علم الاحياء (البيولوجيا العربية): جهد الراحة

‏إظهار الرسائل ذات التسميات جهد الراحة. إظهار كافة الرسائل

الثلاثاء، 6 أغسطس 2024

السيال العصبي فى مراحله

الأوضاع الأربعة للخلية العصبية

الحالة الاولي عندما تكون الخلية العصبية في وضع الراحة

الحالة الثانية التغيرات التي تحدث عند تنبيه الخلية العصبية

الحالة الثالثة كيفية أنتقال السيال العصبي خلال الالياف العصبية

الحالة الرابعة هي عودة الخلية الي حالتها الاصلية

الحالة الاولي الخلية العصبية وقت الراحة :-

عندما لا تنقُل الخلية العصبية سيالًا عصبيًّا، يقال إنها في حالة راحة، ويكون للغشاء جهد راحة.

ويوضِّح الشكل التالي الآلية التي يُحافَظ بها على جهد الراحة.

مخطط يوضِّح كيفية الحفاظ على جهد الراحة للخلية العصبية بواسطة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم وقنوات «تسريب» البوتاسيوم التي تسمح بانتشار أيونات البوتاسيوم خارج الخلية العصبية.

الغشاء به ترشيح لكن البوابات مغلقة

أسباب جهد الراحة لغشاء الخلية :

‌أ. تركيب غشاء الخلية ومكوناته

‌ب. الاختلاف في كثافة الايونات على جانبي غشاء الخلية

‌ج. حركة الايونات داخل الخلية وخارجها بطريقة منتظمة غيرعشوائية

أسباب استمرارية جهد الراحة لغشاء الخلية الحية :

‌أ. الفروقات في تركيز الايونات على جانبي الغشاء

‌ب. اختلاف نفاذية الغشاء للايونات المختلفة

‌ج. وجود مضخة الصوديوم و البوتاسيوم في غشاء الخلية.

التفسير

1- يكون تركيز أيونات الصوديوم Na⁺ خارج الخلية اكثر بكثير من تركيزه داخلها بنسبة 10 : 15 مرة

2- تركيز أيونات البوتاسيوم K⁺ داخل الخلية اكثر ثلاثون مرة عن تركيزها في السائل الخارجي المحيط بالخلية.

3- تركيز الأيونات السالبة الموجودة داخل الخلية العصبية مثل أيونات ^–CL وأيونات البروتينات أعلى بكثير من تركيز الأيونات السالبة خارج الخلية العصبية

4- كمية الأيونات السالبة الموجودة داخل الخلية العصبية تعادل كل الشحنات الموجبة وتتفوق عليها0

نشا عن هذا التوزيع غير المتكافئ للأيونات داخل وخارج الخلية العصبية ما يسمى فرق الجهد التاثيرى واطلق على هذا الفرق اسم الجهد في وقت الراحة وهو يساوى حوالي ( - 70 مللى فولت ) وينتج عن هذا حالة تعرف بالاستقطاب حيث يكون سطح الخلية الخارجي موجبا والداخلي سالبا 0

أسباب حدوث الاستقطاب :-

1- النفاذية الاختيارية غير المتساوي لأيونات الصوديوم والبوتاسيوم , فالغشاء العصبي وقت الراحة اكثر نفاذية لأيونات البوتاسيوم إلى الوسط الخارجي عن أيونات الصوديوم 40 مرة وتستقر أيونات البوتاسيوم على السطح الخارجي للخلية مكسبة إياه شحنة موجبة

2- وجود بر وتينات متاينة ذات أوزان جزيئيه عالية وتحمل شحنات سالبة على الناحية الداخلية للغشاء العصبي بالإضافة إلى أيونات الكلور ^–CL

ملاحظات هامة

يحتوي غشاء الخلية على قنوات لنقل الايونات من وإلى البيئتين الخارجية والداخلية للخلية

توجد قنوات خاصة بأيونات الصوديوم Na+ وقنوات خاصة بأيونات البوتاسيوم K⁺ .

عدد قنوات أيونات الصوديوم Na+ أقل بكثير من عدد قنوات أيونات البوتاسيوم⁺ K.

وتبقى بعض هذه القنوات مفتوحة دائما.

تسمح القنوات بنقل أيونات⁺ Na و ⁺Kخلال غشاء الخلية بحسب منحدر تركيزها.

حيث إن تركيز أيونات الصوديوم Na+ أعلى في البيئة الخارجية للخلية مقارنة بالبيئة الداخلية على عكس تركيزK+ ونتيجة لذلك يزيد انتشار أيونات البوتاسيوم K+ خارج الخلية بينما يقل انتشار أيونات الصوديوم Na + لداخلها.

يؤدي الاختلاف في نفاذية الغشاء لايونات الصوديوم والبوتاسيوم الى جعل الغشاء الخارجي موجب الشحنات على عكس الغشاء الداخلي سالب الشحنات.-

3- مضخات الصوديوم والبوتاسيوم تكون مفتوحة والتي تلعب دورا في المحافظة على الثبات النسبي لهذا التوزيع حتى حدوث التنبيه ومرور السيال وعل هذا تتراكم أيونات البوتاسيوم الموجبة خارج الغشاء أثناء الراحة تاركة البر وتينات السالبة ( والتي لا تستطيع عبور الغشاء لحجمها الكبير ) في الناحية الداخلية منه وكذلك أيونات الكلور ^–CL

ما أهمية القنوات الخاصة في غشاء الخلية ؟

تسمح بنقل أيونات⁺ Na و K+ خلال غشاء الخلية بحسب منحدر تركيزها

علل : يزيد انتشار أيونات البوتاسيوم K⁺ خارج الخلية بينما يقل انتشار أيونات الصوديوم Na⁺داخلها

لسببين

الأول : لان انتقال أيونات Na⁺ و K⁺ خلال غشاء الخلية يتم ضد منحدر التركيز وحيث أن تركيز

أيونات الصوديوم Na⁺أعلى في البيئة الخارجية للخلية مقارنة بالبيئة الداخلية للخلية عكس K⁺

الثاني: اختلاف نفاذية الغشاء لايونات الصوديوم والبوتاسيوم حيث تكون نفاذيته أعلى لايونات البوتاسيوم.

جهد الراحة

جهد الراحة هو فرق الجهد عبر غشاء الخلية العصبية أثناء الراحة( (−70 mV تقريبًا.

يمكن الحفاظ على جهد الراحة من خلال النقل النشط من قبل البروتينات الموجودة في غشاء الخلايا العصبية، التي تُسمَّى مضخات الصوديوم والبوتاسيوم.

الصورة تُظهر آلية الجهد الكهربائي عبر غشاء الخلية العصبية وتحديدًا المراحل المختلفة للجهد العصبي (الإثارة العصبية) داخل العصبون (الخلية العصبية)، وهي موضحة على شكل رسم تخطيطي يعرض تغيّر النفاذية الأيونية عبر الغشاء البلازمي للعصبون أثناء مرور السيال العصبي.

شرح وتحليل المراحل:

مرحلة إعادة الاستقطاب (Repolarization):
- بعد دخول أيونات الصوديوم (Na⁺) إلى داخل الخلية وارتفاع الجهد، تبدأ قنوات البوتاسيوم (K⁺) بالانفتاح.
- تخرج أيونات البوتاسيوم من داخل الخلية إلى الخارج، مما يعيد فرق الجهد إلى وضعه الطبيعي (سالب داخل الخلية).
- يظهر في الصورة خروج أيونات K⁺ (الممثلة باللون الأخضر).
حالة الراحة (Resting State):
- تكون الخلية العصبية في حالة استقطاب، أي أن داخل الخلية سالب والخارج موجب.
- يعود هذا إلى عمل مضخة الصوديوم-بوتاسيوم التي تُخرج 3 أيونات Na⁺ وتُدخل 2 أيون K⁺.
- لا توجد حركة أيونات ملحوظة عبر القنوات، وهي مغلقة.
مرحلة زوال الاستقطاب (Depolarization):
- عند تنبيه الخلية، تفتح قنوات الصوديوم (Na⁺) ويدخل Na⁺ بكميات كبيرة إلى داخل الخلية.
- هذا يؤدي إلى انقلاب فرق الجهد (أصبح داخل الخلية موجبًا مقارنة بالخارج).
- في الرسم، ترى تدفق Na⁺ (باللون الأحمر) من الخارج إلى الداخل.
مرحلة إزالة الاستقطاب (Hyperpolarization):
- في نهاية الجهد العصبي، قد تخرج كمية زائدة من K⁺، مما يجعل الجهد أكثر سلبية من وضع الراحة.
- تُغلق القنوات تدريجيًا وتبدأ الخلية بالعودة لحالة الراحة.

الفقرة التوضيحية أسفل الصورة:

تشرح النص كيف يتم توزيع وتركيز الأيونات في جانبي غشاء الخلية العصبية:

تركيز Na⁺ وCl⁻ يكون أعلى في الخارج.
تركيز K⁺ والمركبات العضوية سالبة الشحنة أعلى في الداخل.
مضخة الصوديوم-بوتاسيوم (Na⁺/K⁺-ATPase) تحافظ على هذا التوزيع بإخراج 3 Na⁺ مقابل إدخال 2 K⁺.
الغشاء في حالة الراحة يكون نافذًا أكثر للبوتاسيوم منه للصوديوم، مما يُسهم في فرق الجهد السلبي.

الخلاصة:

الصورة توضح المراحل الكهربائية في حياة السيال العصبي وتشرح دور الأيونات والبروتينات الناقلة في تكوين الجهد الكهربائي في العصبون. هذا الرسم يُستخدم عادة في مناهج الأحياء أو العلوم لفهم آلية نقل السيال العصبي عبر غشاء الخلية العصبية.

✅ نقاط رئيسية للملخص:

حالة الراحة:
- الغشاء في حالة استقطاب (سالب داخليًا).
- مضخة Na⁺/K⁺ تعمل للحفاظ على فرق الجهد.
زوال الاستقطاب:
- دخول Na⁺ يسبب انقلاب الجهد داخل الخلية.
- يتم إنتاج السيال العصبي.
إعادة الاستقطاب:
- خروج K⁺ يعيد الجهد إلى حالته السالبة.
فرط الاستقطاب:
- خروج زائد لـ K⁺ يجعل الجهد أكثر سلبية من الطبيعي مؤقتًا.
استعادة التوازن:

مضخة Na⁺/K⁺ تسترجع التوزيع الأصلي للأيونات.

🟦 أولًا: أسئلة اختيار من متعدد (10 أسئلة)

أي الأيونات تتركز بشكل أكبر داخل الخلية العصبية في حالة الراحة؟
- أ. Na⁺
- ب. K⁺
- ج. Cl⁻
- د. Ca²⁺
  الإجابة: ب
ماذا يحدث في مرحلة زوال الاستقطاب؟
- أ. خروج Na⁺ من الخلية
- ب. دخول K⁺ للخلية
- ج. دخول Na⁺ إلى الخلية
- د. خروج Ca²⁺
  الإجابة: ج
عدد الأيونات التي تُضخ إلى خارج الخلية بواسطة مضخة Na⁺/K⁺ هو:
- أ. 2 Na⁺
- ب. 3 K⁺
- ج. 3 Na⁺
- د. 2 Ca²⁺
  الإجابة: ج
ما الذي يسبب إعادة الاستقطاب؟
- أ. فتح قنوات Na⁺
- ب. إغلاق قنوات K⁺
- ج. دخول Ca²⁺
- د. خروج K⁺
  الإجابة: د
الجهد داخل الخلية العصبية في حالة الراحة يساوي تقريبًا:
- أ. 0 mV
- ب. +30 mV
- ج. -70 mV
- د. -30 mV
  الإجابة: ج
أي من التالي يمثل مرحلة فرط الاستقطاب؟
- أ. دخول Na⁺ بشكل مفرط
- ب. خروج K⁺ بشكل زائد
- ج. إغلاق جميع القنوات
- د. عمل الإنزيمات
  الإجابة: ب
ما وظيفة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم؟
- أ. تنظيم دخول Na⁺ فقط
- ب. الحفاظ على تركيز الأيونات داخل الخلية
- ج. منع دخول Ca²⁺
- د. فتح القنوات الأيونية
  الإجابة: ب
الترتيب الصحيح للمراحل هو:
- أ. راحة → إعادة استقطاب → زوال استقطاب → فرط استقطاب
- ب. زوال استقطاب → إعادة استقطاب → فرط استقطاب → راحة
- ج. راحة → زوال استقطاب → إعادة استقطاب → فرط استقطاب
- د. إعادة استقطاب → راحة → فرط استقطاب
  الإجابة: ج
في حالة الراحة، أي القنوات تكون مغلقة؟
- أ. قنوات Na⁺
- ب. قنوات K⁺
- ج. القنوات الكالسيومية
- د. جميع ما سبق
  الإجابة: أ
ما الذي يحدد اتجاه حركة الأيونات؟
- أ. حجم الجزيء
- ب. تركيز الأيونات والجهد الكهربائي
- ج. درجة الحرارة
- د. مستوى الطاقة في الخلية
  الإجابة: ب

🟩 ثانيًا: أسئلة صواب / خطأ (10 أسئلة)

في مرحلة إعادة الاستقطاب، تدخل أيونات Na⁺ إلى داخل الخلية.
خطأ
فرق الجهد في حالة الراحة يكون سالبًا داخل الخلية.
صواب
تعمل مضخة الصوديوم-بوتاسيوم دون استخدام طاقة.
خطأ
زوال الاستقطاب يعني أن الجهد داخل الخلية أصبح موجبًا.
صواب
فرط الاستقطاب يجعل الخلية أقل استعدادًا لنقل سيال عصبي آخر مباشرة.
صواب
دخول K⁺ إلى داخل الخلية يسبب زوال الاستقطاب.
خطأ
القنوات الأيونية تنفتح بفعل فرق الجهد.
صواب
تركيز Na⁺ أعلى في داخل الخلية مقارنة بالخارج.
خطأ
السيال العصبي ينتقل في اتجاه واحد فقط.
صواب
فرط الاستقطاب ضروري لضمان عدم تداخل السيالات العصبية.
صواب

🟨 ثالثًا: أسئلة الإجابة القصيرة (10 أسئلة)

ما هو دور مضخة Na⁺/K⁺ في الخلية العصبية؟
تحافظ على فرق الجهد عبر الغشاء عن طريق إخراج 3 Na⁺ وإدخال 2 K⁺.
ما التغير الأيوني الذي يحدث في زوال الاستقطاب؟
دخول Na⁺ إلى داخل الخلية.
ما المقصود بفرط الاستقطاب؟
حالة يصبح فيها الجهد داخل الخلية أكثر سلبية من حالة الراحة بسبب خروج زائد لـ K⁺.
ما سبب السالبية داخل الخلية في حالة الراحة؟
بسبب وجود مركبات سالبة وشحنات K⁺ وعدم دخول Na⁺.
ما وظيفة قنوات الصوديوم؟
السماح بدخول Na⁺ إلى الخلية أثناء زوال الاستقطاب.
لماذا يُعد الجهد الكهربائي مهمًا للسيال العصبي؟
لأنه يسمح بانتقال الإشارة العصبية على طول العصبون.
ما المرحلة التي يُغلق فيها قنوات الصوديوم وتفتح قنوات البوتاسيوم؟
مرحلة إعادة الاستقطاب.
ما الجهد داخل الخلية أثناء زوال الاستقطاب؟
يصل إلى +30 mV تقريبًا.
كيف تساهم فرط الاستقطاب في تنظيم السيالات العصبية؟
تمنع حدوث سيال جديد مباشرة مما يضمن عدم تداخل الإشارات.
ما العامل الذي يحفز فتح القنوات الأيونية؟
فرق الجهد عبر الغشاء أو وصول منبه.

🟧 رابعًا: أسئلة بما تفسر (5 أسئلة)

بما تفسر سالبية الجهد داخل الخلية أثناء الراحة؟
لأن K⁺ يخرج من الخلية، وNa⁺ لا يدخل بحرية، والمركبات السالبة لا تغادر الخلية.
بما تفسر أهمية مضخة الصوديوم-بوتاسيوم في العصبونات؟
لأنها تحفظ توزيع الأيونات الضروري لجهد الراحة وتعيده بعد السيال.
بما تفسر عدم حدوث سيال عصبي خلال فرط الاستقطاب؟
لأن الجهد داخل الخلية منخفض جدًا مما يمنع تنشيط القنوات مجددًا.
بما تفسر انتقال السيال العصبي في اتجاه واحد؟
بسبب الفترة الانكسارية التي تمنع إعادة تنشيط نفس المنطقة مباشرة.
بما تفسر فتح قنوات Na⁺ عند التنبيه؟
لأن التغير في فرق الجهد يؤدي إلى تنشيط القنوات الحساسة للجهد.

🟥 خامسًا: أسئلة تحليل واستنتاج (10 أسئلة)

إذا تم تثبيط مضخة Na⁺/K⁺، ماذا يحدث للخلية العصبية؟
تفقد قدرتها على إعادة الجهد وتصبح غير قادرة على إطلاق سيالات جديدة.
إذا زاد تركيز Na⁺ داخل الخلية، ماذا تتوقع؟
قد لا يحدث زوال استقطاب بالشكل الطبيعي، مما يؤثر على السيال العصبي.
في تجربة، بقيت قنوات K⁺ مفتوحة أكثر من اللازم، ما النتيجة؟
يحدث فرط استقطاب مفرط ويطول زمن الاستجابة التالية.
ماذا تستنتج من وجود فرق تركيز بين Na⁺ وK⁺ عبر الغشاء؟
أنه أساس تكوين الجهد العصبي ونقل السيال.
ما أثر إزالة بروتينات القنوات من الغشاء؟
تتوقف حركة الأيونات، ويتعطل الجهد العصبي كليًا.
إذا استخدم الباحثون مادة تغلق قنوات الصوديوم، فماذا تتوقع؟
عدم حدوث زوال الاستقطاب وتوقف السيال العصبي.
ماذا تستنتج إذا لاحظت أن الجهد بقي موجبًا لفترة طويلة؟
ربما لم تُغلق قنوات Na⁺ أو لم تُفتح قنوات K⁺ في الوقت المناسب.
إذا تم ضخ Na⁺ إلى الداخل بشكل غير طبيعي، ما التأثير؟
يؤدي إلى إثارة غير طبيعية أو عشوائية في العصبون.
في حالة عدم وجود ATP، ما مصير مضخة Na⁺/K⁺؟
تتوقف عن العمل، ويختل فرق الجهد.
لماذا لا يُنصح باستخدام مثبطات مضخة Na⁺/K⁺ إلا بحذر؟
لأنها تؤثر على الجهد العصبي ووظائف الأعصاب والعضلات.

🟪 سادسًا: أسئلة مقال (5 أسئلة)

اشرح بالتفصيل مراحل مرور السيال العصبي في الخلية العصبية.
يشمل الراحة، زوال الاستقطاب، إعادة الاستقطاب، فرط الاستقطاب، ودور الأيونات في كل مرحلة.
ناقش أهمية مضخة Na⁺/K⁺ في الحفاظ على نشاط الجهاز العصبي.
تُحافظ على الجهد، تمنع التداخل، وتعيد الخلية لحالة الاستعداد.
قارن بين زوال الاستقطاب وإعادة الاستقطاب من حيث الأيونات والجهد.
زوال: دخول Na⁺ وزيادة الجهد. إعادة: خروج K⁺ وانخفاض الجهد.
اشرح كيف تساهم قنوات الأيونات في نقل السيال العصبي.
تفتح استجابة للجهد، تسمح بتدفق الأيونات، وتحدث تغيرات كهربية في الغشاء.
صف بالتفصيل ماذا يحدث عندما يتم تنبيه الخلية العصبية حتى عودتها لحالة الراحة.
من التنبيه إلى فتح قنوات Na⁺، ثم K⁺، ثم استعادة التوزيع عبر المضخة.

السبت، 25 مايو 2024

الأوضاع الأربعة للخلية العصبية