ما هو احتمال العمل؟

في كل مرة تفعل شيئًا ، بدءًا من اتخاذ خطوة إلى التقاط هاتفك ، ينقل دماغك إشارات كهربائية إلى بقية الجسم. تسمى هذه الإشارات إمكانات العمل. تسمح إمكانات الحركة لعضلاتك بالتنسيق والتحرك بدقة. تنتقل عن طريق خلايا في الدماغ تسمى الخلايا العصبية.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: إمكانات العمل

يتم نقل إمكانات العمل عن طريق خلايا في الدماغ تسمى الخلايا العصبية. الخلايا العصبية مسؤولة عن تنسيق ومعالجة المعلومات حول العالم الذي يتم إرساله من خلاله حواسك ، وإرسال الأوامر إلى عضلات جسمك ، ونقل جميع الإشارات الكهربائية ما بين.

يتكون العصبون من عدة أجزاء تسمح له بنقل المعلومات في جميع أنحاء الجسم:

• التشعبات هي أجزاء متفرعة من الخلايا العصبية التي تتلقى معلومات من الخلايا العصبية القريبة.
instagram viewer
• ال جسم الخلية من الخلايا العصبية يحتوي على نواة، الذي يحتوي على المعلومات الوراثية للخلية ويتحكم في نمو الخلية وتكاثرها.
• ال محور عصبي ينقل الإشارات الكهربائية بعيدًا عن جسم الخلية ، وينقل المعلومات إلى الخلايا العصبية الأخرى في نهايتها ، أو المحطات المحورية.

يمكنك التفكير في الخلايا العصبية مثل الكمبيوتر ، الذي يتلقى الإدخال (مثل الضغط على مفتاح الحرف على لوحة المفاتيح) من خلال التشعبات الخاصة به ، ثم يمنحك مخرجات (رؤية تلك الرسالة تنبثق على شاشة الكمبيوتر) من خلال محور عصبي. فيما بينها ، تتم معالجة المعلومات بحيث ينتج عن المدخلات الإخراج المطلوب.

تحدث إمكانات العمل ، والتي تسمى أيضًا "المسامير" أو "النبضات" ، عندما ترتفع الإمكانات الكهربائية عبر الغشاء الخلوي بسرعة ، ثم تنخفض ، استجابة لحدث ما. تستغرق العملية برمتها عادةً عدة مللي ثانية.

الغشاء الخلوي عبارة عن طبقة مزدوجة من البروتينات والدهون التي تحيط بالخلية وتحميها المحتويات من البيئة الخارجية والسماح بمواد معينة فقط مع الاحتفاظ بالآخرين خارج.

جهد كهربائي ، يقاس بالفولت (V) ، يقيس كمية الطاقة الكهربائية التي تحتوي على محتمل لكى يفعل عمل. تحافظ جميع الخلايا على إمكانات كهربائية عبر أغشيتها الخلوية.

ينشأ الجهد الكهربائي عبر الغشاء الخلوي ، والذي يتم قياسه من خلال مقارنة الإمكانات داخل الخلية بالخارج ، بسبب وجود الاختلافات في التركيزأو تدرجات التركيزمن جسيمات مشحونة تسمى أيونات خارج مقابل داخل الخلية. تؤدي تدرجات التركيز هذه بدورها إلى اختلالات كهربائية وكيميائية تدفع الأيونات إلى تسوية الاختلالات ، مع المزيد من الاختلالات المتباينة التي توفر محفزًا أكبر ، أو القوة الدافعة، لمعالجة الاختلالات. للقيام بذلك ، ينتقل أيون عادة من الجانب عالي التركيز من الغشاء إلى الجانب منخفض التركيز.

الأيونات ذات الاهتمام لإمكانات العمل هي كاتيون البوتاسيوم (ك⁺) وكاتيون الصوديوم (Na⁺) ، والتي يمكن العثور عليها داخل الخلايا وخارجها.

• هناك تركيز أعلى من K⁺ داخل الخلايا بالنسبة للخارج.
• هناك تركيز أعلى من Na⁺ من خارج الخلايا بالنسبة للداخل ، حوالي 10 أضعاف.

عندما لا يكون هناك عمل محتمل قيد التقدم (أي أن الخلية "في حالة استراحة") ، تكون الإمكانات الكهربائية للخلايا العصبية في يستريح غشاء المحتملةوالذي يقاس عادة بحوالي -70 mV. هذا يعني أن إمكانات داخل الخلية أقل 70 mV من الخارج. وتجدر الإشارة إلى أن هذا يشير إلى حالة توازن لا تزال الحالة - أيونات تتحرك داخل وخارج الخلية ، ولكن بطريقة تحافظ على إمكانات الغشاء الباقي عند قيمة ثابتة إلى حد ما.

يمكن الحفاظ على إمكانات الغشاء أثناء الراحة لأن الغشاء الخلوي يحتوي على بروتينات تتشكل القنوات الأيونية - الثقوب التي تسمح للأيونات بالتدفق داخل وخارج الخلايا - والصوديوم / البوتاسيوم مضخات والتي يمكنها ضخ الأيونات داخل وخارج الخلية.

قنوات Ion ليست مفتوحة دائمًا ؛ بعض أنواع القنوات تفتح فقط استجابة لظروف معينة. وبالتالي تسمى هذه القنوات القنوات "المسورة".

أ قناة التسرب يفتح ويغلق بشكل عشوائي ويساعد في الحفاظ على إمكانات غشاء الخلية للراحة. تسمح قنوات تسرب الصوديوم Na⁺ للانتقال ببطء إلى الخلية (لأن تركيز Na⁺ أعلى من الخارج بالنسبة للداخل) ، بينما تسمح قنوات البوتاسيوم بـ K⁺ للخروج من الخلية (لأن تركيز K⁺ أعلى من الداخل بالنسبة للخارج). ومع ذلك ، هناك العديد من قنوات التسرب للبوتاسيوم أكثر من الصوديوم ، وبالتالي ينتقل البوتاسيوم من الخلية بمعدل أسرع بكثير من دخول الصوديوم إلى الخلية. وبالتالي ، هناك تهمة أكثر إيجابية على في الخارج للخلية ، مما يتسبب في أن يكون الغشاء الباقي سالبًا.

صوديوم / بوتاسيوم مضخة يحافظ على إمكانات غشاء الراحة عن طريق تحريك الصوديوم خارج الخلية أو البوتاسيوم إلى الخلية. ومع ذلك ، فإن هذه المضخة تجلب اثنين K⁺ أيونات لكل ثلاثة Na⁺ إزالة الأيونات ، والحفاظ على الإمكانات السلبية.

القنوات الأيونية ذات البوابات مهمة لإمكانات العمل. تظل معظم هذه القنوات مغلقة عندما يكون الغشاء الخلوي قريبًا من إمكانات غشاء الراحة. ومع ذلك ، عندما تصبح إمكانات الخلية أكثر إيجابية (أقل سلبية) ، سيتم فتح هذه القنوات الأيونية.

إمكانات العمل هي مؤقت عكس احتمالية غشاء الراحة ، من السلبي إلى الموجب. عادة ما يتم تقسيم "الجهد" المحتمل إلى عدة مراحل:

1. ردا على إشارة (أو التحفيز) مثل ناقل عصبي ملزم لمستقبله أو الضغط على مفتاح بإصبعك ، بعض نا⁺ قنوات مفتوحة ، مما يسمح نا⁺ لتتدفق إلى الخلية بسبب تدرج التركيز. جهد الغشاء يزيل الاستقطاب، أو يصبح أكثر إيجابية.
2. بمجرد وصول جهد الغشاء أ عتبة القيمة - عادة حول -55 mV - تستمر إمكانات العمل. إذا لم يتم الوصول إلى الإمكانات ، فلن يحدث جهد الفعل وستعود الخلية إلى إمكانات غشاء الراحة. هذا المطلب للوصول إلى عتبة هو السبب في أن إمكانات العمل تسمى الكل أو لا شيء حدث.
3. بعد الوصول إلى قيمة العتبة ، نا بوابات الجهد⁺ قنوات مفتوحة ، ونا⁺ تتدفق الأيونات إلى الخلية. ينقلب جهد الغشاء من سلبي إلى إيجابي لأن داخل الخلية أصبح الآن أكثر إيجابية بالنسبة للخارج.
4. مع وصول جهد الغشاء إلى +30 mV - ذروة إمكانات العمل - بوابات الجهد البوتاسيوم قنوات مفتوحة ، و K⁺ يترك الخلية بسبب تدرج التركيز. جهد الغشاء يعيد استقطابها، أو يتحرك مرة أخرى نحو إمكانات غشاء الراحة السلبية.
5. يصبح العصبون مؤقتًا مفرط الاستقطاب مثل K⁺ تتسبب الأيونات في أن يصبح الغشاء سلبيًا أكثر قليلاً من إمكانات الراحة.
6. يدخل العصبون أ المواد المقاومة للحرارةفترة، حيث تعيد مضخة الصوديوم / البوتاسيوم العصبون إلى إمكانات غشاء الراحة.

ينتقل جهد الفعل إلى طول المحور العصبي نحو أطراف المحوار ، والتي تنقل المعلومات إلى الخلايا العصبية الأخرى. تعتمد سرعة الانتشار على قطر المحوار - حيث يعني القطر الأوسع انتشارًا أسرع - وما إذا كان جزء من المحوار مغطى أم لا المايلين، مادة دهنية تعمل على نحو مماثل لغطاء سلك الكبل: فهي تغلف المحوار وتمنع تسرب التيار الكهربائي ، مما يسمح بإمكانية حدوث الحدث بشكل أسرع.

• "12.4 إمكانات العمل". علم التشريح وعلم وظائف الأعضاء، كتب الصحافة ، opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• شاراد ، كا شيونغ. "إمكانات العمل." فرط الفيزياء، hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Egri و Csilla و Peter Ruben. "إمكانات العمل: التوليد والانتشار". ELS، John Wiley & Sons، Inc. ، 16 أبريل. 2012 ، onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• "كيف تتواصل الخلايا العصبية." لومن - بيولوجيا بلا حدود، Lumen Learning، courses.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons-communicate/.