Synapse chimique

Types de synapses

Il existe deux principaux types de synapses dans le système nerveux : les synapses chimiques et les synapses électriques.

Les synapses chimiques sont les plus courantes chez l'humain. Elles transmettent des signaux par l'intermédiaire de neurotransmetteurs qui traversent la fente synaptique pour se lier à des récepteurs situés sur la membrane postsynaptique. Ce mode de communication permet une transmission unidirectionnelle, garantissant que l'influx nerveux circule dans un seul sens, du neurone présynaptique au neurone postsynaptique.

Les synapses électriques quant à elles transmettent les signaux directement via un courant ionique à travers les jonctions communicantes, assurant une transmission bidirectionnelle presque instantanée.

Structure des synapses chimiques

La synapse chimique se compose de plusieurs éléments clés :

• La terminaison présynaptique : Également appelée bouton présynaptique, elle est située le long d'un axone ou à son extrémité terminale. Elle est densément remplie de mitochondries et contient des vésicules synaptiques ; des sacs membranaires qui stockent les neurotransmetteurs. Cette terminaison abrite également des canaux calciques tensiodépendants.
• Neurotransmetteurs : Ces molécules chimiques agissent comme des messagers qui transmettent l'information entre les deux cellules impliquées dans la synapse chimique. Elles peuvent être classées en quatre catégories selon leur structure chimique :
  1. Monoamines (dopamine, adrénaline, noradrénaline, histamine et sérotonine)
  2. Acides aminés (glutamate, GABA et glycine) ;
  3. Neuropeptides (substance P, neuropeptide Y, endorphines, enképhalines, vasopressine et ocytocine) ;
  4. Autres (acétylcholine, oxyde nitrique, endocannabinoïdes).
• La fente synaptique : Un espace étroit, d'environ 20 à 30 nm de large, entre les membranes présynaptique et postsynaptique. Il permet aux neurotransmetteurs de diffuser jusqu'au neurone postsynaptique, assurant ainsi une régulation précise de leur concentration.
• La membrane postsynaptique : Elle contient des récepteurs protéiques qui se lient aux neurotransmetteurs libérés par la terminaison présynaptique. Selon leur mode d'action, ces récepteurs peuvent être :
  1. Récepteurs ionotropes : Canaux à ligand qui ouvrent directement les canaux ioniques lors de la liaison du neurotransmetteur.
  2. Récepteurs métabotropiques : Récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) qui initient des cascades de signalisation, conduisant à l'activation des canaux ioniques et induisant des changements métaboliques intracellulaires.

Explorez les synapses neuronales et les neurotransmetteurs avec ces unités d'étude :

Transmission synaptique chimique

Lorsqu'un potentiel d'action atteint la terminaison axonale d'un neurone, il active les canaux calciques tensiodépendants. Cela entraîne l'entrée d'ions Ca²⁺ dans le terminal présynaptique. L'augmentation de la concentration d’ions Ca²⁺ au niveau du terminal présynaptique déclenche le déplacement des vésicules synaptiques (minuscules sacs remplis de neurotransmetteurs) vers la membrane et la libération de leur contenu dans la fente synaptique. La quantité de neurotransmetteur libérée est directement proportionnelle à la concentration d’ions Ca²⁺.

Une fois dans la fente synaptique, les neurotransmetteurs traversent l’espace et se lient aux récepteurs correspondants sur la membrane postsynaptique, transmettant le signal au neurone suivant. Les neurotransmetteurs sont ensuite soit réabsorbés par le neurone présynaptique ou dégradés par des enzymes.

Dans le neurone présynaptique, les vésicules vides sont recyclées et remplies de nouveaux neurotransmetteurs, prêts pour un autre cycle de signalisation. Chaque vésicule peut transporter entre 2 000 et 10 000 molécules de neurotransmetteur, et le terminal présynaptique contient suffisamment de vésicules pour effectuer jusqu'à 10 000 potentiels d'action.

Neurorécepteurs

Les neurotransmetteurs se lient aux récepteurs de la membrane postsynaptique, dans un système de clé-serrure. Ces récepteurs ont deux composants principaux : un site de liaison externe qui se projette dans la fente synaptique et une structure interne qui traverse la membrane cellulaire.

Il existe deux principaux types de neurorécepteurs :

• Récepteurs ionotropes : Ce sont des canaux ioniques ligand-dépendants qui s'ouvrent directement lorsqu'un neurotransmetteur s'y attache. Cela permet aux ions de traverser rapidement la membrane, entraînant une réponse postsynaptique rapide. On peut citer comme exemples les récepteurs AMPA et NMDA du glutamate, ainsi que les récepteurs GABAA.
• Récepteurs métabotropiques : Ces récepteurs ne forment pas de canaux ioniques. Ils déclenchent une cascade d'événements intracellulaires, entraînant des changements métaboliques dont les effets sont plus lents mais plus durables. Parmi les récepteurs métabotropiques, on trouve les récepteurs métabotropiques du glutamate (mGluR) et les récepteurs GABAB​.

La signalisation métabotropique consiste en plusieurs étapes :

• Le neurotransmetteur (premier messager) se lie à un récepteur transmembranaire sur la surface extracellulaire.
• Cela active une protéine G associée (une GTPase) du côté intracellulaire de la membrane.
• La protéine G active ensuite une protéine effectrice, généralement une enzyme, qui catalyse la production d'un « second messager » à l'intérieur de la cellule
• La protéine G active ensuite une protéine effectrice, généralement une enzyme, qui catalyse la production d'un « second messager » à l'intérieur de la cellule.
• Ces seconds messagers peuvent provoquer des changements métaboliques généralisés au sein de la cellule et peuvent également influencer les canaux ioniques, modulant ainsi l’activité du neurone postsynaptique.

Synapses excitatrices VS inhibitrices

Les synapses chimiques sont classées comme excitatrices ou inhibitrices en fonction de leurs effets sur la cellule postsynaptique. Les synapses excitatrices ouvrent les canaux Na⁺ ou Ca²⁺, augmentant la concentration intracellulaire de cations et provoquant une dépolarisation de la membrane postsynaptique. Ceci rapproche le potentiel membranaire du seuil de déclenchement d'un potentiel d'action. À l’inverse, les synapses inhibitrices ouvrent les canaux Cl⁻ ou K⁺, provoquant une hyperpolarisation et rendant le neurone moins susceptible de se déclencher.

Le caractère excitateur ou inhibiteur d'une synapse dépend :

• Du neurotransmetteur libéré par la terminaison présynaptique.
• Du type de récepteur sur la membrane postsynaptique.

Ces deux facteurs sont étroitement liés au type de neurone impliqué. Les neurones sont souvent classés selon le neurotransmetteur qu'ils synthétisent et libèrent, ce qui influence conséquemment le type de synapses qu'ils forment :

• Les neurones glutamatergiques libèrent du glutamate, le principal neurotransmetteur excitateur du système nerveux central (SNC).
• Les neurones GABAergiques libèrent du GABA, le principal neurotransmetteur inhibiteur du SNC.
• Les neurones dopaminergiques libèrent de la dopamine, qui peut agir comme neurotransmetteur excitateur ou inhibiteur selon le récepteur auquel elle se lie :
  - Les récepteurs D1 assurent les effets excitateurs.
  - Les récepteurs D2 assurent les effets inhibiteurs.

Synapses chimiques VS électriques

Les synapses chimiques et électriques diffèrent sur plusieurs aspects primordiaux. Les synapses chimiques utilisent des neurotransmetteurs pour envoyer des signaux à travers la fente synaptique, tandis que les synapses électriques transmettent les signaux directement par des courants ioniques via des jonctions communicantes. Chez l'humain, les synapses chimiques sont prédominantes, car elles s’occupent du traitement complexe requis par le système nerveux.

L'un des principaux avantages des synapses chimiques est leur capacité à assurer une transmission unidirectionnelle de l'influx nerveux : les neurotransmetteurs sont libérés à partir de la membrane présynaptique et se lient aux récepteurs de la membrane postsynaptique, empêchant ainsi la signalisation en sens inverse. Les synapses électriques quant à elles permettent une transmission bidirectionnelle du signal, ce qui ne permet pas un contrôle fin.

Par ailleurs, les synapses chimiques offrent une spécificité élevée grâce à la grande variété de neurotransmetteurs et de récepteurs leur correspondant, permettant une diversité de réponses neuronales toute aussi élevée. Les synapses électriques, quant à elles, offrent un mode de transmission plus direct, avec une modulation limitée, qui est moins adapté aux traitements complexes.

Néanmoins, puisque la libération, la diffusion et la liaison aux neurorécepteurs prennent du temps, les synapses chimiques transmettent les signaux plus lentement que les synapses électriques, qui permettent une transmission quasi instantanée par flux ionique direct.

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