Exercice Exemple 2 : le fonctionnement de la cellule muscu… · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Sujets zéro et spécimens sujet 2021 (sujet 2)

A partir de l'exemple du réflexe myotatique, expliquer comment la cellule musculaire va pouvoir se contracter suite à la naissance d'un message nerveux au niveau d'un récepteur sensoriel.

Réponse : Un devoir structuré complet doit comprendre : Introduction - Définition du réflexe myotatique : contraction involontaire, rapide et stéréotypée d'un muscle en réponse à son propre étirement (rôle dans le maintien de la posture). Exemple : le réflexe rotulien, où un choc sur le tendon rotulien étire le quadriceps, qui se contracte. - Problématique : comment la stimulation d'un récepteur sensoriel conduit-elle, via un message nerveux, au raccourcissement coordonné des cellules musculaires ? - Annonce du plan : (I) genèse et conduction du message réflexe, (II) transmission synaptique au niveau de la plaque motrice, (III) mécanisme moléculaire de la contraction musculaire. I. Du récepteur sensoriel au motoneurone : l'arc réflexe 1. Naissance du message sensoriel : l'étirement du muscle stimule des mécanorécepteurs, les fuseaux neuromusculaires. Il en résulte un potentiel de récepteur qui déclenche des trains de potentiels d'action (PA). Les enregistrements montrent que la fréquence des PA augmente avec l'intensité de l'étirement : le message est codé en fréquence. 2. Conduction afférente : les PA se propagent le long des fibres sensitives (Ia), dont les corps cellulaires sont dans le ganglion spinal. Les expériences de section montrent qu'il n'y a plus de réflexe si l'on coupe la racine dorsale, et une paralysie si l'on coupe la racine ventrale. 3. Relais médullaire : dans la substance grise de la moelle épinière, le neurone sensitif fait synapse directement avec le motoneurone α du même muscle : le réflexe est monosynaptique. Le délai synaptique mesuré, d'environ 0,5 ms, est compatible avec une seule synapse. Une collatérale active un interneurone inhibiteur, qui provoque le relâchement du muscle antagoniste. 4. Conduction efférente : le motoneurone émet un message moteur, conduit par son axone via la racine ventrale et le nerf rachidien jusqu'au muscle étiré. II. La transmission neuromusculaire (plaque motrice) 1. L'arrivée des PA à la terminaison présynaptique provoque une entrée de Ca²⁺, puis l'exocytose d'acétylcholine (ACh) dans la fente synaptique. 2. L'ACh se fixe sur des récepteurs-canaux spécifiques du sarcolemme. Le curare, qui bloque ces récepteurs, empêche la contraction, ce qui prouve la nature chimique de la transmission. 3. L'ouverture des canaux provoque une dépolarisation locale, le potentiel de plaque motrice. Celui-ci fait naître un PA musculaire qui se propage le long du sarcolemme et dans les tubules T. L'ACh est ensuite dégradée par l'acétylcholinestérase. III. Mécanisme cellulaire et moléculaire de la contraction 1. Libération du calcium : le PA musculaire, transmis par les tubules T, provoque la libération de Ca²⁺ par le réticulum sarcoplasmique dans le sarcoplasme. On l'observe expérimentalement avec l'aequorine, protéine qui devient luminescente en présence de Ca²⁺. 2. Démasquage des sites : le Ca²⁺ se fixe sur la troponine, ce qui déplace la tropomyosine et libère les sites de fixation de la myosine sur l'actine. 3. Cycle de glissement : - fixation des têtes de myosine sur l'actine ; - libération de Pi et d'ADP, qui fait pivoter les têtes : les filaments fins d'actine glissent vers le centre du sarcomère ; - fixation d'un nouvel ATP, qui détache la tête de myosine ; - hydrolyse de l'ATP en ADP + Pi, qui remet la tête en position de haute énergie. Les observations au microscope électronique confirment ce glissement : au cours de la contraction, la bande I et la zone H raccourcissent, alors que la bande A garde la même longueur. 4. Conséquence macroscopique : le raccourcissement simultané des nombreux sarcomères de toutes les fibres d'une même unité motrice raccourcit le muscle. Cette contraction s'oppose à l'étirement initial. L'ATP nécessaire est renouvelé par la respiration cellulaire, la fermentation et la phosphocréatine. Conclusion Le réflexe myotatique illustre un enchaînement de communications à plusieurs échelles : - un message électrique est codé en fréquence, du récepteur jusqu'au motoneurone ; - il est transmis chimiquement à la plaque motrice ; - il est converti en signal calcique dans la fibre musculaire ; - il aboutit au mouvement moléculaire des protéines contractiles, alimenté par l'ATP. Ce réflexe permet le maintien de la posture. Il est aussi utilisé en clinique pour tester l'intégrité du système nerveux.