فيديو السؤال: تحديد مرحلة جهد الفعالية التي يزال فيها استقطاب الغشاء الأحياء

نسخة الفيديو النصية

يوضح التمثيل البياني الآتي كيفية تغير فرق الجهد عبر غشاء المحور العصبي أثناء مسار جهد الفعالية. ماذا يحدث أثناء المرحلة الثانية؟ (أ) تفتح قنوات أيونات البوتاسيوم المبوبة بفرق الجهد، وتنتشر أيونات البوتاسيوم خارج المحور العصبي. (ب) يكون الغشاء في حالة جهد الراحة، ويظل كذلك بفعل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. (ج) يحفز المثير فتح قنوات أيونات الصوديوم المبوبة بفرق الجهد، وتزيل أيونات الصوديوم استقطاب الغشاء. (د) يصبح الجزء الداخلي من المحور العصبي سالب الشحنة بدرجة أكبر، وهو ما يسبب فرط الاستقطاب.

أولًا، دعونا نتعرف على ما يوضحه التمثيل البياني. على المحور ‪𝑥‬‏، لدينا الزمن مقيسًا بالمللي ثانية. يمكننا ملاحظة أن جهد الفعالية بالكامل يستغرق ستة مللي ثوان فقط. وهذا سريع للغاية. أما على المحور ‪𝑦‬‏، فلدينا فرق الجهد عبر غشاء المحور العصبي، مقيسًا بالمللي فولت. على الرغم من أن فرق الجهد يبدو مصطلحًا معقدًا، فإنه يعني ببساطة الفرق في الشحنة بين الفراغ داخل الخلية العصبية والفراغ خارج الخلوي الموجود خارجها. فرق الجهد عبر غشاء الخلية العصبية يعرف بجهد الغشاء. إذا كان الجزء الداخلي سالب الشحنة بدرجة أكبر من الجزء الخارجي، فستكون هذه القيمة سالبة. وإذا كان الجزء الداخلي موجب الشحنة بدرجة أكبر من الجزء الخارجي، فستكون القيمة موجبة.

يسألنا السؤال عن المرحلة الثانية؛ حيث يمكننا ملاحظة أن فرق الجهد يزيد من سالب 65 مللي فولت تقريبًا إلى موجب 40 مللي فولت تقريبًا. لماذا يحدث هذا؟ دعونا نلق نظرة على الأحداث التي تقع عبر غشاء المحور العصبي لمعرفة ذلك. يمثل هذا الشكل غشاء المحور العصبي قبل المرحلة الثانية من جهد الفعالية مباشرة. يمكننا ملاحظة أن هناك ثلاث قنوات أيونات بروتينية مدمجة في الغشاء. القناة الأولى المشار إليها بالحرف ‪x‬‏ هي قناة أيونات البوتاسيوم، وهي مفتوحة؛ ومن ثم فإنها تسمح لأيونات البوتاسيوم الممثلة هنا بالنقاط الوردية بالانتشار خارج المحور العصبي في اتجاه تدرج تركيزها.

والقناة الثانية المشار إليها بالحرف ‪y‬‏ هي مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. وهي تستخدم الطاقة في صورة الأدينوسين الثلاثي الفوسفات لنقل ثلاثة أيونات صوديوم، ممثلة هنا بالنقاط الخضراء، خارج المحور العصبي، ونقل أيوني بوتاسيوم إلى داخله، وكلها تنقل عكس تدرج تركيزها. قناة الأيونات البروتينية الثالثة المشار إليها بالحرف ‪z‬‏ هي قناة أيونات الصوديوم المبوبة بفرق الجهد، ولا تفتح إلا استجابة لمثير يحدث تغيرًا في جهد الغشاء. نتذكر هنا أن المثير هو أي تغير في البيئة يكتشفه الجسم ويستجيب له. عند اكتشاف مثير، يتغير فرق الجهد عبر غشاء المحور العصبي، وهو ما يتسبب في فتح قنوات أيونات الصوديوم المبوبة بفرق الجهد.

نتيجة لفعل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، يكون تركيز أيونات الصوديوم خارج المحور العصبي أعلى بكثير من تركيزها داخله. إذن عندما تفتح قنوات أيونات الصوديوم المبوبة بفرق الجهد، تنتشر أيونات الصوديوم بسرعة في اتجاه تدرج تركيزها إلى داخل المحور العصبي. وبما أن أيونات الصوديوم موجبة الشحنة، شأنها شأن أيونات البوتاسيوم، فإن تدفق أيونات الصوديوم يجعل فرق الجهد عبر غشاء المحور العصبي يزيد ويصبح ذا قيمة موجبة. تسمى هذه العملية إزالة الاستقطاب. وتتمثل في المنحنى التصاعدي بالتمثيل البياني الذي يمكننا ملاحظته خلال المرحلة الثانية من جهد الفعالية. كلما زال استقطاب الغشاء، فتح عدد أكبر من قنوات أيونات الصوديوم المبوبة بفرق الجهد.

هذا التأثير ذو التفاعلات المتسلسلة هو سبب تزايد منحنى التمثيل البياني تزايدًا حادًّا خلال المرحلة الثانية من جهد الفعالية. يفسر هذا أيضًا كيفية انتقال جهد الفعالية من أحد طرفي المحور العصبي إلى الطرف الآخر، وهي مسافة قد تصل أحيانًا إلى بضعة أمتار. ومن ثم، فقد حددنا أن الإجابة الصحيحة عن السؤال هي الخيار (ج). أثناء المرحلة الثانية من جهد الفعالية، يحفز المثير فتح قنوات أيونات الصوديوم المبوبة بفرق الجهد، وتزيل أيونات الصوديوم استقطاب الغشاء.