d'un PA.
5La jonction neuromusculaire
La jonction neuromusculaire (ou plaque motrice) est la synapse entre un neurone moteur et une fibre musculaire. Le neurotransmetteur utilisé est l'acétylcholine (ACh).
Déroulement.- Le PA arrive au bouton terminal du motoneurone.
- $\text{Ca}^{2+}$ entre → exocytose d'ACh dans la fente synaptique.
- L'ACh se fixe sur ses récepteurs nicotiniques de la plaque motrice.
- Entrée de $\text{Na}^+$ dans la fibre musculaire → dépolarisation → PA musculaire.
- L'acétylcholinestérase hydrolyse rapidement l'ACh → arrêt du signal.
Exemple : effet du curare. Le curare se fixe sur les récepteurs nicotiniques à l'ACh sans les activer → blocage de la jonction neuromusculaire → paralysie des muscles (dont les muscles respiratoires).
Astuce. La botulotoxine (toxine botulique) bloque l'exocytose de l'ACh (côté présynaptique), tandis que le curare bloque les récepteurs (côté postsynaptique) : deux mécanismes distincts, même résultat fonctionnel (paralysie).
6La fibre musculaire et la contraction
La fibre musculaire est une cellule géante, plurinucléée, organisée autour des myofibrilles composées d'unités répétées : les sarcomères.
Sarcomère. Unité structurale et fonctionnelle de la myofibrille :
- Filaments épais : myosine (têtes ATPasiques capables de se lier à l'actine).
- Filaments minces : actine + troponine + tropomyosine.
- Au repos, la tropomyosine masque les sites de liaison de l'actine.
Mécanisme moléculaire de la contraction (modèle des glissements) :
- Le PA musculaire se propage dans les tubules T → libération de $\text{Ca}^{2+}$ par le réticulum sarcoplasmique.
- $\text{Ca}^{2+}$ se fixe sur la troponine → déplacement de la tropomyosine → sites de liaison actine accessibles.
- Les têtes de myosine se lient à l'actine, pivotent (couplage à l'hydrolyse d'ATP) : glissement des filaments fins vers le centre du sarcomère.
- Le sarcomère se raccourcit → la myofibrille se raccourcit → la fibre musculaire se contracte.
- Quand le signal cesse, $\text{Ca}^{2+}$ est repompé dans le réticulum → relâchement.
Attention ! Les filaments d'actine et de myosine ne se raccourcissent pas ; ils glissent les uns par rapport aux autres : c'est le modèle des filaments glissants.
7Intégration synaptique et contrôle du mouvement
Un neurone postsynaptique reçoit simultanément des milliers de synapses excitatrices et inhibitrices. Il intègre ces signaux : si la somme des PPSE dépolarise suffisamment la membrane axonique (zone gâchette) au-delà du seuil, un PA est déclenché.
Sommation spatiale et temporelle.- Sommation spatiale : plusieurs synapses excitatrices s'activent simultanément → leurs PPSE s'additionnent.
- Sommation temporelle : la même synapse excitatrice s'active à haute fréquence → les PPSE successifs se chevauchent et s'additionnent.
Le mouvement volontaire résulte d'une hiérarchie de commandes :
- Cortex moteur → motoneurones du faisceau pyramidal → moelle épinière.
- Les motoneurones alpha de la moelle innervent directement les fibres musculaires.
- Les réflexes (arc réflexe) permettent des réponses rapides sans passer par le cortex.
Astuce. L'inhibition est indispensable au mouvement coordonné : quand un muscle fléchisseur se contracte, le muscle antagoniste (extenseur) doit se relâcher. C'est l'inhibition réciproque, assurée par des interneurones inhibiteurs.
★À retenir
En bref :
• Le neurone transmet le message nerveux sous forme de potentiels d'action (loi du tout ou rien ; codage en fréquence).
• Le potentiel de repos est $\approx -70$ mV ; le seuil d'excitation est $\approx -55$ mV.
• La transmission synaptique est chimique et unidirectionnelle : exocytose de neurotransmetteurs → récepteurs postsynaptiques → PPSE ou PPSI.
• À la jonction neuromusculaire, l'acétylcholine déclenche un PA musculaire.
• La contraction résulte du glissement des filaments d'actine et de myosine, couplé à l'hydrolyse d'ATP, grâce à l'entrée de $\text{Ca}^{2+}$.
• L'intégration synaptique (sommation spatiale et temporelle) détermine si un PA est généré.