تفريغ المحاضرات، مع ملاحظات مذاكرة جاهزة

المفاهيم الرئيسية

جهد الغشاء في حالة الراحة

فرق الجهد عبر غشاء الخلية حين لا تكون مطلِقة لإشارة، نحو سالب سبعين ميلي فولت لخلية عصبية نموذجية، حيث يكون الداخل سالباً بالنسبة إلى الخارج.

مضخة الصوديوم والبوتاسيوم

آلة بروتينية في الغشاء تدفع، في كل دورة، ثلاثة أيونات صوديوم إلى الخارج وتسحب أيوني بوتاسيوم إلى الداخل، مستهلكةً جزيئاً واحداً من الـ ATP. وهي تبني التدرّجات الأيونية التي تنفقها الخلية لاحقاً للإطلاق.

النقل المولّد للجهد

حركة تحمل شحنة صافية. ولأن المضخة تُرسل ثلاثة أيونات موجبة إلى الخارج وتعيد اثنين فقط، فإن كل دورة تجعل الداخل أكثر سلبيةً بقليل وبذلك تسهم مباشرةً في الجهد.

تسرّب البوتاسيوم وجهد الراحة

المضخة تبني التدرّجات، لكن الغشاء أكثر نفاذيةً للبوتاسيوم بكثير في حالة الراحة، لذا فإن تسرّب البوتاسيوم عائداً إلى الخارج هو ما يثبّت جهد الراحة قريباً من جهد توازن البوتاسيوم نفسه. المضخة هي البنك؛ والتسرّب هو حيث ينتقل المال فعلاً.

جهد الفعل

القفزة السريعة في الجهد حين تنفتح قنوات الصوديوم فجأةً ويندفع الصوديوم إلى الداخل عبر التدرّج، فينقلب الجهد إلى موجب في أقل من جزء من الألف من الثانية. وهو الإطلاق الرخيص السريع للطاقة التي خزّنتها المضخة ببطء.

المخطط

• الافتتاحية: الخلية تنفق شريحة ضخمة من ميزانيتها من الطاقة على دفع الملح، وذلك هو السبب في أنك قادر على التفكير
• التعريف: جهد الغشاء في حالة الراحة هو الجهد عبر الغشاء حين لا تكون مطلِقة لإشارة، نحو سالب سبعين ميلي فولت
• المضخة: ثلاثة صوديوم إلى الخارج، اثنان بوتاسيوم إلى الداخل، جزيء ATP واحد لكل دورة
• لماذا هي مولّدة للجهد: شحنة صافية تتحرّك، فكل دورة تجعل الداخل أكثر سلبية
• سؤال الطالب: إذا كانت المضخة تحدد الجهد، فلماذا تنسب الكتب الفضل إلى البوتاسيوم؟
• الحل: المضخة تبني التدرّجات، لكن تسرّب البوتاسيوم يحدد جهد الراحة
• النموذج الذهني: المضخة تشحن بطارية، وقنوات التسرّب تصرّفها ببطء، والتوازن هو سالب سبعين ميلي فولت
• المردود: يندفع الصوديوم إلى الداخل وينطلق جهد الفعل لأن المضخة دفعت ثمنه مسبقاً
• لماذا يكون الدماغ نهماً للطاقة: نحو خُمس سعرات الراحة الحرارية تبقي المضخات تعمل
• الواجب: اقرؤوا عن القنوات المتحكَّم فيها بالجهد وتتبّعوا جهد فعل واحد من العتبة إلى إعادة الضبط

الخلاصات

• جهد الغشاء في حالة الراحة يبلغ تقريباً سالب سبعين ميلي فولت، حيث يكون الداخل سالباً بالنسبة إلى الخارج.
• تنقل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ثلاثة صوديوم إلى الخارج واثنين بوتاسيوم إلى الداخل لكل جزيء ATP، ولأن شحنة صافية تغادر فهي مولّدة للجهد.
• المضخة تبني التدرّجات، لكن تسرّب البوتاسيوم هو ما يحدد جهد الراحة قرب جهد توازن البوتاسيوم.
• جهد الفعل هو الإطلاق السريع للطاقة التي خزّنتها المضخة ببطء، تماماً كما يطلق النابض الملفوف الشغل المبذول فيه.
• نحو خُمس سعراتك الحرارية في حالة الراحة يذهب إلى إبقاء هذه المضخات تعمل، وهذا هو سبب كون الدماغ نهماً للطاقة إلى هذا الحد.

أسئلة للدراسة

• عرّف جهد الغشاء في حالة الراحة واذكر قيمته التقريبية لخلية عصبية نموذجية، بما في ذلك أي جانب من الغشاء يكون سالباً.
• اشرح لماذا تُوصف مضخة الصوديوم والبوتاسيوم بأنها مولّدة للجهد، مع الإشارة إلى عدد أيونات الصوديوم والبوتاسيوم التي تتحرّك في كل دورة.
• المضخة تبني التدرّجات، لكن التسرّب يحدد الجهد. وفّق بين ذلك وبين الادعاء بأن البوتاسيوم يحدد جهد الراحة.
• تتبّع ما يحدث للصوديوم ولجهد الغشاء أثناء جهد الفعل، واشرح بأي معنى دفعت المضخة ثمنه مسبقاً.
• لماذا يستهلك الدماغ هذا القدر الكبير من الطاقة في حالة الراحة؟ اربط إجابتك بتكلفة تشغيل مضخات الصوديوم والبوتاسيوم.