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Série d'exercices sur Les propriétés du tissu nerveux - Ts

Classe:

Terminale

Exploitation de documents et raisonnement scientifique :

Exercice 1

On cherche à comprendre l'origine du message sensoriel, en s'appuyant sur l'étude du fonctionnement d'un type de récepteur.

Les corpuscules de Pacini sont des mécanorécepteurs localisés dans le derme.

Il est possible par microdissection d'isoler l'un de ces récepteurs et d'enregistrer son activité lors de stimulations mécaniques calibrées.

Ces dernières sont réalisées à l'aide d'un stimulateur en contact avec le corpuscule lui-même (voir schéma ci-dessous).

On exerce sur le corpuscule une série a $-$ b $-$ c $-$ d de pressions d'intensité croissantes qui ont valeur de stimulation.

On enregistre les variations de potentiel de la fibre nerveuse de ce récepteur d'une part entre $R_{1}$ et $R_{2}$ (document 1), d'autre part entre $R_{3}$ et $R_{2}$ (document 2).

En utilisant vos connaissances, montrez comment la comparaison des résultats obtenus permet de définir les caractéristiques d'un récepteur sensoriel et son rôle dans la genèse d'un message nerveux.

Exercice 2

On se propose d'étudier les caractéristiques du message nerveux à l'aide du dispositif expérimental schématisé ci-dessous :

Le document 1 montre les résultats obtenus avant toute stimulation.

Le document 2 montre les résultats obtenus quand on applique des stimulations d'intensité croissante.

Une observation détaillée des premières stimulations est représentée en (1).

Question

À partir des documents, retrouvez les caractéristiques du message nerveux.

Exercice 3

À partir des informations tirées des trois documents proposés ci-après, montrez comment un centre nerveux, ici le sixième ganglion, intègre les informations qu'il reçoit.

(Les phénomènes ioniques ne sont pas attendus).

La Blatte est un insecte intéressant pour étudier expérimentalement la transmission des messages nerveux.

Un souffle d'air stimule des soies portées par les cerques de l'extrémité abdominale de la Blatte et déclenche chez celle-ci une réaction de fuite.

Cependant, des mouvements spontanés des cerques ne déclenchent pas cette réaction bien qu'il y ait stimulation de ces mêmes soies.

On se propose d'étudier les mécanismes qui permettent à un centre nerveux d'intégrer des informations et d'élaborer une réponse.

Sur une dissection du système nerveux de la Blatte, on observe que les cerques sont connectés à la chaîne nerveuse abdominale.

Les messages émis par les récepteurs situés à la base des soies sensorielles sont conduits jusqu'au sixième ganglion abdominal par les fibres du nerf cercal.

D'autres récepteurs, localisés la base des cerques, envoient des messages à ce même ganglion par les fibres du nerf paracercal.

Document 2

On place trois paires d'électrodes $E_{1}$, $E_{2}$ et $E_{3}$ comme indiqué sur le schéma ci-dessous.

$E_{1}$ et $E_{3}$ sont utilisées comme électrodes stimulatrices, $E_{2}$ comme électrodes réceptrices.

Trois expériences sont alors réalisées

Une stimulation de forte intensité est portée en $E_{1}$ : le passage d'un message nerveux est enregistré en $E_{2}.$

Une stimulation de forte intensité est portée en $E_{3}$ : aucun message n'est enregistré en $E_{2}$ alors qu'un message nerveux est bien parvenu au $6^{ième}$ ganglion abdominal.

Deux stimulations de forte intensité sont portées simultanément en $E_{1}$ et en $E_{3}$ : aucun message n'est enregistré en $E_{2}$ mais, comme dans le cas de la deuxième expérience, un message est bien parvenu au $6^{ième}$ ganglion.

Document 3

Dans le $6^{ième}$ ganglion abdominal, les fibres cercales et paracercales sont en contact synaptique (directement ou indirectement par l'intermédiaire d'un interneurone) avec l'arbre dendritique de neurones géants.

Ces derniers sont donc des neurones post-synaptiques recevant des informations véhiculées par les deux types de fibres.

Chacun d'eux se prolonge par un axone qui emprunte la chaîne nerveuse abdominale.

L'activité du neurone géant est testée grâce à un système d'enregistrement, relié à des oscillographes, qui est composé des micro-électrodes $R_{1}$ et $R_{3}$ implantées dans le neurone et des électrodes $R_{2}$ et $R_{4}$ de référence à potentiel fixe.

Exercice 4

Chez un homme ayant subi un accident entraînant une section haute de la moelle épinière, le contact d'un objet chaud sur la plante des pieds entraîne systématiquement la flexion du membre inférieur correspondant.

On cherche à préciser le fonctionnement des circuits neuroniques impliqués dans la flexion.

Le schéma ci-dessous précise certains des organes mis en jeu.

À partir de l'étude rigoureuse des documents $1$ à $4$, expliquez les circuits neuroniques mis en jeu.

Vous appuierez votre raisonnement par un schéma fonctionnel dans lequel seront indiqués par des symboles différents les circuits établis avec certitude par les documents et ceux qui restent hypothétiques.

$$\begin{array}{|l|l|l|l|} \hline &\text{Poplité}&\text{Crural}&\text{Sciatique}\\ \hline \text{Section du nerf}&\text{disparition}&\text{disparition}&\text{disparition}\\ &\text{de la flexion}&\text{de la contraction}&\text{de la contraction}\\ & &\text{du biceps crural}&\text{du quadriceps}\\ \hline \text{Excitation du}&\text{flexion du}&/&/\\ \text{bout central}&\text{membre inférieur}& &\\ \hline \text{Excitation du}&/&\text{contraction}&\text{contraction}\\ \text{bout périphérique}& &\text{du biceps}&\text{du quadriceps}\\ \hline \end{array}$$

Document 1 : Rôle des différentes voies nerveuses

Document 2

On pose des électrodes sur la peau au niveau du biceps crural et du quadriceps fémoral d'autre part.

On enregistre les phénomènes électriques globaux des muscles au cours de la réaction :

Document 2

Document 3

Pour déterminer le nombre de synapses intervenant dans cette réaction, on réalise sur un chat spinal le montage expérimental suivant $($le délai moyen de franchissement d'une zone synoptique est de $0.5\,ms)$ :

On stimule en $E$ une fibre issue du nerf poplité, on recueille l'activité électrique de cette fibre en $R_{1}$ et celle d'une fibre innervant le biceps crural en $R_{2}.$

On obtient successivement les réponses a et b.

Document 4

Enregistrement des phénomènes électriques dans deux motoneurones $(NA$ et $NP)$ reliés respectivement au biceps crural et au quadriceps fémoral, lorsqu'on porte une stimulation efficace sur une fibre du nerf poplité.

Exercice 5

I.A Chez le calmar, l'existence de synapses géantes axo-axoniques a permis de montrer le fonctionnement de ces zones de contact entre cellules nerveuses.

Soit le montage du document 1A ; la voie 1 de l'oscilloscope est reliée d'une part à une microélectrode $M_{1}$ dont la pointe est enfoncée dans l'axone présynaptique, d'autre part à une microélectrode de référence $M'_{1}$ à potentiel constant ; la voie 2 est reliée d'une part à une microélectrode $M_{2}$ dont la pointe est placée dans l'axone postsynaptique, d'autre part à une électrode de référence $M'_{2}$ à potentiel constant ; $S_{1}$ et $S_{2}$ sont deux électrodes placées sur l'axone présynaptique et reliées à un stimulateur électrique.

A la suite d'une stimulation efficace de l'axone présynaptique, l'enregistrement du document 1B est obtenu, st indique le moment de la stimulation, le tracé 1 correspond à la variation de potentiel de $M_{1}$, le tracé, $2$ à celle de $M_{2}.$

Interpréter ces électroneurogrammes (les mécanismes ioniques ne sont pas demandés)

La même stimulation est portée sur l'axone postsynaptique, seul le tracé $2$ est enregistré ; Que montre cette expérience ?

B. On se propose d'étudier le rôle du calcium dans le fonctionnement synaptique.

1. On retire tous les ions calcium de l'eau de mer dans laquelle sont plongés les axones ; la même stimulation efficace qui donne le tracé $1$ n'a aucun effet sur l'axone postsynaptique (document 1B).

$-\ $ L'injection d'ions calcium dans la terminaison présynaptique à l'aide d'une micropipette, permet d'obtenir, sans stimulation, le tracé $2$, même en absence de calcium dans le milieu extracellulaire (document 1B).

$-\ $ L'équorine est une protéine qui émet de la lumière lorsqu'elle se trouve en présence d'ions calcium ; De l'équorine est injectée dans la terminaison présynaptique, celle-ci devient lumineuse lors d'une transmission synaptique normale.

Que pouvez-vous déduire de l'analyse de ces expériences ?

2. Des observations au microscope électronique de terminaisons synaptiques semblables aux précédentes ont permis d'obtenir les photographies du document 2.

L'axone présynaptique garde son aspect de repos (aspect a) si on enlève avant stimulation tous les ions calciums du liquide physiologique dans lequel se trouve la synapse

Quelle relation existe-t-il entre la présence des ions calciums et l'aspect de la terminaison anoxique ?

3. De telles synapses ont été observées chez d'autres invertébrés, par exemple l'aplysie ; Des injections d'une enzyme, l'acétylcholinestérase, ont été faites à l'aide d'une micropipette, dans l'axone présynaptique ; Une stimulation portée sur cet axone après un certain laps de temps n'était suivie d'aucune propagation de potentiel le long du neurone postsynaptique, tandis que l'axone présynaptique présentait un tracé analogue à celui observé en 1B $($tracé $1$ avec l'électrode $M_{1})$

Quelle semble être le rôle de l'acétylcholine ?

4. En utilisant tous les résultats de ces expériences et observations ainsi que vos connaissances, expliquer ce qui se passe lors de la transmission de l'influx nerveux au niveau des membranes présynaptique et postsynaptique.

II.A Une microélectrode est placée dans un neurone moteur de la corne antérieure de la moelle épinière d'un mammifère ; il est possible d'enregistrer ainsi les modifications de la polarisation provoquée par $2$ stimulations d'intensité variable portées sur les fibres nerveuses, sensitive venant des récepteurs situés dans le muscle, dont la contraction est commandée par ce motoneurone.

L'expérience peut être schématisée de la manière suivante (document 3A) $01$ est un oscilloscope relié à la microélectrode intracellulaire et à une électrode à potentiel fixe ; $02$ est relié par $2$ électrodes à l'axone issu du neurone moteur.

L'oscilloscope $01$ permet d'obtenir les enregistrements du document 3B à la suite de stimulations d'intensité croissante $A$, $8$ et $C$ $($expériences $1$, $2$ et $3)$ ; les expériences $4$ et $5$ sont réalisées avec des stimulations d'intensité B portées avec un délai variable.

L'oscilloscope ne détecte de potentiel d'action ni dans l'expérience $1$, ni dans l'expérience $2.$

Un potentiel d'action est enregistré par contre dans l'expérience $3.$

Quelles conclusions pouvez-vous tirer de l'étude de ces électroneurogrammes ?

Cet oscilloscope $02$ détecte-il un potentiel d'action lors des expériences $4$ et $5$ ? Comment qualifier le fonctionnement de telles synapses ?

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

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Abo (non vérifié)

dim, 11/29/2020 - 14:39

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Document 2

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