تفسير مضخة الصوديوم والبوتاسيوم
ب.
يلعب النشاط المستقر لمضخات الصوديوم والبوتاسيوم دورًا
مهمًّا في الحفاظ على قابلية الخلايا العصبية للاستثارة.
ج.
يُستخدَم الأوباين، وهو أحد السموم المشتقة من النباتات،
من آلاف السنين من قِبَل قبائل غرب أفريقيا لصنع أسهم سامة. الأوباين مثبِّط قوي
لمضخة الصوديوم والبوتاسيوم؛ حيث يهاجم الجهاز العصبي، ويكفي سهم واحد سام لقتل أي
حيوان صيد، حتى الفيل.
د.
يؤدي نشاط المضخة إلى توزيع غير متزن لـ Na+ وK+ عبر الغشاء، بتركيز أعلى لـ K+ داخل الخلية العصبية مقارنةً بخارجها، وتركيز أعلى
لـ
Na+ بالخارج
مقارنةً بالداخل.
ه.
وفي حالة الراحة، يسمح الغشاء بحد أدنى من سريان هذه
الأيونات، ويظل أكثر نفاذية بمقدار 40 مرة لـ K+ مقارنةً بـ Na+.
ينتشر K+ خلال فتحات تُسمَّى قنوات «التسريب» مخصَّصة
لهذه الأيونات، بالحركة في اتجاه تدرُّج التركيز من منطقة مرتفعة التركيز
للـ K+ إلى منطقة منخفضة التركيز في الحيز
الخارجي المحيط بالخلية.
|
داخل الخلية |
خارج الخلية |
وجه المقارنة |
|
أقل |
أكبر |
تركيز أيونات الصوديومNa+ |
|
أكبر |
أقل |
تركيز أيونات البوتاسيوم K+ |
بالتالي
نعتبر قنوات الصوديوم مغلقة في حالة الراحة بينما قنوات تسريب البوتاسيوم مفتوحة.
وتكون قنوات «التسريب» مفتوحة دائمًا؛
لذا، يسمح الغشاء بنفاذية K+،ويظل سريان Na+ أقل 40
مرةً. ويؤدِّي هذا السريان الكلي للأيونات في النهاية إلى تقليل جهد الغشاء؛ لأن السطح
الخارجي للخلية يزداد شحنة موجبة.
قنوات (التسريب):
قنوات «التسريب»، أو قنوات أيونات
البوتاسيوم، مفتوحة دائمًا، وهو ما يجعل غشاء الخلايا العصبية يسمح بنفاذ أيونات
البوتاسيوم.
كما أن هناك أيونات سالبة الشحنة، مثل
الكلوريد، وبروتينات سالبة الشحنة توجد بتركيز أعلى داخل الخلية العصبية. وبفعل
عمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم وقنوات «التسريب»، يساهم ذلك في جعل الحيز الخارجي
المحيط بالخلية العصبية أكثر شحنة موجبة من السيتوبلازم الموجود داخل الخلية
العصبية. إن الغشاء في حالة استقطاب، ما يحقِّق جهد راحة يساوي −70 mV تقريبًا.
فرق الجهد التأثيرى : هو فرق الجهد الناشىء
على غشاء الليفة العصبية فى وضع الراحة نتيجة التوزيع الغير متكافىء للأيونات على
السطح الخارجى والداخلى لغشاء الليفة العصبية ويقدر بحوالى ( -70ملى فولت ) ويعرف
أحيانا بجهد الراحة.
مثال ١: وصف حالة قنوات الأيونات أثناء الحفاظ على جهد الراحة
عند الإبقاء على جهد الخلايا العصبية في
وضع الراحة، هل تكون قنوات أيونات البوتاسيوم (قنوات التسريب) مفتوحة أم مُغلَقة؟
عندما تكون الخلية العصبية في حالة راحة،
يكون للحيز الخارجي المحيط بالخلية شحنة موجبة أكثر من تلك الموجودة في سيتوبلازم
الخلية العصبية. إن الغشاء في حالة استقطاب، وجهد الغشاء يساوي −70 mV تقريبًا.
ويمكن الحفاظ على جهد الراحة بالأساس من
خلال النقل النشط من قبل البروتينات الموجودة في غشاء الخلية العصبية، التي
تُسمَّى مضخات الصوديوم والبوتاسيوم.
تنقل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم أيونات الصوديوم (Na+) وأيونات
البوتاسيوم (K+) الموجبة الشحنة عبر الغشاء باستخدام الأدينين الثلاثي
الفوسفات (ATP). وتحتاج هذه المضخة إلى طاقة؛ لأن Na+ وK+ يُنقلان عكس
تدرُّج تركيزَيْهما من منطقة منخفضة التركيز إلى منطقة عالية التركيز. لكل 3Na+
تُضخ خارج الخلية العصبية، يُضخ 2K+ للداخل.
وهذا يجعل الجهد في الحيز الخارجي المحيط
بالخلية أكثر شحنة موجبة من سيتوبلازم الخلية العصبية. كما أنه يزيد من تركيز
أيونات K+ داخل
الخلية العصبية.
ونتيجةً لارتفاع تركيز K+ داخل
الخلية العصبية، سيتسرب K+ أيضًا عبر غشاء الخلية العصبية خارج
السيتوبلازم إلى الحيز الخارجي المحيط بالخلية.
وينتشر خلال فتحات تُسمَّى قنوات «تسريب»
مخصصة لـ K+، بالحركة في اتجاه تدرُّج التركيز من منطقةٍ
يرتفع بها تركيزُ K+ إلى منطقة منخفضة التركيز.
وتكون قنوات «التسريب» مفتوحة دائمًا؛
لذا، يسمح الغشاء بنفاذية K+. وهذا يقلِّل من جهد الغشاء؛ حيث تزداد
الشحنة الموجبة خارج الخلية؛ ومن ثَمَّ، يتحقَّق جهد راحة يساوي −70 mV.
وبناءً عليه، عند الحفاظ على جهد الراحة،
تظل قنوات أيونات البوتاسيوم (قنوات التسريب) مفتوحة.
وعندما لا تكون الخلية العصبية في حالة
راحة، فإنها توصل سيالًا عصبيًّا يُسمَّى جهد الفعالية.
جهود الفعالية إشارات كهربية تنقل
المعلومات من خلال حركة الأيونات المشحونة عبر غشاء الخلية العصبية أثناء مرور جهد
الفعالية عبره. يؤدِّي هذا إلى تغيير مؤقت في فرق الجهد عند نقطة معيَّنة على
الخلية العصبية حيث تتحرَّك الأيونات.
دور مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ؟
و.
تحافظ مضخة الصوديوم والبوتاسيوم على جهد الراحة لغشاء
المحور العصبي.
ز.
يحتوي
البروتين المكون لمضخة الصوديوم
والبوتاسيوم على
ثلاثة مواقع لربط ايونات الصوديوم على جزء من البروتين.
ح.
المضخة
بها موقعين لربط ايونات البوتاسيوم.
ط.
الجزء
الداخلي من هذا البروتين يحتوي على موقع لربط جزئ واحد من الـ ATP الذي يتحول إلى أدينوزين
ثنائي الفوسفات ADP وفوسفات عالي القدرة مُولِد للطاقة.
ي.
وتحتاج هذه المضخة إلى طاقة الأدينين الثلاثي الفوسفات ؛ لأن الصوديوم والبوتاسيوم يُنقلان عكس تدرُّج تركيزَيْهما من منطقة منخفضة التركيز إلى منطقة عالية التركيز.
ك.
تتطلب عملية
نقل هذه الأيونات عكس منحدر تركيزها استهلاك الطاقة فتتحلل جزيئات ATP الى ADP + Pi مطلقة الطاقة اللازمة. ثم
يرتبط الفوسفات (P) بالمضخة
مما يودي الى تغيير شكلها.
ل.
تنقُل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ثلاثة أيونات الصوديوم (Na+) إلى خارج الخلية العصبية مقابل لأيونين من البوتاسيوم (K+) الموجبة الشحنة إلى داخلها عبر الغشاء.
م.
ن.
يتحرر الفوسفات
المرتبطة بها ما يؤدي إلى اعادة تغيير شكل المضخة مسببا اطلاق ايونات البوتاسيوم
الى داخل الخلية
س.
وهذا يجعل الجهد في الحيز الخارجي المحيط بالخلية موجبًا أكثر من سيتوبلازم
الخلية العصبية.
ع.
كما أنه يزيد من تركيز أيونات البوتاسيوم داخل الخلية
العصبية.
ف.
تتجمع الايونات الموجبة بشكل أكبر على السطح الخارجي
لغشاء الخلية فيساعد في استقطاب الغشاء
