تعريف جهد العمل والغشاء

أنجيل زامورا راميريز
شهادة في الفيزياء

تتضمن إمكانات الفعل تغيرًا سريعًا في إمكانات الغشاء لخلية قابلة للاستثارة تنتشر بسرعة عبرها. إمكانات العمل هي الآلية الأساسية لنقل المعلومات في الجهاز العصبي وفي جميع أنواع العضلات.

جميع الوظائف التي يقوم بها الجهاز العصبي لدينا ، تقلص العضلات التي تسمح لنا بالحركة ونبض القلب ذلك السماح بنقل الدم إلى جميع خلايا أجسامنا يتم تنظيمه بواسطة إشارات كهربائية تنتشر عبر الأنسجة متضمن.

غشاء المحتملة

من وجهة نظر مادية بحتة ، يمكننا التفكير في الخلايا كما لو كانت بطاريات صغيرة. هناك شحنات كهربائية في الوسط خارج الخلية والوسط داخل الخلايا الذي يختلف تؤدي التركيزات إلى فرق الجهد الكهربائي عبر غشاء الخلية. يؤدي التدرج الكهروكيميائي الناتج إلى ظهور العديد من الظواهر الكهربائية التي تحدث في الخلية.

الأيونات ذات الصلة بشكل خاص عند تحديد إمكانات غشاء الخلايا هي أيون الصوديوم (Na⁺) وأيون البوتاسيوم (K.⁺). متوسط ​​تركيز Na⁺ في الوسط خارج الخلية يكون 142 ملي مكافئ / لتر بينما في الوسط داخل الخلايا يكون تركيزه 14 ملي مكافئ / لتر فقط. من ناحية أخرى ، فإن تركيز K⁺ يبلغ حجمها خارج الخلية 4 ملي مكافئ / لتر وداخل الخلية حوالي 140 ملي مكافئ / لتر.

يولد الاختلاف في تركيزات هذين الأيونات بين الوسط خارج الخلية وداخل الخلية اختلافًا في الجهد الكهربائي عبر غشاء الخلية. ومع ذلك ، هناك عوامل أخرى تؤثر أيضًا على ذلك. غشاء الخلية أكثر نفاذية لأيون K.⁺أي أن هذا الأيون يمكن أن يمر بسهولة أكبر من خلاله. هناك قنوات أيونية تعرف بقنوات تسرب البوتاسيوم التي تسمح بمرور أيونات البوتاسيوم⁺ من داخل الخلية إلى خارجها. كما أنها تسمح لبعض أيونات Na ^ + بالهروب ، على الرغم من أن هذه القنوات أكثر نفاذية للبوتاسيوم بما يقرب من 100 مرة.

عنصر آخر يلعب دورًا أساسيًا في تكوين إمكانات الغشاء هو مضخة Na.^+- ك⁺. وهو بروتين يستخدم ATP لإنتاج مضخة مستمرة من 3 Na أيونات⁺ خارج الخلية و 2 ك أيونات⁺ إلى الداخل ، مما يتسبب في تراكم أكبر للشحنات الموجبة في الوسط خارج الخلية. عندما تعمل كل هذه الآليات معًا ، يتم إنشاء إمكانات غشاء صافي تبلغ حوالي -90 مللي فولت في الألياف العصبية. قيمة الإمكانية هي فيما يتعلق بالجزء الداخلي للخلية ، أي أن الإمكانات أكثر سلبية في البيئة داخل الخلايا.

إمكانات العمل

يبدأ جهد الفعل بتغيير مفاجئ من جهد الغشاء السلبي الطبيعي. يصل إلى إمكانات إيجابية ، وينتهي بتغيير سريع بنفس القدر تقريبًا نحو الإمكانات سلبي. الجهات الفاعلة المطلوبة لتوليد جهد الفعل والانتعاش بعد ذلك هي قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي وقنوات البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي. هذه قنوات أيونية تفتح وتغلق اعتمادًا على قيمة إمكانات الغشاء في لحظة معينة.

يبدأ جهد الفعل بالخلية في حالة السكون وبإمكانات الغشاء عند القيمة النموذجية البالغة -90 مللي فولت. خلال هذه المرحلة ، يُقال إن الغشاء "مستقطب". في ظل ظروف معينة ، يصبح الغشاء فجأة شديد النفاذية لأيونات الصوديوم.⁺، بحيث تبدأ في التحرك نحو داخل الخلية وتبدأ الإمكانات في أن تصبح أكثر إيجابية.

إذا وصلت الإمكانات إلى قيمة يمكن أن تتراوح بين -70 و -50 مللي فولت ، فإن قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي تفتح وهناك حركة سريعة لمزيد من أيونات الصوديوم.⁺ نحو الوسط داخل الخلايا. خلال هذه المرحلة ، يمكن أن تزيد نفاذية الغشاء للصوديوم حتى 5000 مرة والإمكانات يصل الغشاء إلى قيم تتأرجح بين + 35 و + 40 ملي فولت ، ويقال بعد ذلك أن الغشاء موجود "منزوع الاستقطاب". تظل قناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي مفتوحة لبضعة أجزاء من الألف من الثانية ثم تغلق.

عندما تصل إمكانات الغشاء إلى 0 مللي فولت ، تبدأ قنوات البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي في الفتح ، مما يسمح بتدفق أيونات البوتاسيوم.⁺ نحو الخارج من الزنزانة. ومع ذلك ، نظرًا لتأخر فتح قنوات البوتاسيوم ، فإنها تفتح بالكامل عندما تبدأ قنوات الصوديوم في الانغلاق. يؤدي الجمع بين كلا الحدثين إلى استرداد سريع لإمكانات الغشاء إلى القيمة السكونية البالغة -90 ملي فولت ، ويقال في هذه المرحلة أن هناك "عودة للاستقطاب".