Objectifs

• Citer les différents modes de communication entre cellules : contact direct, autocrine, paracrine, endocrine, synaptique.
• Expliquer la notion de cellule cible et la spécificité messager-récepteur.
• Distinguer récepteurs membranaires et récepteurs intracellulaires selon la nature du messager.
• Décrire la transduction du signal : premier messager, second messager (AMPc, ion calcium), cascade et amplification.
• Expliquer comment un signal s'arrête.

1. Pourquoi et comment les cellules communiquent

Notions clés

Un organisme pluricellulaire compte un très grand nombre de cellules qui doivent coordonner leur activité (croissance, réponse au stress, régulation de la glycémie…). La communication repose sur trois acteurs :

• la cellule émettrice, qui libère un messager chimique (hormone, neurotransmetteur, facteur de croissance…) ;
• la cellule cible, qui possède un récepteur spécifique de ce messager ;
• la réponse de la cellule cible (sécrétion, contraction, division, changement de métabolisme…).

Les modes de communication

• Contact direct : des jonctions communicantes relient le cytoplasme de deux cellules voisines, ou des molécules de surface se touchent (reconnaissance entre cellules).
• Autocrine : la cellule émet un messager qui agit sur elle-même.
• Paracrine : le messager agit sur les cellules voisines, à courte distance.
• Endocrine (hormonale) : une glande endocrine libère une hormone dans le sang, qui la transporte vers des cellules cibles parfois très éloignées.
• Synaptique (nerveuse) : un neurone libère un neurotransmetteur dans une fente très étroite, la synapse, juste en face de la cellule cible.

flowchart LR
  C[Communication cellulaire] --> D[Contact direct]
  C --> A[Autocrine sur soi]
  C --> P[Paracrine voisines]
  C --> E[Endocrine par le sang]
  C --> S[Synaptique neurone]

2. Les récepteurs : à la surface ou à l'intérieur

Le type de récepteur dépend de la nature chimique du messager, car la membrane est une bicouche lipidique :

• Messager hydrophile (adrénaline, insuline, glucagon, la plupart des neurotransmetteurs) : il ne traverse pas la bicouche. Il se fixe sur un récepteur membranaire, une protéine transmembranaire qui transmet le signal à l'intérieur.
• Messager lipophile (hormones stéroïdes comme le cortisol, la testostérone, les œstrogènes ; hormones thyroïdiennes) : il traverse la membrane et se fixe sur un récepteur intracellulaire (dans le cytoplasme ou le noyau). Le complexe hormone-récepteur agit souvent directement sur l'expression de gènes.

Schéma à légender : une cellule cible

Place les noms sur le schéma : un messager hydrophile arrive par le haut, un messager lipophile est déjà entré dans la cellule.

3. La transduction du signal et les seconds messagers

La transduction est la transformation d'un signal extérieur (le premier messager, fixé sur un récepteur membranaire) en un signal intérieur. Celui-ci est souvent porté par un second messager, une petite molécule produite dans le cytoplasme : l'AMP cyclique (AMPc) ou les ions calcium \(\ce{Ca^2+}\).

Exemple : l'adrénaline et la cellule du foie

Face à un danger, la médullosurrénale libère de l'adrénaline. Au niveau du foie, elle provoque la libération de glucose dans le sang, carburant pour les muscles. Suis la cascade étape par étape.

Exemple résolu : calculer une amplification

Énoncé (valeurs d'exercice). On suppose qu'un récepteur occupé par l'adrénaline active \(10\) protéines G ; chaque protéine G active une adénylate cyclase qui produit \(100\) molécules d'AMPc ; chaque molécule d'AMPc active une protéine kinase ; chaque kinase active \(10\) enzymes de dégradation du glycogène. Combien de ces enzymes sont activées par une seule molécule d'adrénaline ? Cherche d'abord.

Le calcium, autre second messager

Dans d'autres cellules, la fixation du messager ouvre des canaux qui font entrer ou libérer des ions \(\ce{Ca^2+}\) dans le cytoplasme. Le calcium déclenche alors la réponse : contraction d'une cellule musculaire, libération de neurotransmetteurs, sécrétion d'hormones.

Réponse selon la quantité de messager

La réponse d'une cellule cible augmente avec la concentration \(x\) du messager, puis plafonne quand tous les récepteurs sont occupés. On la modélise par \(R = \dfrac{r\,x}{k + x}\), où \(r\) dépend du nombre de récepteurs et \(k\) de leur affinité. Fais varier \(r\) et \(k\).

4. La communication synaptique et l'arrêt du signal

Au niveau d'une synapse, le neurone présynaptique libère par exocytose un neurotransmetteur (par exemple l'acétylcholine à la jonction entre un neurone moteur et un muscle). Celui-ci traverse la fente synaptique et se fixe sur des récepteurs-canaux de la cellule postsynaptique, qui s'ouvrent et laissent entrer des ions : la cellule cible est stimulée en une fraction de seconde.

Le signal s'arrête de plusieurs façons :

• dégradation du messager par une enzyme (l'acétylcholinestérase détruit l'acétylcholine) ;
• recapture du neurotransmetteur par le neurone qui l'a libéré ;
• élimination des hormones par le foie et les reins ;
• désactivation des relais intracellulaires (l'AMPc est dégradé par une enzyme, la phosphodiestérase).

Récapitulatif

• Communication : cellule émettrice, messager chimique, récepteur spécifique de la cellule cible, réponse.
• Modes : contact direct, autocrine, paracrine, endocrine (par le sang), synaptique.
• Messager hydrophile : récepteur membranaire ; messager lipophile (stéroïdes) : récepteur intracellulaire, action sur les gènes.
• Transduction : premier messager, récepteur, protéine G, enzyme, second messager (AMPc ou \(\ce{Ca^2+}\)), kinases, réponse ; chaque relais amplifie le signal.
• Le signal s'arrête par dégradation, recapture ou élimination du messager et désactivation des relais.

Cartes mémo