De l’influx nerveux à la synapse : comprendre la transmission neuronale – Niveau 2
💡 Comment les neurones génèrent de l’électricité
Dans un fil électrique, le courant est produit par le mouvement coordonné des électrons libres qui avancent dans la même direction, en se repoussant mutuellement. Ce déplacement est guidé par une différence de potentiel (souvent créée par une pile ou un générateur).
Chez les neurones, c’est un peu différent : ce ne sont pas des électrons, mais des mouvements d’ions (comme Na⁺, K⁺)qui génèrent des signaux électriques. Et deux types de protéines membranaires sont essentielles pour orchestrer ces mouvements :
🌀 1. Les canaux ioniques
Ces protéines sont intégrées dans la membrane du neurone. Elles s’ouvrent et se ferment comme des portes, laissant passer certains ions en fonction :
- de leur type (sélectivité), (NA+, CA2+, Cl-…)
- de leur gradient de concentration (différence de nombre entre l’intérieur et l’extérieur),
- ou du voltage de la membrane, (-70 mV, 0 mV..)
Résultat : les ions entrent ou sortent, et ce flux crée des variations de charge électrique → Ils maintiennent la perméabilité sélective.
Ils existent différents type de canaux ioniques avec leur spécificité
Exemple:
Canaux ioniques dépendants du voltage = S’ouvrent en fonction du voltage de le cellule
Canaux ioniques activés par des ligands (signaux chimiques) = S’ouvrent en fonction des neurotransmetteurs
Canaux ioniques activés par l’étirement ou la chaleur = Si on reçoit une information douloureuse par pincement de la peau (par exemple), les canaux ioniques s’activeront
🔋 2. Les transporteurs actifs
Eux, ils ne laissent pas passer passivement les ions. Ils utilisent de l’énergie (ATP) pour pousser les ions à contre-courant de leur gradient. Leur rôle est de maintenir les différences de concentration (gradient de concentration) entre l’intérieur et l’extérieur du neurone — un peu comme une pompe qui maintient un réservoir plein d’un côté.
Il en existe aussi différentes sortes:
Pompes ATPases puisent leur énergie dans l’hydrolyse de l’ATP
Le plus connu est la pompe NA+/K+ (jusqu’à deux tiers de la conso d’énergie du cerveau !)
L’évacuation du NA+ exigent de l’ATP (2 ions K+ rentrent et 3 NA+ sortent)
Et, les Échangeurs d’ions = dépendent du gradient électrochimique comme source d’énergie
déplace un ion à son encontre de gradient tout en amenant un autre avec lui souvent du NA+ dans le sens de son gradient
(Ex: échangeurs NA+ CA2+)
⚡ Ensemble, ils créent l’électricité neuronale
Les canaux et les transporteurs actifs travaillent ensemble :
- Les transporteurs créent les conditions de déséquilibre (les gradients),
- Les canaux permettent aux ions de se déplacer.
Ce mécanisme est à la base de l’excitabilité neuronale, du potentiel d’action et de toute la communication électrique dans le cerveau.
Ces deux acteurs sont complémentaires et créent les signaux électriques.
🧗♂️ 1. La pente de montagne
Imagine une montagne :
- En haut : beaucoup de billes
- En bas : aucune bille
🔁 Monter les billes en haut = ça coûte de l’énergie (transporteurs actifs).
⬇️ Laisser descendre = diffusion passive (canaux ioniques).
Base ionique du potentiel d’action:
Le potentiel d’action (PA) est un signal électrique que les neurones utilisent pour transmettre de l’information. Ce signal résulte des mouvements d’ions à travers la membrane neuronale, principalement de deux acteurs majeurs : les ions sodium (Na⁺) et potassium (K⁺).
Dans un neurone au repos, la concentration de K⁺ est élevée à l’intérieur de la cellule, tandis que celle de Na⁺ est élevée à l’extérieur. Cette différence crée un potentiel de repos autour de -70 mV.
La dépolarisation
Quand une stimulation (ex : mémoire, bouger son corps…) atteint le neurone et dépasse un certain seuil, cela provoque l’ouverture des canaux Na⁺. Les ions sodium entrent massivement dans la cellule (le neurone), ce qui rend l’intérieur de la membrane temporairement plus positif que l’extérieur. Ce phénomène s’appelle la dépolarisation. C’est l’étape qui va créer le signal électrique.
🔄 Repolarisation
Rapidement après, les canaux Na⁺ se ferment et les canaux K⁺ s’ouvrent et découle doucement. Le potassium rentre dans la cellule, ce qui permet de rétablir la charge négative à l’intérieur de la membrane.
🔻 Hyperpolarisation
La sortie de K⁺ se poursuit un peu trop longtemps, ce qui rend l’intérieur de la cellule encore plus négatif que le potentiel de repos, en dessous encore de -70 mV. C’est ce qu’on appelle l’hyperpolarisation. Cette phase rend temporairement le neurone non excitable, c’est-à-dire qu’il sera impossible de déclencher un nouveau potentiel d’action immédiatement après.
⚖️ La loi du tout ou rien
L’amplitude d’un potentiel d’action est toujours la même, quel que soit le stimulus, tant qu’il atteint le seuil. Autrement dit, soit un potentiel d’action est déclenché, soit il ne l’est pas : il n’y a pas de « petit » ou de « gros » potentiel d’action.
🔑 Les clés du potentiel d’action
Les changements de perméabilité aux ions Na⁺ et K⁺ sont nécessaires et suffisants pour générer un potentiel d’action. C’est ce jeu d’ions qui crée l’influx nerveux, base de la communication neuronale.
Résumé:
- entrée de NA+ massive
- Arrêt de NA+ et entrée de K+ lente
- les canaux K+ restent ouvert alors hyperpolarisation
- période réfractaire, le neurone n’est pas excitable tout de suite, il lui faut un temps de repos (entre 1 et 4 ms)
⚡ Propagation du potentiel d’action dans un neurone
Le potentiel d’action se propage localement le long de la membrane du neurone. Concrètement, un potentiel d’action apparaît d’abord sur une région de la membrane où se trouvent des canaux ioniques activés. Ce signal électrique se transmet ensuite aux zones voisines, toujours sur la même membrane, créant une vague de dépolarisation qui avance progressivement.
(Les canaux NA+ s’ouvre, crée un signal électrique, se propage passivement aux autres canaux ioniques, puis propagation active quand ils recréent un potentiel d’action (donc laisse rentrer à leur tour beaucoup de NA+), et ainsi de suite)
🦘 La conduction saltatoire : le « saut » d’un nœud de Ranvier à un autre
Vu que les neurones restent de faibles conducteurs, il existe la gaine de myéline. C’est une gaine isolante qui permet au courant propagé par les neurones de ne pas se perdre et d’aller plus vite. Dans ces neurones, la propagation agit par conduction saltatoire. Organisée par des espaces appelés nœuds de Ranvier.
- Les canaux sodiques nécessaires à la génération du potentiel d’action se trouvent uniquement au niveau de ces nœuds.
- Le potentiel d’action « saute » donc de nœud en nœud, car le courant électrique ne peut traverser la membrane qu’à ces points précis.
Cette conduction saltatoire permet une transmission plus rapide et plus efficace des signaux nerveux.
🚀 La taille, un facteur de vitesse
Enfin, plus le diamètre de l’axone est important, plus la propagation du signal est rapide. Cela s’explique par une résistance interne plus faible au passage du courant électrique.
📊 Comparaison des vitesses
| Type de neurone | Vitesse de conduction |
| Myélinisé | Jusqu’à 120 m/s |
| Non myélinisé | Environ 0,5 à 2 m/s |
| Type de neurone | Fonction | Type de fibre | Vitesse (m/s) |
| Neurone moteur | Mouvement volontaire | Aα | 80–120 |
| Neurone sensitif | Proprioception (muscle, tendon) | Ia / Ib (Aα) | 80–120 |
| Neurone sensitif | Toucher, pression | Aβ | 35–90 |
| Neurone sensitif | Douleur aiguë, froid | Aδ | 5–35 |
| Neurone sensitif | Douleur lente, chaud, viscères | C | 0.5–2 |
Sommation:
Un neurone ne déclenche pas un potentiel d’action à la moindre stimulation. Il doit d’abord intégrer plusieurs signaux, excitateurs ou inhibiteurs, reçus de ses neurones voisins. Ce processus s’appelle la sommation. Il en existe deux types :
- La sommation spatiale : plusieurs signaux arrivent en même temps depuis différents endroits (différents neurones).
- La sommation temporelle : plusieurs signaux arrivent très rapidement depuis le même endroit (même neurone souvent).
Si la somme de ces signaux dépasse un certain seuil, le neurone déclenche alors un potentiel d’action.
La fréquence, l’intensité, et la durée de ces sommations jouent un rôle dans la création de plusieurs PA.
exemple:
Un gros courant = un PA
Un petit courant qui dépasse le seuil limite = un PA
Plein de stimulation au même endroit = plus de chances d’avoir plusieurs PA
Plein de stimulation en même temps (à quelques millisecondes d’intervalle) = plus de chances d’avoir plusieurs PA
Un PPSE (potentiel post-synaptique excitateur) est un courant dans le neurone post-synaptique (le deuxième neurone), s’il est excitateur il facilite le PA. Si, c’est un PPSI (inhibiteur), alors il empêche le PA.
Un PPSE seul ne fait rien, il est infraliminaire pour déclencher un PA
Il y a un combat entre les PPSE excitateurs et inhibiteurs.
Un PPSE est une petite dépolarisation locale dans le neurone postsynaptique, si plusieurs se s’additionnent alors peut conduire à un PA
La synapse électro-chimique:
Nous avons vu comment se crée les potentiels d’action, maintenant nous allons voir comment ils se propagent entre plusieurs neurones.
🔄 Les étapes de la transmission synaptique
- Le potentiel d’action (PA) envahit la terminaison présynaptique (NPS1).
- Cela provoque l’ouverture des canaux calciques voltage-dépendants.
- L’entrée de Ca²⁺ dans la cellule par les canaux calciques
- Le CA2+ fait fusionner les vésicules avec la membrane présynaptique.
- Les neurotransmetteurs se lient aux récepteurs situés sur la membrane postsynaptique.
- Le flux d’ions génère un PPS qui peut être soit excitateur (dépolarisation), soit inhibiteur (hyperpolarisation) pour la cellule cible.
- Enfin, les neurotransmetteurs sont dégradés ou recapturés dans la fente synaptique, mettant fin au signal.
Rôle du CA2+ avec les vésicules:
Etape 1: Phosphorylation de la synapsine par une protéine kinase pour que les vésicules accrochés se délient
Etape 2: Arrimage des vésicules par des protéines SNARE
Etape 3: Création du complexe CA2+ / Synaptotagmine
Étape 4: Le complexe s’insère dans la membrane, la courbe, et provoque la fusion entre la membrane neuronale et la vésicule.
Etape 5: La fusion induit l’exocytose
Les seconds messagers:
Nous avons parlé du calcium comme second messager, mais il en existe d’autres. Comme – – l’AMPc (adénosine monophosphate cyclique)
– GMPc (guanosine monophosphate cyclique).
Tous deux sont des nucléotides cycliques qui agissent sur des protéines kinases ou activent des canaux (laisser passer des ions d’une sorte pour réguler l’excitation neuronale et en activant la PKA, joue un rôle dans la phosphorylation du CREB) . Tous les seconds messagers peuvent agir en même temps puis seront dégradés.
Protéine kinases et phosphatase:
En général, la cible des seconds messagers dans les neurones sont les protéines kinase et phosphatase, elles vont moduler l’état de phosphorylation des protéines intracellulaires.
La phosphorylation consiste à ajouter un groupement phosphate à une protéine, ce qui modifie sa fonction de manière réversible. C’est ce qu’on appelle une modification post-traductionnelle.
La protéine-kinase prend le groupement phosphate de l’ATP pour le transférer sur le substrat (protéine). Protéine + ATP -> Protéine-P + ADP (qui a perdu son groupement phosphate)
Pourquoi phosphoryler une protéine ? :
Pour activer, inhiber, changer sa conformation, sa localisation…
Exemple de protéines-kinases:
–PKA (activé par l’AMPc)
–CAMKII ( protéine-kinases CA2+ calmoduline dépendante de type II)
Exemple de ce qu’ils font:
Les kinases sont contrôlés par les seconds messagers (comme le CA2+, l’AMPc, la GMPc). Ils ont deux domaines clés. Un domaine de régulation, et un site catalytique (responsable de la phosphorylation).
Le domaine de régulation inhibe le site catalytique tant qu’aucun second messager a activé la protéine-kinase. Quand, elle est activée par liaison du second messager au domaine de régulation alors cela lève l’inhibition et la PK peut commencer à phosphoryler des protéines.
(Quand elle est activée par l’AMPc, les sous-unités régulatrices de PKA s’en vont phosphoryler des protéines spécifiques)
Les protéines phosphatases ont l’effet inverse des PK, elles déphosphorylent les protéines. Pour les mêmes raisons que les PK. C’est-à-dire, désactiver, inhiber…
Exemple de protéine-phosphatases:
–PP1
–PP2A
Elles ont aussi un domaine régulateur et catalytique qui va enlever le groupement phosphate.
Ce processus de kinases/phosphatases agit notamment sur les canaux ioniques (qui sont des protéines intégrées dans la membrane neuronale) ou sur certains récepteurs. En modifiant leur état, on peut augmenter leur conductivité ou leur sensibilité. Cela renforce la transmission synaptique, par exemple en :
- modulant l’activité des canaux ioniques,
- augmentant la libération de neurotransmetteurs du côté présynaptique,
- ou amplifiant la réponse postsynaptique.
Ainsi, ce système permet de réguler et ajuster finement la transmission synaptique, selon les besoins du neurone.
Signalisation nucléaire:
🧠 Facteurs de transcription : pour des changements durables dans le neurone
Les seconds messagers (SM) ne se contentent pas d’actions rapides à la surface du neurone. Ils peuvent aussi déclencher des changements durables en activant des facteurs de transcription, c’est-à-dire des protéines qui contrôlent l’expression des gènes.
🧬 Ces facteurs vont stimuler la synthèse de nouveaux ARN messagers et de nouvelles protéines. Ce processus est plus lent (il faut environ 30 à 60 minutes pour produire les protéines), mais il permet d’ancrer des modifications à long terme dans le fonctionnement neuronal.
ÉTAPES
-Décondensation de la chromatine pour voir les sites de liaison
-Un facteur de transcription se fixe sur une région (promoteur SPA)
-Facteur de transcription se lie à des coactivateurs
-l’ARN polymérase peut se lier et commencer la transcription (synthèse ARN puis des protéines)
💡 Contrairement aux mécanismes rapides qui modifient des protéines déjà présentes, cette voie génomique agit en créant de nouvelles protéines, ce qui peut :
- stabiliser les changements synaptiques,
- participer à des processus comme la mémoire à long terme (MLT), la potentialisation à long terme (PLT),
- ou renforcer des apprentissages complexes comme le conditionnement ou la mémoire spatiale.
🔄 C’est donc une réponse plus lente, mais essentielle pour consolider durablement les adaptations du cerveau.
Exemple du facteur de transcription de la CREB
-la CREB (PKA qui phosphoryle le CREB pour potentialiser la transcription)
la phosphorylation de CREB doit être maintenue longtemps pour que la transcription s’effectue
Conclusion:
En résumé, la transmission synaptique part de mouvements d’ions servant à créer un potentiel d’action, l’influx électrique. Ses influx peuvent aller plus ou moins vite selon le neurone et sa myélinisation. Pour le transmettre aux autres neurones, il y a une cascade de réactions impliquant des protéines, des seconds messagers (CA2+ par exemple)…
Tout ça est régulé et modulé par diverses protéines comme les kinases (protéine K) et phosphatases (protéine P). Enfin, les facteurs de transcription permettent de créer de nouvelles protéines et consolider les changements dans le cerveau. Tout cela implique énormément d’acteurs et établit les bases de la communication neuronale dans l’encéphale.
Référence:
Purves, D. (Éd.). (2018). Neuroscience (6ᵉ éd., chapitre sur la transmission synaptique). Oxford University Press.
