Exercice 1 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Métropole Bis remplacement 2025

Montrer que l'action des substances exogènes sur le cerveau s'explique par la structure et le fonctionnement des synapses.

Réponse : Introduction Le système nerveux central traite les informations et contrôle les comportements grâce à un réseau de neurones reliés par des synapses chimiques. Des substances exogènes (médicaments, drogues) peuvent modifier la perception, l'humeur, la motricité ou le comportement en perturbant cette communication. Comment la structure et le fonctionnement des synapses expliquent-ils l'action de ces substances sur le cerveau ? 1. Structure et fonctionnement d'une synapse chimique * Structure : une synapse comprend trois éléments. * Une terminaison présynaptique, qui contient des vésicules remplies de neurotransmetteur (acétylcholine, dopamine, GABA…). * Une fente synaptique d'environ 20 nm. * Une membrane postsynaptique, qui porte des récepteurs spécifiques (canaux ioniques chimiodépendants ou récepteurs couplés aux protéines G). * Fonctionnement : 1. L'arrivée de potentiels d'action dans la terminaison présynaptique ouvre des canaux calciques voltage-dépendants, ce qui provoque une entrée de $Ca^{2+}$. 2. Le $Ca^{2+}$ déclenche l'exocytose des vésicules et la libération du neurotransmetteur. Le message électrique, codé en fréquence de potentiels d'action, devient un message chimique codé en concentration. 3. Le neurotransmetteur se fixe de façon spécifique, comme une clé dans une serrure, sur ses récepteurs postsynaptiques. Il provoque soit une dépolarisation (PPSE), soit une hyperpolarisation (PPSI). Le neurone postsynaptique intègre ces potentiels et émet ou non des potentiels d'action. 4. Le neurotransmetteur est ensuite éliminé de la fente, soit par dégradation enzymatique (acétylcholinestérase), soit par recapture par des transporteurs présynaptiques (transporteur de la dopamine DAT). * Observations : l'électronographie montre les vésicules et la fente synaptique. L'injection de neurotransmetteur dans la fente reproduit la réponse postsynaptique, même sans stimulation présynaptique. 2. Les substances exogènes agissent sur les étapes de la transmission synaptique Chaque étape de la transmission repose sur une protéine (récepteur, transporteur, enzyme) qui reconnaît une molécule par sa forme. Une substance de forme proche peut donc interférer avec ces étapes. * Agonistes : la substance a une conformation proche de celle du neurotransmetteur. Elle se fixe sur son récepteur et l'active. * *Exemple :* la nicotine se fixe sur les récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine dans l'aire tegmentale ventrale (ATV). Elle active les neurones dopaminergiques et augmente la libération de dopamine dans le noyau accumbens. * *Exemple :* la morphine (et l'héroïne) se fixe sur les récepteurs opioïdes et mime les endorphines, d'où son effet analgésique et euphorisant. * *Exemple :* le THC du cannabis active les récepteurs cannabinoïdes. * Antagonistes : la substance se fixe sur le récepteur sans l'activer et empêche l'action du neurotransmetteur. * *Exemple :* le curare bloque les récepteurs nicotiniques de la plaque motrice. Il provoque une paralysie, et la stimulation du nerf n'entraîne plus de contraction. * *Exemple :* certains neuroleptiques bloquent les récepteurs de la dopamine. * Inhibition de la recapture ou de la dégradation : le neurotransmetteur reste plus longtemps et en plus grande concentration dans la fente. La stimulation postsynaptique est donc amplifiée et prolongée. * *Exemple :* la cocaïne bloque les transporteurs DAT de recapture de la dopamine. * *Exemple :* les antidépresseurs de type ISRS (fluoxétine) bloquent la recapture de la sérotonine. * *Exemple :* certains insecticides organophosphorés inhibent l'acétylcholinestérase. * Action sur la libération : les amphétamines provoquent la libération massive de dopamine. * Modulation de récepteurs : les benzodiazépines et l'alcool renforcent l'effet du GABA, inhibiteur, sur ses récepteurs, d'où leur effet sédatif. 3. Conséquences : circuit de la récompense et addiction De nombreuses drogues (nicotine, cocaïne, opiacés, alcool, cannabis) augmentent, directement ou indirectement, la concentration de dopamine dans le circuit de la récompense (ATV → noyau accumbens → cortex préfrontal). * Expérience : un rat équipé d'électrodes dans ce circuit appuie sans cesse sur un levier qui provoque son autostimulation (expérience d'Olds et Milner). Un rat peut aussi s'auto-administrer de la cocaïne. * Observations : l'imagerie cérébrale (TEP, IRMf) montre l'activation de ces aires après la prise de drogue. * Adaptation synaptique : une exposition répétée entraîne une diminution du nombre de récepteurs (désensibilisation). Il en résulte une tolérance, qui pousse à augmenter les doses, une dépendance et un syndrome de manque à l'arrêt. Ces effets illustrent la plasticité synaptique. Conclusion Les substances exogènes agissent parce que la transmission synaptique repose sur des molécules chimiques reconnues par des protéines spécifiques. Selon l'étape ciblée, elles miment le neurotransmetteur (agonistes), le bloquent (antagonistes) ou modifient sa libération, sa recapture ou sa dégradation. Elles amplifient ou suppriment ainsi le message nerveux. Leur action prolongée modifie durablement les synapses, ce qui explique la dépendance.