الأوضاع الأربعة للخلية العصبية

 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.

تفسير مضخة الصوديوم والبوتاسيوم

 تفسير مضخة الصوديوم والبوتاسيوم

         ‌أ.        في الواقع، يكون تركيز أيونات الصوديوم خارج الخلية العصبية أعلى بمقدار 10 أمثال إلى 15 مثل تركيزه بالداخل، ويكون تركيز البوتاسيوم داخل الخلية أعلى بمقدار 30 مثل تركيزه في الخارج.

       ‌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