KINESITHERAPIE

LA MEMBRANE PLASMIQUE NEURONALE

UNITÉ DE RÉCEPTION ET DE CONDUCTION DE L'INFORMATION

La membrane plasmique délimite le contour de tout le neurone, des épines dendritiques aux terminaisons axonales. Elle est constituée d'une bicouche lipidique, dans laquelle sont incluses des protéines, l'ensemble formant la "mosaïque fluide".

COMPOSITION IONIQUE DES MILIEUX INTRACELLULAIRE ET EXTRACELLULAIRE

Les ions inorganiques (Na+, K+, Cl-, Ca2+) peuvent traverser la membrane (on dit qu'elle leur est perméable) tandis que les ions organiques (P-) ne le peuvent pas (on dit qu'elle leur est imperméable). Ces mouvements passifs des ions ne se font qu'au niveau de protéines transmembranaires spécialisées, les protéines-canaux, car la couche bilipidique est imperméable aux ions ainsi qu'à la plupart des protéines polaires, hydrophiles. Les mouvements passifs d'ions à travers la membrane entraîneraient des changements dans la composition des milieux intra et extracellulaire, si des protéines ne rétablissaient continuellement, par transport actif, l'inégalité de répartition des ions entre les deux milieux. Ces protéines sont des pompes ou des transporteurs. Ainsi, la membrane plasmique assure continuellement grâce à ses protéines une régulation stricte du passage des ions et des molécules entre les deux milieux.

Iconographie personnelle - Dr. D. Rose

LA BICOUCHE LIPIDIQUE, SOLVANT DES PROTÉINE MEMBRANAIRES, CONSTITUE UNE BARRIÈRE DE DIFFUSION

Les lipides de la membrane appartiennent à 3 classes principales : 1. les phospholipides - 2. le cholestérol - 3. les glycolipides.

Tous ces lipides possèdent une tête polaire hydrophile et une queue, peu chargée, hydrophobe.

1. Les phospholipides les plus représentés sont les phosphoglycérides. Placés en milieu aqueux, ils s'orientent spontanément, les têtes hydrophiles se mettant en contact de l'eau et les queues se rassemblant entre elles afin d'exclure l'eau. Dans la membrane, ils forment ainsi deux films monomoléculaires, accolés et parallèles, appelés bicouche lipidique. Les têtes sont en contact des milieux aqueux extra et intracellulaires et les queues forment l'intérieur de la bicouche.
2. Les molécules de cholestérol s'intercalent dans la membrane parallèlement aux phospholipides. Le cholestérol joue un rôle dans la fluidité de la membrane : sa molécule contient, en effet, une partie plane et rigide (noyaux stéroïdes) qui assure la stabilité mécanique de la membrane.
3. Le groupement polaire de la tête des glycolipides est constitué par un ou plusieurs résidus glucidiques. Les plus représentés sont les cérébrosides et les gangliosides. Ils sont localisés exclusivement dans le feuillet externe de la membrane, les résidus glucidiques étant orientés vers le milieu extracellulaire. Ils pourraient jouer un rôle dans les processus de communication et de reconnaissance intercellulaires.

CETTE BICOUCHE LIPIDIQUE EST ASYMÉTRIQUE ET FLUIDE

CETTE BICOUCHE LIPIDIQUE CONSTITUE UNE BARRIÈRE DE DIFFUSION AUX IONS ET AUX MOLÉCULES POLAIRES

Du fait de sa partie centrale hydrophobe, la bicouche lipidique a une faible perméabilité aux substances hydrophiles comme les ions, l'eau et les molécules polaires. Ainsi, les ions ne peuvent traverser passivement la membrane qu'au niveau de protéines spécialisées : les protéines-canaux. De même, ils ne traversent activement la membrane qu'au niveau des pompes ou des transporteurs. Cette organisation permet la régulation du passage des ions, passage focalisé au niveau de protéines dont l'ouverture (protéines-canaux) ou le fonctionnement (pompes - transporteurs) sont étroitement contrôlés.

LES PROTÉINES SONT RESPONSABLES DES FONCTIONS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE

Les protéines membranaires assurent les fonctions dynamiques (perméabilité, fonctions enzymatiques ) de la membrane.

Iconographie personnelle - Dr. D. Rose

LES PROTÉINES TRANSMEMBRANAIRES

Elles traversent complètement la bicouche lipidique. Leurs régions hydrophobes (acides aminés apolaires) s'organisent dans la bicouche (hélices transmembranaires) tandis que les régions hydrophiles (acides aminés polaires) se placent au contact des milieux aqueux intra et extracellulaire. Nous en verrons deux exemples : les protéines-canaux et les récepteurs liés aux protéines G.

LES PROTÉINES PÉRIPHÉRIQUES

Elles sont présentes d'un seul coté de la membrane et ne traversent pas la bicouche lipidique. Elles sont soit "collées" soit "ancrées" à la membrane. Les protéines collées, comme les protéines G, interagissent avec les régions polaires des protéines transmembranaires par des interactions ioniques. Les protéines ancrées dans la membrane renferment dans leur structure une chaîne lipidique d'attache, liée par une liaison covalente avec un acide aminé. Elles sont ancrées du coté cytoplasmique (sous-unité catalytique de la protéine kinase A) ou du coté extracellulaire (acétylcholinestérase, AChE).

LES PROTÉINES DE TRANSPORT TRANSMEMBRANAIRE DES IONS Ces protéines assurent soit le transport passif des ions soit leur transport actif.

LES PROTÉINES DU TRANSPORT PASSIF Parmi ces protéines on distingue celles qui assurent directement le transport passif des ions: les protéines-canaux et celles qui modulent ce transport: les récepteurs liés aux protéines G. Les protéines-canaux ont une structure tridimensionnelle qui délimite un pore aqueux au travers duquel passent sélectivement certains ions. Elles assurent elles-mêmes le passage des ions à travers la membrane - elles sont aussi appelées canaux ioniques. Leur ouverture est étroitement régulée : soit par un changement du potentiel de membrane : ce sont les canaux sensibles au voltage soit par la fixation d'un ligand (neurotransmetteur) : ce sont les récepteurs-canaux. Les protéines réceptrices (ligand = neurotransmetteur ou signal sensoriel) liées aux protéines G ou récepteurs liés aux protéines G ont pour rôle de moduler l'ouverture des canaux ioniques, dont elles sont complètement distinctes. Cette modulation s'effectue par l'intermédiaire d'une protéine G (protéine "collée"), qui a la propriété de lier le GTP (Guanosine Triphosphate). LES PROTÉINES DU TRANSPORT ACTIF Elles ont besoin d'énergie pour fonctionner. Les pompes utilisent l'énergie fournie par l'hydrolyse de l'ATP. Les transporteurs utilisent l'énergie d'un gradient ionique comme le gradient sodium par exemple

LES PROTÉINES QUI ASSURENT OU MODULENT LE TRANSPORT IONIQUE PASSIF SONT RESPONSABLES DES PROPRIÉTÉS ÉLECTRIQUES DU NEURONE

LES CANAUX SENSIBLES AU VOLTAGE SONT RESPONSABLES DES PROPRIÉTÉS D'EXCITABILITÉ DU NEURONE Selon la valeur du potentiel de membrane (Vm), ces canaux sont dans un état où le pore aqueux est ouvert (passage des ions) ou dans un état où le pore aqueux est fermé. Les changements de conformation de ces protéines transmembranaires dépend des variations du potentiel de membrane. Le pore aqueux des canaux sensibles au voltage est essentiellement perméable à un seul type d'ions (Na+, Ca2+ ou K+). Le rôle des canaux Na+ sensibles au voltage (canaux Na+ voltage dépendants) est de générer et de propager le potentiel d'action. Le rôle des canaux Ca2+ sensibles au voltage (canaux Ca2+ voltage dépendants) est de faire entrer les ions Ca2+dans le milieu intracellulaire, ions Ca2+ qui vont intervenir dans la régulation de nombreuses réactions intracellulaires (libération du neurotransmetteur par l'élément présynaptique). LES RÉCEPTEURS DES NEUROTRANSMETTEURS (RÉCEPTEURS-CANAUX & RÉCEPTEURS LIÉS AUX PROTÉINES G) ASSURENT LA TRANSMISSION SYNAPTIQUE ET SA MODULATION Les récepteurs-canaux sont des canaux ouverts par un ligand (neurotransmetteur). La structure tridimensionnelle de ces protéines transmembranaires délimite un pore aqueux et comporte, du côté extracellulaire, un ou plusieurs sites récepteurs du neurotransmetteur. Sites récepteurs du neurotransmetteur et canal ionique font partie d'une même et unique protéine. Lorsque le neurotransmetteur se fixe sur son ou ses sites récepteurs, la protéine change de conformation et évolue transitoirement vers un état où le pore aqueux est ouvert. Certains canaux sont perméables aux cations (Na+, K+, Ca2+) (®nicotiniques à l'acétylcholine); d'autres sont plus sélectifs ( ® GABA-A & ® à la glycine : perméables aux ions Cl-). Les récepteurs-canaux assurent la transmission synaptique rapide en provoquant une augmentation rapide de la perméabilité ionique en réponse à la fixation du neurotransmetteur. En réponse à la fixation du ligand (neurotransmetteur - signal sensoriel), les récepteurs liés aux protéines G modulent les propriétés des canaux ioniques. Ils sont totalement distincts des canaux ioniques et exercent leurs effets via une protéine périphérique "collée" du côté cytoplasmique appelée protéine G car elle lie le GTP. Le récepteur activé par la fixation du neurotransmetteur active une protéine G qui module directement ou indirectement (via un second messager) l'ouverture des canaux ioniques. Les protéines G convertissent et amplifient le signal ( ®muscariniques à l'acétylcholine - ® GABA-B). Ils assurent une transmission synaptique lente et interviennent aussi dans la régulation de la libération du neurotransmetteur par l'élément présynaptique.

Le récepteur muscarinique à l'acétylcholine Iconographie personnelle - Dr. D. Rose

LES PROTÉINES QUI ASSURENT LE TRANSPORT IONIQUE ACTIF PERMETTENT LE MAINTIEN DES DIFFÉRENCES DE CONCENTRATIONS IONIQUES ENTRE LES MILIEUX INTRACELLULAIRE ET EXTRACELLULAIRE

Ces protéines assurent le transport actif des ions à contre-courant de leurs flux diffusionnels ou flux passifs. Ce transport actif nécessite de l'énergie pour s'opposer au gradient électro-chimique des ions transportés.

LES POMPES UTILISENT L'ÉNERGIE FOURNIE PAR L'HYDROLYSE DE L'ATP La pompe Na/K/ATPase rétablit continuellement l'inégalité de répartition des ions Na+ et K+ de part et d'autre de la membrane. Elle fonctionne à un rythme plus ou moins rapide, s'adaptant à l'activité électrique du neurone. La pompe Ca/ATPase participe au maintien de la concentration cellulaire en ions Ca2+ à un niveau très faible (10-4 mmol/l), en dépit des entrées d'ions Ca2+ (canaux Ca2+) et de la libération intracellulaire d'ions Ca2+ par le réticulum endoplasmique. La moindre élévation du Ca2+i contrôle un grand nombre de réactions intracellulaires (contraction musculaire).

Iconographie personnelle - Dr. D. Rose

LES TRANSPORTEURS UTILISENT L'ÉNERGIE FOURNIE PAR LE GRADIENT ÉLECTROCHIMIQUE DES IONS Na+ ou H+ Symport : Les co-transporteurs Na/neurotransmetteur transportent les molécules de neurotransmetteur présentes dans la fente synaptique vers le cytoplasme de l'élément présynaptique : c'est la recapture du neurotransmetteur (catécholamines, glutamate/aspartate, GABA). Certains précurseurs de la synthèse des neurotransmetteurs (choline, tyrosine) sont captés selon le même mécanisme. Antiport : L'échangeur Na/Ca transporte activement les ions Ca2+ à l'extérieur de la cellule. RÉGIONALISATION DES DIFFÉRENTS CANAUX IONIQUES DANS LA MEMBRANE PLASMIQUE NEURONALE Canaux Na Vm - dépendants Genèse et Propagation des Potentiels d'action  Segment initial Noeuds de Ranvier Tout au long de l'axone  Canaux Ca Vm - dépendants Entrée de Calcium Libération du Neurotransmetteur  Elément Pré-synaptique  Récepteurs liés aux Protéines G Transmission synaptique Controle présynaptique de la libération du neurotransmetteur  Elément Post-synaptique Elément Pré-synaptique Iconographie personnelle - Dr. D. Rose