Exercice 1 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Polynésie 2024 (jour 2)

Expliquer aux échelles moléculaire et cellulaire comment l'étirement des récepteurs sensoriels d'un muscle entraîne sa contraction.

Réponse : Introduction : le réflexe myotatique est la contraction involontaire d'un muscle en réponse à son propre étirement. On l'observe avec le réflexe rotulien : un choc sur le tendon rotulien étire le quadriceps, qui se contracte et provoque l'extension de la jambe. Ce réflexe intervient dans le maintien de la posture. Comment l'étirement des fuseaux neuromusculaires conduit-il à la contraction du muscle ? 1. Le récepteur : le fuseau neuromusculaire - Observation : les fuseaux sont des fibres musculaires modifiées, entourées par les terminaisons d'un neurone sensitif (fibre Ia). - Échelle moléculaire : l'étirement ouvre des canaux ioniques mécanosensibles. L'entrée de cations crée une dépolarisation locale, le potentiel de récepteur, dont l'amplitude dépend de l'intensité de l'étirement. - Échelle cellulaire : au-delà du seuil, des potentiels d'action naissent sur la fibre sensitive. Leur amplitude est constante ; c'est leur fréquence qui code l'intensité de l'étirement. - Expérience : un enregistrement sur une fibre sensitive montre que la fréquence des potentiels d'action augmente avec l'étirement. - Le corps cellulaire du neurone sensitif se trouve dans le ganglion rachidien. 2. Le centre nerveux : la moelle épinière - Expériences de Magendie : la section des racines dorsales abolit la sensibilité et le réflexe ; la section des racines ventrales abolit la motricité et le réflexe. Le message entre donc par la racine dorsale et ressort par la racine ventrale. - Le délai synaptique est d'environ 0,5 ms. La latence très courte du réflexe montre qu'il n'existe qu'une seule synapse entre le neurone sensitif et le motoneurone alpha du même muscle : le réflexe est monosynaptique. - Échelle moléculaire à la synapse, étape par étape : • l'arrivée des potentiels d'action dans la terminaison présynaptique ouvre des canaux calciques voltage-dépendants, et le Ca²⁺ entre ; • les vésicules libèrent par exocytose un neurotransmetteur excitateur (glutamate) ; • celui-ci se fixe sur des récepteurs-canaux postsynaptiques, ce qui produit une dépolarisation appelée PPSE ; • le motoneurone intègre les PPSE par sommation ; si le seuil est atteint au cône d'émergence, il émet des potentiels d'action. - Le neurone sensitif agit aussi, via un interneurone inhibiteur, sur le motoneurone du muscle antagoniste, qui se relâche : c'est l'innervation réciproque. 3. L'effecteur : la jonction neuromusculaire et la fibre musculaire - Le message moteur est conduit par l'axone du motoneurone jusqu'à la plaque motrice. - Il y déclenche l'exocytose d'acétylcholine. - L'acétylcholine se fixe sur les récepteurs nicotiniques du sarcolemme. L'entrée de Na⁺ provoque une dépolarisation, puis un potentiel d'action musculaire. - Expérience : le curare bloque ces récepteurs et abolit la contraction, alors que le nerf fonctionne toujours. - Le potentiel d'action se propage le long du sarcolemme et dans les tubules T. - Il entraîne la libération du Ca²⁺ stocké dans le réticulum sarcoplasmique vers le cytoplasme. 4. Échelle moléculaire de la contraction - Observation en microscopie électronique : pendant la contraction, le sarcomère raccourcit alors que la longueur des filaments d'actine et de myosine ne change pas. Les filaments glissent donc les uns sur les autres. - Le Ca²⁺ se fixe sur la troponine. La tropomyosine se déplace et démasque les sites de fixation de la myosine sur l'actine. - La tête de myosine, chargée d'ADP et de Pi, se fixe à l'actine. La libération du Pi puis de l'ADP provoque son pivotement, qui tire l'actine vers le centre du sarcomère. - La fixation d'un nouvel ATP détache la tête de myosine. L'hydrolyse de cet ATP réarme la tête, et le cycle recommence tant que Ca²⁺ et ATP sont présents. - Observation complémentaire : la rigidité cadavérique s'explique par l'absence d'ATP, qui empêche le décrochage des têtes de myosine. - Le raccourcissement simultané des sarcomères raccourcit les myofibrilles, puis les fibres musculaires. Le muscle se contracte et s'oppose à son étirement. Conclusion : l'étirement est converti en message nerveux codé en fréquence de potentiels d'action. Ce message emprunte le trajet suivant : - fuseau neuromusculaire ; - neurone sensitif et racine dorsale ; - synapse dans la moelle épinière ; - motoneurone alpha et racine ventrale ; - plaque motrice ; - fibre musculaire, où le message déclenche la libération de Ca²⁺ et l'interaction actine-myosine consommatrice d'ATP. C'est l'arc réflexe myotatique.