Annale corrigée Pratique du raisonnement scientifique 1

L'action des benzodiazépines

Exercice 2

L'action des benzodiazépines

1 h 15

9 points

Intérêt du sujet • Ce sujet vous propose de résoudre un problème scientifique en exploitant un ensemble de documents. L'objectif est de comprendre les bases physiologiques du traitement du stress chronique, notamment de l'anxiété.

 

Des chercheurs ont démontré qu'il existe un lien entre l'anxiété et une régulation défectueuse de divers neurotransmetteurs comme le GABA. Or le GABA favorise la relaxation et le sommeil, il contribue à l'apaisement. Par ailleurs, on sait que l'anxiété chronique est souvent soignée par des médicaments antidépresseurs comme les benzodiazépines.

À partir des documents et de vos connaissances, montrez comment agissent les benzodiazépines pour soulager l'anxiété chronique.

Document de référence

Montage expérimental et localisation des expériences menées sur un neurone de la moelle épinière d'un mammifère

E1 : Enregistrement de la polarisation au niveau du corps cellulaire du neurone 3.

S1 : Électrodes de stimulation du neurone 1.

F1 : Fente synaptique entre le neurone 1 et le neurone 3.

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Document 1Enregistrement d'un potentiel de membrane, après stimulation, sans injection de picrotoxine (en bleu) et avec injection de picrotoxine (en rouge)

On reproduit expérimentalement l'état des synapses lors de l'anxiété en injectant de la picrotoxine dans la fente synaptique. La picrotoxine est capable de se fixer sur les récepteurs au GABA situés sur le neurone 3.

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Document 2Enregistrement de la polarisation après injection dans la synapse de GABA seul (a) et avec des benzodiazépines (b)

Les benzodiazépines (comme le Valium®) sont des tranquillisants utilisés contre l'anxiété qui se fixent de manière spécifique aux récepteurs membranaires du GABA.

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- - - : seuil de dépolarisation nécessaire au déclenchement du potentiel d'action dans le neurone.

Document 3Mode d'action des benzodiazépines sur le récepteur au GABA

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Les clés du sujet

Exploiter les documents et construire la réponse

Tableau de 3 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 3 lignes ;Ligne 1 : I. Le GABA est un neuro­transmetteur inhibiteur; Rappelez le fonctionnement d'un neurone et de la transmission synaptique.À partir du document 2, montrez les effets d'une injection de GABA sur le potentiel de membrane du neurone. Indiquez si cette injection favorise la naissance d'un message nerveux.Précisez la nature excitatrice ou inhibitrice du GABA.; Ligne 2 : II. Lien entre GABA et anxiété; À partir du document 1, indiquez l'intérêt d'utiliser la picrotoxine.Comparez les potentiels de membrane avec et sans picrotoxine.Déduisez le potentiel de membrane des neurones de sujets anxieux.Proposez une hypothèse montrant un lien entre le GABA et l'anxiété.; Ligne 3 : III. L'effet des benzodiazépines; À partir du document 2, montrez les effets de la prise de benzodiazépines sur le potentiel de membrane du neurone.Expliquez cet effet d'un point de vue moléculaire en étudiant le document 3.Montrez en quoi l'utilisation des benzodiazépines peut soulager l'anxiété.;

I. Le GABA est un neurotransmetteur inhibiteur

Un neurone est une cellule nerveuse comportant des dendrites, un corps cellulaire et un axone. Les dendrites et le corps cellulaires peuvent recevoir des messages nerveux d'autres neurones. Le neurone les intègre et un message nerveux peut ou non prendre naissance et être conduit le long de l'axone. Lorsque le message arrive à l'extrémité de l'axone, il peut être transmis à un autre neurone en franchissant un espace intercellulaire appelé synapse (entre deux neurones) grâce à des neurotransmetteurs.

Le document 3 montre qu'une injection de GABA dans la fente synaptique F1 induit une baisse du potentiel de membrane du neurone 3 (on parle d'hyperpolarisation). Cette baisse l'éloigne du seuil de dépolarisation nécessaire au déclenchement d'un potentiel d'action.

La naissance d'un message nerveux n'est donc pas favorisée par une injection de GABA, mais au contraire inhibée.

Le GABA est donc un neurotransmetteur de nature inhibitrice.

II. Lien entre GABA et anxiété

Le document 2 montre l'intérêt d'utiliser la picrotoxine dans cette expérience. Son injection dans la fente synaptique F1 reproduit expérimentalement l'état des synapses en situation d'anxiété.

Le potentiel de membrane du neurone 3 en présence de picrotoxine et de GABA correspond à celui d'un neurone non stimulé, alors qu'en présence de GABA seul, on observe une hyperpolarisation de la membrane. On en déduit que la picrotoxine augmente le potentiel de membrane des neurones, alors que le GABA l'abaisse.

On en conclut que l'anxiété pourrait être due à une baisse de la quantité de GABA dans les fentes synaptiques. L'augmentation du potentiel de membrane du neurone (tout comme la picrotoxine) pourrait donc induire l'anxiété.

III. L'effet des benzodiazépines

Le document 3 permet de montrer que l'injection de GABA et de benzodiazépine dans la fente synaptique induit une hyperpolarisation bien plus importante (jusqu'à – 140 mV) que si le GABA est injecté seul (hyperpolarisation de – 90 mV seulement).

Le document 4 présente le mécanisme moléculaire à l'origine de cette hyperpolarisation. La fixation du GABA sur son récepteur permet l'entrée d'ions chlorure dans la cellule, qui est responsable de l'hyperpolarisation.

On remarque également que les benzodiazépines peuvent se fixer sur les récepteurs au GABA, tout en améliorant leur affinité pour le GABA. Cette meilleure fixation du GABA sur son récepteur amplifie l'ouverture du canal et favorise l'entrée des ions chlorure dans la cellule. Il en résulte une plus grande hyperpolarisation.

En cas d'anxiété, le GABA semble ne pas agir correctement et n'induit pas une baisse suffisante du potentiel de membrane des neurones. L'utilisation de benzodiazépine permet donc d'abaisser ce potentiel de membrane et ainsi de rétablir l'hyperpolarisation de la membrane des neurones des sujets anxieux.

Les benzodiazépines tout comme le GABA favorisent la relaxation et le sommeil. Mais l'utilisation de benzodiazépines est beaucoup plus puissante et permet de soulager l'anxiété.

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