معلومة

هل القنوات ذات الجهد الكهربائي في الخلايا العصبية تستخدم ATP

هل القنوات ذات الجهد الكهربائي في الخلايا العصبية تستخدم ATP


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لدي سؤال حول إمكانات العمل في الخلايا العصبية.

هل قنوات الصوديوم والبوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي تستخدم ATP؟ أعني عندما يتم إغلاقهم أو عندما يريدون فتح البوابة ، هل يستخدمون ATP؟


لا ، إنهم يغيرون التشكل استجابة للجهد. تحتوي ويكيبيديا على بعض المناقشات العامة حول عملية البوابة ، كما هو الحال مع أي كتاب أساسي في علم الأعصاب.

تكمن تكلفة الطاقة الأولية (ATP) في النقل العصبي في إنشاء تدرجات تركيز الأيونات ، عبر الصوديوم / البوتاسيوم ATPase. يمكنك التفكير في هذا كحالة خاصة للنقل الثانوي النشط ، حيث تكون تكاليف الطاقة في إنشاء تدرج يتم استخدامه بعد ذلك لعملية لاحقة لا تكلف أي طاقة مباشرة.


هيكل ووظيفة قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي

تتوسط قنوات الصوديوم إزالة الاستقطاب السريع وتوصيل النبضات الكهربائية في جميع أنحاء الأعصاب والعضلات والقلب. تستعرض هذه الورقة الروابط بين بنية قناة الصوديوم ووظيفتها.

تحتوي قنوات الصوديوم على بنية معيارية ، مع مناطق مميزة للمسام والبوابات. ومع ذلك ، فإن الفصل بعيد كل البعد عن المطلق ، مع تفاعل واسع النطاق بين الأجزاء المختلفة للقناة.

على المستوى الجزيئي ، لا تكون قنوات الصوديوم ثابتة: فهي تتحرك على نطاق واسع في مسار انتقال الأيونات والبوابة.

ترتبط قنوات الصوديوم بالتخدير الموضعي والسموم المختلفة. في بعض الحالات ، تم تحديد المواقع ذات الصلة جزئيًا.

تخضع قنوات الصوديوم للتنظيم على مستويات النسخ وتفاعل الوحدة الفرعية والتعديل اللاحق للترجمة (لا سيما الارتباط بالجليكوزيل والفسفرة).

تلعب قنوات الصوديوم دورًا مركزيًا في علم وظائف الأعضاء: فهي تنقل نبضات إزالة الاستقطاب بسرعة عبر الخلايا وشبكات الخلايا ، مما يتيح تنسيق عمليات أعلى تتراوح من الحركة إلى الإدراك. هذه القنوات لها أيضًا أهمية خاصة لتاريخ علم وظائف الأعضاء. أدى توضيح خصائصها الأساسية في محور الحبار إلى إطلاق نظرية القناة الحديثة. على وجه الخصوص ، عمل Hodgkin and Huxley على قنوات الصوديوم ، المنشور في هذه المجلة ، أحدث ثورة في الفيزيولوجيا الكهربية من خلال تشريح العمليات الأولية للبوابة والتخلل (Hodgkin & # x00026 Huxley ، 1952). في الآونة الأخيرة ، كانت قنوات الصوديوم هي أول قنوات أيونية تعتمد على الجهد يتم استنساخها (Noda وآخرون. 1984) ، إيذانًا ببدء عصر التعبير غير المتجانسة والتلاعب الجزيئي. تزامن الاستنساخ بسعادة مع تطوير تقنيات تثبيت التصحيح ، والتي مكّنت من التسجيلات أحادية القناة. تستعرض هذه الورقة المفاهيم العامة لبنية قناة الصوديوم ووظيفتها التي ظهرت خلال نصف القرن الماضي. لأن الهدف من هذه السلسلة هو أن تكون مختصرة ، فإن الاقتباسات من الأدبيات تكون انتقائية. تتم إحالة القارئ إلى مراجعات أخرى (مثل Fozzard & # x00026 Hanck، 1996) لمزيد من العلاجات الموسوعية.


شكوى DMCA

إذا كنت تعتقد أن المحتوى المتاح عن طريق موقع الويب (كما هو محدد في شروط الخدمة الخاصة بنا) ينتهك واحدًا أو أكثر من حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيرجى إخطارنا من خلال تقديم إشعار كتابي ("إشعار الانتهاك") يحتوي على المعلومات الموضحة أدناه إلى الوكيل المذكور أدناه. إذا اتخذ Varsity Tutors إجراءً ردًا على إشعار الانتهاك ، فسيحاول بحسن نية الاتصال بالطرف الذي جعل هذا المحتوى متاحًا عن طريق عنوان البريد الإلكتروني الأحدث ، إن وجد ، الذي قدمه هذا الطرف إلى Varsity Tutor.

قد تتم إعادة توجيه إشعار الانتهاك الخاص بك إلى الطرف الذي جعل المحتوى متاحًا أو إلى جهات خارجية مثل ChillingEffects.org.

يرجى العلم أنك ستكون مسؤولاً عن التعويضات (بما في ذلك التكاليف وأتعاب المحاماة) إذا لم تُثبت بالدليل المادي أن منتجًا أو نشاطًا ما ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك. وبالتالي ، إذا لم تكن متأكدًا من أن المحتوى الموجود على الموقع الإلكتروني أو المرتبط به ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيجب أن تفكر أولاً في الاتصال بمحامٍ.

الرجاء اتباع هذه الخطوات لتقديم إشعار:

يجب عليك تضمين ما يلي:

توقيع مادي أو إلكتروني لمالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه تعريف بحقوق النشر المزعوم انتهاكها وصفًا لطبيعة وموقع المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، بما يكفي التفاصيل للسماح للمدرسين المختلفين بالعثور على هذا المحتوى وتحديده بشكل إيجابي ، على سبيل المثال ، نطلب رابطًا إلى السؤال المحدد (وليس فقط اسم السؤال) الذي يحتوي على المحتوى ووصف أي جزء معين من السؤال - صورة ، أو الرابط والنص وما إلى ذلك - تشير شكواك إلى اسمك وعنوانك ورقم هاتفك وعنوان بريدك الإلكتروني وبيان من جانبك: (أ) تعتقد بحسن نية أن استخدام المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك هو غير مصرح به بموجب القانون ، أو من قبل مالك حقوق الطبع والنشر أو وكيل المالك (ب) أن جميع المعلومات الواردة في إشعار الانتهاك الخاص بك دقيقة ، و (ج) تحت طائلة عقوبة الحنث باليمين ، أنك إما مالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه.

أرسل شكواك إلى وكيلنا المعين على:

تشارلز كوهن فارسيتي توتورز ذ م م
101 طريق هانلي ، جناح 300
سانت لويس ، مو 63105


التقاطع العصبي العضلي (NMJ): هدف للسموم الطبيعية والبيئية في البشر

قنوات الكالسيوم

تعد قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي من محولات الطاقة الرئيسية ، حيث تقوم بتحويل إزالة الاستقطاب من غشاء الخلية إلى تدفق Ca 2+. يتطابق التنظيم الهيكلي لقناة Ca 2+ ذات الجهد الكهربائي تقريبًا مع تنظيم قناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي ، والتي تشتمل على α الوحدة الفرعية ، التي تحتوي على تلك الهياكل التي تشكل القناة الأيونية ومجالات الإشارة ، ووحدة فرعية مساعدة واحدة أو أكثر. كما هو الحال في قناة الصوديوم ، فإن α تتكون الوحدة الفرعية لقناة الكالسيوم من أربعة مجالات ، كل منها يحتوي على ستة متواليات كارهة للماء ، ويتكون المسام عندما تشكل المجالات الأربعة مصفوفة شبه متناظرة عبر غشاء الخلية. تندرج قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي المعروفة في واحد من ثلاثة أنواع رئيسية ، يحددها دورها. كاليفورنياالخامس1 قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي ، والمعروفة أيضًا بالنوع L ، تشارك في تنشيط عمليات الإشارات داخل الخلايا ، بما في ذلك تنظيم الجينات ، وإفراز الغدد الصماء ، وتقلص العضلات الملساء والقلبية والهيكلية. كاليفورنياالخامس2 ، المعروف أيضًا باسم قنوات N و P / Q و R ، ينظم النقل المتشابك السريع في الجهاز العصبي Caالخامس3 ، المعروفة أيضًا باسم القنوات من النوع T ، تشارك بشكل أساسي في تنظيم إطلاق النار المتكرر في الجهاز العصبي. هناك قدر كبير من تنوع الوظائف داخل الأنواع الفردية لقنوات أيون الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي بسبب وجود ما لا يقل عن عشرة أشكال إسوية يمكن التعرف عليها من α وحدة فرعية ، تزداد تعقيدًا بسبب التضفير البديل الواسع. يؤدي تنوع مماثل بين الوحدات المساعدة إلى درجة عالية من عدم التجانس التوافقي.

يتم إنتاج السموم الطبيعية التي تستهدف قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي من قبل أعداد كبيرة من الحيوانات المفترسة. وتشمل السموم المعنية ω- السموم المتكونة ، السموم من سموم العناكب من الأجناس Agenelopsis ، Grammostola ، Hololena ، و Plectreurys وثعابين الأجناس Dendroaspis. ال ω-سموم Conus (أي ω-السموم الوراثية) و اجيلينوبسيس (أي ω-agatoxins) هي إلى حد بعيد السموم الأكثر استخدامًا في علم الأدوية لقناة الكالسيوم. على الرغم من الخصوصية العالية جدًا لـ ω- السموم الوراثية والأجاتوكسين لقنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي ، فهي غير مرتبطة من الناحية الهيكلية. ال ω- السموم المكونة هي عديد ببتيدات صغيرة من 24-30 من البقايا المترابطة بثلاثة روابط ثنائي كبريتيد ω-agatoxins عبارة عن عديد ببتيدات صغيرة من 45-75 من البقايا المترابطة بواسطة أربعة روابط ثاني كبريتيد. مع الحذر ، قد يتم التمايز الدوائي بين الأنواع المختلفة لقناة الكالسيوم على أساس الحساسية لعدد صغير من العوامل. القنوات من النوع L حساسة جدًا للداي هيدروبيريدين ومقاومة لمعظمها ω-السموم والسموم الاجاتوكسينية. تعتبر قنوات P / Q حساسة بشكل خاص لـ ω-الكونوتوكسين MV11C و ωتعتبر قنوات -agatoxin 1VA و N حساسة بشكل خاص لـ ω-الكونوتوكسين GV1A. ومع ذلك ، فإن هذا النهج لتصنيف قنوات الكالسيوم محفوف بالصعوبة ، خاصة عند تصنيف قناة الكالسيوم الجديدة ، لأن غالبية ω- السموم انتقائية لقنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي ولكنها ليست خاصة بنوع قناة فردية.

تشمل السموم الأخرى التي تؤثر بشكل مباشر على قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي ω-جراموتوكسين SIA ، معزول من سم الرتيلاء التشيلي ملعقة غرامموستولا ، الذي يحجب قنوات N- و P- و Q ولكن ليس سم هولولينا من النوع L من سم العنكبوت هولولينا كورتا و PLTX11 من سم العنكبوت Plectreurus tristes ، التي تسد قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي في الحشرات. الكالسيبتين المعزول من سم المامبا Dendroaspis polylepis، يمنع قنوات L-type Ca 2+ في الشريان الأورطي ، والعضلات البطينية ، وعقد الجذر الظهرية الكالسيكلودين ، من سم Dendroaspis augusticeps ، كتل القنوات من النوع L و N و P في الجهاز العصبي المركزي. تتمثل الاستجابة النموذجية للحصار المفروض على قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي في NMJ في فشل الإرسال المستحث وتعبئة طرف العصب بحويصلات متشابكة.


ملاحظات ختامية

تشكل الأورام الخبيثة تهديدا خطيرا لصحة الإنسان. مع تعميق البحث متعدد التخصصات في البيولوجيا الجزيئية ، وبيولوجيا الخلية ، والصيدلة ، أحرز البحث حول العلاقة بين القنوات الأيونية والأورام تقدمًا كبيرًا. لقد تم توضيح أنه يمكن التعبير عن VGSCs في الخلايا السرطانية الغازية ويمكن أن تزيد من قدرة الخلايا السرطانية على الحركة والغزو. لذلك ، يمكن اعتبارهم منظمات مهمة لتطور السرطان. ومع ذلك ، فإن التعبير عن الوحدات الفرعية & # x003B1 و & # x003B2 من VGSCs في أورام مختلفة ودورها في تطور المرض بحاجة إلى مزيد من التحقيق. بالإضافة إلى ذلك ، لا تزال الآليات الجزيئية المشاركة في تنظيم نشاط VGSCs غير واضحة. قد تعمل بعض حاصرات القنوات التي يتم تطويرها حاليًا كتدخل لمرض منتشر. سيسهل ذلك استخدام VGSCs كعلامة تشخيصية للتشخيص المبكر وكهدف علاجي في علاج أمراض الأورام النقيلية السريرية.


تدخل الأيونات الخلايا عبر غشاء الخلية من خلال القنوات الأيونية التي هي قنوات مسورة أو قنوات أيونية غير مسورة. إن القنوات الأيونية ذات البوابات ذات الجهد الكهربي والبوابة الترابطية نوعان تستجيبان لفرق الجهد والربط الترابطي على التوالي. القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي خاصة بالأيونات بينما القنوات الأيونية ذات البوابات الرابطة ليست انتقائية. يوضح الرسم البياني أدناه الفرق بين القنوات الأيونية ذات البوابات المرتبطة بالجهد والبوابات في شكل جدول.


المشابك الكيميائية والكهربائية

المشبك أو "الفجوة" هو المكان الذي تنتقل فيه المعلومات من خلية عصبية إلى أخرى. عادة ما تتشكل نقاط الاشتباك العصبي بين المحاور الطرفية والعمود الفقري الشجيري ، لكن هذا ليس صحيحًا عالميًا. هناك أيضًا محوار إلى محور عصبي ، والتغصنات إلى التغصنات ، والمشابك العصبية من الجسم إلى الخلية. تسمى الخلية العصبية التي تنقل الإشارة بالخلايا العصبية قبل المشبكي ، وتسمى الخلية العصبية التي تستقبل الإشارة بالخلايا العصبية بعد المشبكية. لاحظ أن هذه التعيينات مرتبطة بمشبك معين — معظم الخلايا العصبية تكون في نفس الوقت قبل المشبكية وما بعد المشبكي. هناك نوعان من المشابك: الكيميائية والكهربائية.

المشبك الكيميائي

الشكل 6. هذه الصورة المزيفة اللونية المأخوذة بمجهر إلكتروني مسح تُظهر طرفًا محوارًا مفتوحًا لتكشف عن حويصلات متشابكة (زرقاء وبرتقالية) داخل الخلية العصبية. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة Tina Carvalho ، بيانات مقياس NIH-NIGMS من Matt Russell)

عندما يصل جهد الفعل إلى المحطة المحورية ، فإنه يزيل استقطاب الغشاء ويفتح قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي. تدخل أيونات الصوديوم إلى الخلية ، مما يؤدي إلى زيادة استقطاب الغشاء قبل المشبكي. يتسبب هذا الاستقطاب في فتح قنوات Ca 2+ ذات بوابات الجهد. تبدأ أيونات الكالسيوم التي تدخل الخلية سلسلة إشارات تسبب حويصلات صغيرة مرتبطة بالغشاء ، تسمى الحويصلات المشبكية، التي تحتوي على جزيئات الناقل العصبي لتندمج مع الغشاء قبل المشبكي. تظهر الحويصلات المشبكية في الشكل 6 ، وهي صورة مأخوذة من المجهر الإلكتروني الماسح.

يؤدي اندماج الحويصلة مع الغشاء قبل المشبكي إلى إطلاق ناقل عصبي في شق متشابك، الفضاء خارج الخلية بين الأغشية قبل المشبكي وما بعد المشبكي ، كما هو موضح في الشكل 7. ينتشر الناقل العصبي عبر الشق المشبكي ويرتبط ببروتينات المستقبل على الغشاء بعد المشبكي.

الشكل 7. الاتصال في المشابك الكيميائية يتطلب إطلاق الناقلات العصبية. عندما يكون الغشاء قبل المشبكي غير مستقطب ، تفتح قنوات Ca2 + ذات الجهد الكهربائي وتسمح لـ Ca2 + بدخول الخلية. يتسبب دخول الكالسيوم في اندماج الحويصلات المشبكية مع الغشاء وإطلاق جزيئات الناقل العصبي في الشق المشبكي. ينتشر الناقل العصبي عبر الشق المشبكي ويرتبط بالقنوات الأيونية المترابطة في الغشاء بعد المشبكي ، مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب الموضعي أو فرط الاستقطاب للخلايا العصبية بعد المشبكية.

يؤدي ارتباط ناقل عصبي معين إلى فتح قنوات أيونية معينة ، في هذه الحالة القنوات ذات بوابات الترابط ، على الغشاء بعد المشبكي. يمكن أن يكون للناقلات العصبية تأثيرات استثارة أو مثبطة على غشاء ما بعد المشبكي. هناك العديد من الأمثلة على النواقل العصبية المعروفة والمفصلة بالتفصيل في الجدول 1. على سبيل المثال ، عندما يتم إطلاق أستيل كولين عند المشبك بين العصب والعضلة (يسمى الوصل العصبي العضلي) بواسطة عصبون قبل المشبكي ، فإنه يتسبب في فتح قنوات الصوديوم بعد المشبكي. يدخل Na + إلى الخلية ما بعد المشبكي ويسبب إزالة الاستقطاب من الغشاء بعد المشبكي. هذا الاستقطاب يسمى إمكانات ما بعد المشبكية المثيرة (EPSP) ويجعل الخلايا العصبية بعد المشبكية أكثر عرضة لإطلاق جهد فعل. إطلاق الناقل العصبي في أسباب المشابك المثبطة إمكانات ما بعد المشبك المثبطة (IPSPs)، فرط استقطاب الغشاء قبل المشبكي. على سبيل المثال ، عندما يتم إطلاق الناقل العصبي GABA (حمض جاما أمينوبوتيريك) من عصبون ما قبل المشبكي ، فإنه يرتبط بقنوات Cl & # 8211 ويفتحها. تدخل أيونات Cl & # 8211 الخلية وتفرط في استقطاب الغشاء ، مما يجعل العصبون أقل احتمالية لإطلاق جهد فعل.

بمجرد حدوث النقل العصبي ، يجب إزالة الناقل العصبي من الشق المشبكي حتى يمكن إعادة ضبط الغشاء بعد المشبكي ويكون جاهزًا لاستقبال إشارة أخرى. يمكن تحقيق ذلك بثلاث طرق: يمكن أن ينتشر الناقل العصبي بعيدًا عن الشق المشبكي ، أو يمكن أن يتحلل بفعل الإنزيمات الموجودة في الشق المشبكي ، أو يمكن إعادة تدويره (يسمى أحيانًا إعادة امتصاص) بواسطة العصبون قبل المشبكي. تعمل العديد من الأدوية في هذه الخطوة من النقل العصبي. على سبيل المثال ، تعمل بعض الأدوية التي تُعطى لمرضى الزهايمر عن طريق تثبيط إنزيم أستيل كولينستراز ، وهو الإنزيم الذي يحلل الأستيل كولين. يؤدي تثبيط الإنزيم بشكل أساسي إلى زيادة النقل العصبي في نقاط الاشتباك العصبي التي تطلق الأسيتيل كولين. بمجرد إطلاقه ، يبقى الأسيتيل كولين في الشق ويمكن أن يرتبط باستمرار ويفك ارتباطه بمستقبلات ما بعد المشبكي.

الجدول 1. الناقلات العصبية
ناقل عصبي وظيفة موقع
أستيل كولين السيطرة على العضلات والذاكرة الجهاز العصبي المركزي و / أو الجهاز العصبي المحيطي
السيروتونين حركة الأمعاء ، تنظيم المزاج ، النوم القناة الهضمية ، الجهاز العصبي المركزي
الدوبامين حركات العضلات الإرادية ، والإدراك ، ومسارات المكافأة الغدة النخامية
نوربينفرين استجابة القتال أو الهروب النخاع الكظرية
جابا يمنع الجهاز العصبي المركزي مخ
الجلوتامات بشكل عام ، ناقل عصبي مثير ، ذاكرة الجهاز العصبي المركزي ، الجهاز العصبي المحيطي

المشبك الكهربائي

في حين أن عدد المشابك الكهربائية أقل من عدد المشابك الكيميائية ، إلا أنها توجد في جميع الأجهزة العصبية وتلعب أدوارًا مهمة وفريدة من نوعها. إن طريقة النقل العصبي في المشابك الكهربائية مختلفة تمامًا عن تلك الموجودة في المشابك الكيميائية. في المشبك الكهربائي ، تكون الأغشية قبل المشبكية وما بعد المشبك متقاربة جدًا من بعضها البعض وترتبط فعليًا ببروتينات القناة التي تشكل تقاطعات فجوة. تسمح تقاطعات الفجوة للتيار بالمرور مباشرة من خلية إلى أخرى. بالإضافة إلى الأيونات التي تحمل هذا التيار ، يمكن للجزيئات الأخرى ، مثل ATP ، أن تنتشر عبر مسام الوصلات ذات الفجوة الكبيرة.

هناك اختلافات أساسية بين المشابك الكيميائية والكهربائية. نظرًا لأن المشابك الكيميائية تعتمد على إطلاق جزيئات الناقل العصبي من الحويصلات المشبكية لتمرير إشاراتها ، فهناك تأخير يصل إلى جزء من الألف من الثانية تقريبًا بين وصول إمكانات المحور العصبي إلى الطرف قبل المشبكي وعندما يؤدي الناقل العصبي إلى فتح قنوات أيونية ما بعد المشبكي. بالإضافة إلى ذلك ، هذه الإشارة أحادية الاتجاه. على النقيض من ذلك ، فإن التشوير في المشابك الكهربائية يكون فوريًا تقريبًا (وهو أمر مهم للمشابك المتضمنة في ردود الفعل الرئيسية) ، وبعض المشابك الكهربائية ثنائية الاتجاه. تعتبر المشابك الكهربائية أيضًا أكثر موثوقية حيث تقل احتمالية انسدادها ، وهي مهمة لمزامنة النشاط الكهربائي لمجموعة من الخلايا العصبية. على سبيل المثال ، يُعتقد أن المشابك الكهربائية في المهاد تنظم نوم الموجة البطيئة ، ويمكن أن يتسبب تعطيل هذه المشابك في حدوث نوبات.


أنواع القنوات الأيونية

يمكن تصنيف القنوات الأيونية من خلال كيفية استجابتها لبيئتها. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون القنوات الأيونية حساسة للجهد من حيث أنها تفتح وتغلق استجابةً للجهد عبر الغشاء. تشكل القنوات ذات البوابات الترابطية فئة مهمة أخرى تفتح وتغلق هذه القنوات الأيونية استجابةً لارتباط جزيء يجند مثل ناقل عصبي. القنوات الأيونية الأخرى تفتح وتغلق بالقوى الميكانيكية. لا يزال البعض الآخر ، مثل تلك الموجودة في الخلايا العصبية الحسية ، يفتح ويغلق استجابةً لمحفزات أخرى ، مثل الضوء أو درجة الحرارة أو الضغط. يتم وصف الأنواع الأكثر شيوعًا من القنوات الأيونية أدناه.


Crash Course Nervous System 2: كيف تعمل إمكانيات العمل

انشر 2 في سلسلة Crash Course حول كيفية عمل الجهاز العصبي: إمكانات العمل!

الخلايا العصبية هي خلايا غير عادية. بالإضافة إلى كونها متفرعة بشكل معقد وضخمة بالنسبة لمعظم الخلايا ، تنتقل في جسمك كل ثانية مئات المليارات من النبضات الكهربائية التي تسمى إمكانات الفعل. قبل أن نتحقق من كيفية عمل ذلك ، من المفيد تحديث بعض شروط الكهرباء.

الجهد االكهربى هو فرق في الشحنة الكهربائية. في الخلايا العصبية ، يقاس الجهد بالميليفولت (1/1000 من فولت) ويسمى جهد الغشاء. كلما زاد فرق الشحنة ، زادت إمكانات الغشاء. تيار هل تدفق من الكهرباء. في الخلايا العصبية ، تشير التيارات إلى تدفق الأيونات الموجبة أو السالبة عبر أغشية الخلايا. ولكن قبل أن نصل إلى تدفق التيار ، دع & # 8217s نفهم الافتراضي أو & # 8220 الحالة المستقرة & # 8221 للخلايا العصبية:

استراحة الخلايا العصبية المحتملة عبر Crash Course

ينفصل الجلد عن العالم الخارجي. هذا يسمح للحالة الداخلية لجسمك أن تكون لها ظروف مختلفة عن العالم الخارجي. الخلايا العصبية لها & # 8220skin & # 8221 في شكل أ غشاء الخلية. لديها بوابات أيون & # 8211 جزيئات كبيرة مصنوعة من العديد من البروتينات & # 8211 التي تغير الشكل عند وجود جزيئات معينة ، مما يسمح لأيونات محددة أخرى (جزيئات مشحونة) بالمرور عبر غشاء الخلية. تغير حركة هذه الأيونات شحنة الخلية ، مما يتسبب في سلسلة من النشاط.

عندما تكون الخلايا العصبية في حالة راحة ولا تتلقى إشارة كهربائية. شحنتها الداخلية سالبة بفضل نشاط آلة جزيئية رائعة: مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. يضخ هذا البروتين العابر للغشاء أيونات الصوديوم بنشاط عبر تدرج تركيزها إلى خارج الخلية.

تحافظ مضخة بوتاسيوم الصوديوم على التدرج الكهروكيميائي داخل الخلايا العصبية (كما هو موضح في البط البري). الجزيء الأرجواني في أسفل اليمين هو ATP ، مما يوفر الطاقة لتنشيط المضخة. مقابل كل اثنين من أيوني بوتاسيوم موجب الشحنة (أزرق) يضخهما ، فإنه يضخ ثلاثة أيونات بوتاسيوم موجبة الشحنة (أحمر) ، مما يجعله موجب الشحنة خارج الخلية العصبية. عبر Crash Course

بالإضافة إلى مضخات الصوديوم والبوتاسيوم ، تحتوي الخلايا العصبية على أنواع عديدة من القنوات الأيونية.

تسمح القنوات الأيونية للعديد من الأيونات المشحونة بالمرور عبر غشاء الخلية. عندما تنتشر الجسيمات المشحونة بسرعة عبر الغشاء ، فإنها تزيل الاستقطاب ، وبالتالي تغير شحنتها.

فيما يلي بعض الأنواع المختلفة من البوابات الأيونية:

القنوات الأيونية الأكثر شيوعًا هي بوابات الجهد. أنها تفتح عند عتبات محتملة غشاء معينة. عن طريق دورة مكثفة

تشمل القنوات الأيونية الأخرى بوابات Ligand (الحمراء) ، التي يتم تنشيطها بواسطة الناقلات العصبية مثل أستيل كولين ، والبوابات الميكانيكية (الصفراء) ، التي يتم تنشيطها عن طريق التمدد المادي. عبر كراش كورس

كيف تعمل إمكانية العمل

عندما يتم إغلاق كل هذه البوابات ، يكون العصبون في حالة راحة. إنه مستقطب بجهد جهد غشاء ثابت يبلغ -70 مللي فولت.

يستريح إمكانات غشاء الحالة عبر Crash Course

لكن لنفترض أن منبهات تصيب خلية عصبية ، مما يؤدي إلى فتح قناة أيونية. عندما تمر الأيونات إلى الخلية (أسرع بكثير مما هو موضح أدناه) ، فإنها تغير شحنة الغشاء & # 8217s. مشاهدة الخط الأبيض على اليمين. يرتفع مع اقتراب الجهد من عتبة مهمة جدًا: -55 مللي فولت.

يتعلق الأمر بـ & # 8217s بالوصول إلى -55 مللي فولت. تدخل أيونات الصوديوم (أحمر) إلى الخلايا العصبية. عبر Crash Course

لماذا -55 بالسيارات؟ عند هذا الحد ، تفتح آلاف قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي. يدخل فيضان من أيونات الصوديوم موجبة الشحنة إلى الخلية وتصبح سريعة الشحنة موجبة أو مزال الاستقطاب. لكن هذا التغيير في المسؤول فاز & # 8217t لفترة طويلة.

فتحت بوابات الصوديوم (باللون الأرجواني) تدفقًا من أيونات الصوديوم الموجبة (باللون الأحمر) إلى الخلايا العصبية ، مما أدى إلى إزالة الاستقطاب. عبر Crash Course

عندما تصل الخلية العصبية إلى شحنة داخلية تبلغ حوالي +30 مللي فولت ، يحدث تغيير في الشكل التوافقي في قنوات الصوديوم. يغلقون قنوات البوتاسيوم ذات البوابات وتفتح بجهد كهربائي ، مما يسمح لأيونات البوتاسيوم موجبة الشحنة بمغادرة الخلية.

عودة الاستقطاب الغشائي. قنوات الصوديوم (أرجواني فاتح) قريبة. تفتح قنوات البوتاسيوم (الأرجواني الداكن) وتنتشر الأيونات الموجبة الشحنة خارج الخلية. عبر كراش كورس

يؤدي هذا إلى إسقاط الشحنة الداخلية للخلايا العصبية لفترة وجيزة إلى ما دون حالة الراحة البالغة -70 مللي فولت ، مما يؤدي إلى تنشيط مضخات الصوديوم والبوتاسيوم لإنهاء المهمة وإحضار الخلايا العصبية إلى التوازن المستمر. تستغرق العملية بأكملها 1-2 مللي ثانية (1/1000 من الثانية).

يتحرك جهد الفعل عبر فرع الخلايا العصبية. عبر Crash Course

بهذه الطريقة ، تنتشر جهود الفعل أسفل فروع الخلايا العصبية كتفاعلات متسلسلة ، مما يتسبب في موجة من الاستقطاب وعودة الاستقطاب. تتحرك إمكانات العمل في اتجاه واحد فقط.

لذا فإن جهد الفعل يتحرك على طول فرع عندما يصل فجأة إلى نهايته ، نقطة اللاعودة: المشبك.

يمكن أن يحدث عدد من الأشياء عندما يصل جهد الفعل إلى المشبك. لتبسيط الأمر ، دع & # 8217s تنظر في حالة ملف المشبك الكيميائي، نوع التقاطع الذي يستخدم النواقل العصبية.

تعمل إمكانات العمل هنا على تنشيط قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربي المحلي ، مما يؤدي إلى إطلاق تدفق الأيونات الموجبة إلى الخلية. الكالسيوم يسبب كيس مثل الهياكل المليئة بالناقلات العصبية تسمى حويصلات لتحرير محتوياتها في الشق المشبكي ، المنطقة الواقعة بين خليتين عصبيتين.

يصل جهد الفعل إلى نهاية الخط: المشبك الكيميائي. عبر Crash Course

يتم إطلاق النواقل العصبية من الحويصلات إلى الشق المشبكي ، وهي منطقة يقل عرضها عن خمسة ملايين من السنتيمتر. فهي ترتبط بمواقع المستقبل في الخلية ما بعد المشبكي ، مما يؤدي إما إلى الإثارة أو التثبيط. عبر Crash Course

هناك أنواع عديدة من النواقل العصبية. بعضها مثير والبعض الآخر مثبط.

هنا & # 8217s كيف تختلف الناقلات العصبية المثيرة والمثبطة عندما يتعلق الأمر بالديناميكا الكهربائية للخلايا العصبية (انظر المنشور 1 لتجديد المعلومات حول إمكانات الغشاء). جميع الصور بواسطة Crash Course:

تدفع النواقل العصبية المثبطة للخلايا العصبية بعيدًا عن عتبة وجود جهد فعل (فرط الاستقطاب) ، مما يجعل إطلاقها أكثر صعوبة. عبر Crash Course تعمل الناقلات العصبية المثيرة على تقريب الخلايا العصبية من عتبة وجود جهد فعل (إزالة الاستقطاب) ، مما يسهل عليهم إطلاق النار. عبر Crash Course

لا يهم هو & # 8217s مشبكًا واحدًا ولا ناقلًا عصبيًا واحدًا. يوجد أكثر من مائة نوع مختلف من النواقل العصبية وأكثر من 100 تريليون من نقاط الاشتباك العصبي في دماغك. يمكن أن تحتوي الخلية العصبية الواحدة على آلاف أو حتى عشرات الآلاف من نقاط الاشتباك العصبي. كما يشير هانك جرين في هذا الفيديو ، & # 8220 ، يعتمد احتمال قيام خلية عصبية ما بعد المشبكية بتطوير إمكانات فعلية على مجموع الإثارة والتثبيط في منطقة ما. أول اكتشاف علمي في 8217 (Nature 2014).

عدد قليل من Factoids المحتملة للعمل

مباشرة بعد جهد الفعل ، يكون للخلايا العصبية أ فترة الحرارية، فترة وجيزة من الوقت حيث لا يستجيبون لمزيد من المحفزات. إذا وصلت محفزات أخرى إلى خلية عصبية خلال هذه الفترة ، فلن تتسبب في إمكانية فعلية ، بغض النظر عن مدى قوة الإشارة الواردة. ينتج عن هذا إمكانات العمل التي تنتشر في اتجاه واحد فقط.

الخلايا العصبية لها عتبات جهد ثابتة: تفعيل -55 مللي فولت ،

+30 mV إعادة الاستقطاب. يغيرون إشاراتهم ثم ليس بالجهد (السعة) ولكن حسب التردد والسرعة (سرعة التوصيل).

تميل المنبهات الأضعف إلى إنتاج إشارات تردد أبطأ وأقل ترددًا بينما تميل المنبهات الأقوى أو الأكثر شدة إلى إنتاج إشارات تردد أعلى وأسرع.

الخلايا العصبية المعزولة (المعزولة) النخاع ، مثل الموجودة في المادة البيضاء والجهاز العصبي المحيطي ، ترسل أسرع الإشارات.

ينتقل جهد الفعل النخاعي بسرعة كبيرة لأنه فعال & # 8220leaps & # 8221 من فجوة المايلين (عُقد رانفير) إلى التي تليها. عبر Crash Course

في الجهاز العصبي المركزي ، يتم إنتاج الميالين بواسطة خلايا تسمى Oligodendrocytes ، والتي تلتف حول محاور عصبية.

Oligodendrocyte بمرح صنع أغلفة المايلين. عبر Crash Course

شكرا للقراءة. تأكد من الاشتراك في Crash Course على YouTube وأخبرنا برأيك حول هذا المنشور في دردشة EyeWire. للعلم!


شاهد الفيديو: Urinary System, Part 1: Crash Course Au0026P #38 (ديسمبر 2022).