Skip to main content
Global

12.5: Uwezo wa Hatua

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    184416

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Eleza vipengele vya membrane ambayo huanzisha uwezo wa kupumzika kwa membrane
    • Eleza mabadiliko yanayotokea kwenye membrane ambayo husababisha uwezekano wa hatua

    Kazi za mfumo wa neva-hisia, ushirikiano, na majibu-hutegemea kazi za neurons zinazozingatia njia hizi. Ili kuelewa jinsi neurons zinaweza kuwasiliana, ni muhimu kuelezea jukumu la membrane inayovutia katika kuzalisha ishara hizi. Msingi wa mawasiliano haya ni uwezekano wa hatua, ambayo inaonyesha jinsi mabadiliko katika membrane yanaweza kuunda ishara. Kuangalia njia ishara hizi kazi katika hali ya kutofautiana zaidi inahusisha kuangalia uwezekano hadhi, ambayo itakuwa kufunikwa katika sehemu inayofuata.

    Umeme Active kiini utando

    Seli nyingi katika mwili hutumia chembe za kushtakiwa, ions, ili kujenga malipo kwenye membrane ya seli. Hapo awali, hii ilionyeshwa kuwa sehemu ya jinsi seli za misuli zinavyofanya kazi. Kwa misuli skeletal kwa mkataba, kulingana na msisimko contraction coupling, inahitaji pembejeo kutoka neuroni. Seli zote mbili hutumia utando wa seli ili kudhibiti harakati za ioni kati ya maji ya ziada na cytosol.

    Kama ulivyojifunza katika sura juu ya seli, utando wa seli ni hasa wajibu wa kusimamia kile kinachoweza kuvuka membrane na kile kinachokaa upande mmoja tu. Mbinu ya seli ni phospholipid bilayer, hivyo vitu tu vinavyoweza kupitisha moja kwa moja kupitia msingi wa hydrophobic vinaweza kuenea kwa njia ya unaided. Vipande vya kushtakiwa, ambazo ni hydrophilic kwa ufafanuzi, haziwezi kupita kwenye membrane ya seli bila msaada (Mchoro 12.17). Protini za transmembrane, hasa protini za channel, hufanya hivyo iwezekanavyo. Njia kadhaa za usafiri wa passive, pamoja na pampu za usafiri za kazi, ni muhimu kuzalisha uwezo wa transmembrane na uwezekano wa hatua. Ya riba maalum ni protini ya carrier inayojulikana kama pampu ya sodiamu/potasiamu ambayo huhamisha ioni za sodiamu (Na +) nje ya seli na ioni za potasiamu (K +) ndani ya seli, na hivyo kusimamia mkusanyiko wa ion pande zote mbili za utando wa seli.

    Mchoro huu unaonyesha sehemu ya msalaba wa membrane ya seli. Protini za membrane ya seli ni kubwa, blocky, vitu. Protini za pembeni haziingizwa kwenye safu ya phospholipid. Protini ya pembeni iliyoonyeshwa hapa inaunganishwa na uso wa nje wa protini nyingine kwenye upande wa maji ya ziada. Protini muhimu zinaingizwa kati ya phospholipids ya membrane ya seli. Protini muhimu ya transmembrane inapita kupitia tabaka zote za phospholipids Mwisho kinyume cha mradi huu wa protini ndani ya cytosol na maji ya ziada. Protini ya pili, ndogo ndogo inaenea tu kwenye safu ya ndani ya phospholipid. Mwisho wake kinyume miradi katika cytosol. Protini hii ya pili ni, kwa hiyo, si protini ya transmembrane. Protini ya channel ni umbo la silinda na tube ya ndani ya mashimo iliyoandikwa pore. Pande za protini ya channel zinaweza kuingia ndani ili kufunga pore.
    Kielelezo 12.17 Kiini cha utando na Protini za Transmembrane Utando wa seli hujumuisha bilayer ya phospholipid na ina protini nyingi za transmembrane, ikiwa ni pamoja na aina tofauti za protini za channel ambazo hutumika kama njia za ion.

    Pampu ya sodium/potasiamu inahitaji nishati kwa namna ya adenosine triphosphate (ATP), hivyo pia inajulikana kama ATPase. Kama ilivyoelezwa katika sura ya seli, mkusanyiko wa Na + ni mkubwa nje ya seli kuliko ndani, na mkusanyiko wa K + ni mkubwa ndani ya seli kuliko nje. Hiyo ina maana kwamba pampu hii inahamisha ions dhidi ya gradients ya mkusanyiko kwa sodiamu na potasiamu, ndiyo sababu inahitaji nishati. Kwa kweli, pampu kimsingi inao gradients hizo za mkusanyiko.

    Njia za Ion ni pores ambazo zinaruhusu chembe maalum za kushtakiwa kuvuka utando kwa kukabiliana na gradient iliyopo ya ukolezi. Protini zina uwezo wa kueneza utando wa seli, ikiwa ni pamoja na msingi wake wa hydrophobic, na zinaweza kuingiliana na malipo ya ioni kwa sababu ya mali mbalimbali za amino asidi zilizopatikana ndani ya nyanja maalum au mikoa ya kituo cha protini. Asidi amino ya hydrophobic hupatikana katika nyanja zinazotumiwa kwa mikia ya hydrocarbon ya phospholipids. Hydrophilic amino asidi ni wazi kwa mazingira ya maji ya maji ya ziada na cytosol. Zaidi ya hayo, ions itaingiliana na asidi ya amino ya hydrophilic, ambayo itachaguliwa kwa malipo ya ion. Njia za cations (ions chanya) zitakuwa na minyororo ya kushtakiwa vibaya katika pore. Njia za anions (ions hasi) zitakuwa na minyororo ya upande wa kushtakiwa katika pore. Hii inaitwa kutengwa kwa electrochemical, maana yake ni kwamba pore ya kituo ni malipo maalum.

    Njia za Ion zinaweza pia kutajwa na kipenyo cha pore. Umbali kati ya asidi amino utakuwa maalum kwa kipenyo cha ioni inapotengana na molekuli za maji zinazozunguka. Kwa sababu ya molekuli jirani maji, pores kubwa si bora kwa ions ndogo kwa sababu molekuli maji kuingiliana, na vifungo hidrojeni, kwa urahisi zaidi kuliko minyororo amino asidi upande. Hii inaitwa ukubwa kutengwa. Baadhi ya njia ion ni kuchagua kwa ajili ya malipo lakini si lazima kwa ukubwa, na hivyo huitwa nonspecific channel. Njia hizi zisizo za kipekee zinaruhusu cation-hasa Na +, K +, na Ca 2+ —kuvuka utando, lakini kuwatenga anioni.

    Njia za Ion haziruhusu kila mara kwa uhuru ions kuenea kwenye membrane. Baadhi ni kufunguliwa na matukio fulani, maana njia ni gated. Hivyo njia nyingine ambayo njia inaweza kuwa jumuishwa ni juu ya msingi wa jinsi wao ni gated. Ingawa madarasa haya ya njia ya ion hupatikana hasa katika seli za tishu za neva au misuli, pia zinaweza kupatikana katika seli za tishu za epithelial na zinazojumuisha.

    Kituo cha ligand-gated kinafungua kwa sababu molekuli ya ishara, ligand, hufunga kwenye kanda ya ziada ya kituo. Aina hii ya channel pia inajulikana kama kipokezi cha ionotropiki kwa sababu wakati ligand, inayojulikana kama nyurotransmita katika mfumo wa neva, hufunga kwa protini, ions huvuka utando kubadilisha malipo yake (Kielelezo 12.18).

    Michoro hizi mbili kila zinaonyesha protini ya channel iliyoingia kwenye utando wa seli. Katika mchoro wa kushoto, kuna idadi kubwa ya ioni za sodiamu (NA plus) na ions za kalsiamu (CA mbili plus) katika maji ya ziada. Ndani ya cytosol, kuna idadi kubwa ya ions za potasiamu (K plus) lakini ions chache tu za sodiamu. Katika mchoro huu, kituo kinafungwa. Molekuli mbili za ACH zinazunguka katika maji ya ziada. Lebo yao inaonyesha kwamba neurotransmitter, ligand, inahitajika kufungua kituo cha ion. Tovuti ya receptor ya neurotransmitter kwenye upande wa maji ya ziada ya protini ya channel inafanana na sura ya molekuli za ACH. Katika mchoro sahihi, molekuli mbili za ACH zimeunganishwa na maeneo ya receptor ya neurotransmitter kwenye protini ya kituo. Hii inafungua kituo na ions za sodiamu na kalsiamu zinaenea kupitia kituo na ndani ya cytosol, chini ya kiwango chao cha ukolezi. Ions ya potasiamu pia huenea kupitia kituo kinyume chake chini ya mkusanyiko wao wa mkusanyiko (nje ya seli na ndani ya maji ya ziada).
    Kielelezo 12.18 Vituo vya Ligand-Gated Wakati ligand, katika kesi hii neurotransmitter asetilikolini, hufunga kwa eneo maalum juu ya uso wa ziada ya protini ya channel, pore inafungua kuruhusu ions kuchagua kupitia. Ions, katika kesi hii, ni cations ya sodiamu, kalsiamu, na potasiamu.

    Kituo cha mechanically gated kinafungua kwa sababu ya kuvuruga kimwili kwa membrane ya seli. Njia nyingi zinazohusiana na hisia ya kugusa (somatosensation) ni mechanically gated. Kwa mfano, kama shinikizo linatumika kwenye ngozi, njia hizi zinafungua na kuruhusu ions kuingia kiini. Sawa na aina hii ya kituo itakuwa kituo kinachofungua kwa misingi ya mabadiliko ya joto, kama katika kupima maji katika oga (Mchoro 12.19).

    Michoro hizi mbili kila zinaonyesha protini ya channel iliyoingia kwenye utando wa seli. Katika mchoro wa kushoto, kuna idadi kubwa ya ioni za sodiamu katika maji ya ziada, lakini ions chache tu za sodiamu katika cytosol. Kuna idadi kubwa ya ioni za kalsiamu katika cytosol lakini ioni chache tu za kalsiamu katika maji ya ziada. Katika mchoro huu, kituo kinafungwa, kama upande wa ziada una kifuniko, kiasi fulani kinachofanana na kwamba kwenye takataka ya takataka, ambayo imefungwa juu ya ufunguzi wa kituo. Katika mchoro sahihi, kituo cha mechanically gated kinafunguliwa. Hii inaruhusu ions za sodiamu kuzunguka kutoka kwenye maji ya ziada ndani ya seli, chini ya kiwango chao cha ukolezi. Wakati huo huo, ions ya kalsiamu huhamia kutoka kwa cytosol ndani ya maji ya ziada, chini ya kiwango chao cha ukolezi.
    Kielelezo 12.19 Njia za Mitambo Wakati mabadiliko ya mitambo hutokea katika tishu zinazozunguka, kama shinikizo au kugusa, kituo kinafunguliwa kimwili. Thermoreceptors hufanya kazi kwa kanuni sawa. Wakati joto la tishu la ndani linabadilika, protini humenyuka kwa kufungua kimwili kituo.

    Kituo cha voltage-gated ni kituo kinachojibu mabadiliko katika mali ya umeme ya membrane ambayo imeingizwa. Kwa kawaida, sehemu ya ndani ya membrane iko kwenye voltage hasi. Wakati voltage hiyo inakuwa mbaya zaidi, kituo huanza kuruhusu ions kuvuka membrane (Mchoro 12.20).

    Hii ni mchoro wa sehemu mbili. Wote michoro kuonyesha voltage gated channel iliyoingia katika lipid membrane bilayer. Kituo kina lango la umbo la nyanja ambalo linaunganishwa na filament. Katika mchoro wa kwanza kuna ions kadhaa katika cytosol lakini ioni moja tu katika maji ya ziada. Voltage katika membrane sasa minus millivolts sabini na kituo cha voltage gated imefungwa. Katika mchoro wa pili, voltage katika cytosol ni minus millivolts hamsini. Mabadiliko haya ya voltage yamesababisha kituo cha voltage kilichowekwa wazi, kwani nyanja ndogo haipatikani tena kituo. Moja ya ions ni kusonga kupitia kituo, chini ya gradient yake ya ukolezi, na nje ndani ya maji ya ziada.
    Kielelezo 12.20 Vituo vya voltage-Gated Vituo vya voltage vinafunguliwa wakati voltage ya transmembrane inabadilika karibu nao. Amino asidi katika muundo wa protini ni nyeti kwa malipo na kusababisha pore kufungua ion iliyochaguliwa.

    Channel ya kuvuja ni nasibu gated, maana kwamba inafungua na kufunga kwa random, hivyo kumbukumbu ya kuvuja. Hakuna tukio halisi linalofungua kituo; badala yake, ina kiwango cha ndani cha kubadili kati ya majimbo ya wazi na yaliyofungwa. Njia za kuvuja huchangia kwenye voltage ya kupumzika ya membrane ya membrane inayovutia (Mchoro 12.21).

    Hii ni mchoro wa sehemu mbili. Michoro zote mbili zinaonyesha kituo cha kuvuja kilichoingia kwenye safu ya membrane ya lipid. Kituo cha kuvuja ni cylindrical na ufunguzi mkubwa, kati. Katika mchoro wa kwanza kuna ions kadhaa katika cytosol lakini ioni moja tu katika maji ya ziada. Hakuna ions zinazohamia kupitia kituo cha kuvuja kwa sababu kituo kinafungwa. Katika mchoro wa pili, kituo cha kuvuja kinafungua kwa nasibu, kuruhusu ions mbili kusafiri kupitia kituo, chini ya kiwango chao cha ukolezi, na nje kwenye maji ya ziada.
    Kielelezo 12.21 Njia za kuvuja Katika hali fulani, ions zinahitaji kuhamia kwenye membrane nasibu. Mali maalum ya umeme ya seli fulani hubadilishwa na kuwepo kwa aina hii ya kituo.

    Uwezo wa membrane

    Hali ya umeme ya membrane ya seli inaweza kuwa na tofauti kadhaa. Hizi ni tofauti zote katika uwezo wa membrane. Uwezo ni usambazaji wa malipo katika utando wa seli, kipimo katika millivolts (mV). Kiwango ni kulinganisha ndani ya kiini jamaa na nje, hivyo uwezekano wa membrane ni thamani inayowakilisha malipo kwenye upande wa ndani ya seli ya utando kulingana na nje kuwa sifuri, kwa kusema (Kielelezo 12.22).

    Mchoro huu unaonyesha sehemu ya msalaba wa membrane ya seli. Sehemu ya maji ya ziada ya membrane ya seli ni chaji chanya wakati upande wa cytosol wa membrane ni kushtakiwa vibaya. Kuna microelectrode iliyoingia kwenye membrane ya seli. Microelectrode inaunganishwa na voltmeter, ambayo pia ina electrode ya kumbukumbu kwenye upande wa maji ya ziada. Kusoma kwa voltmeter ni hasi 70 millivolts.
    Kielelezo 12.22 Kupima Malipo kwenye Membrane na Voltmeter Electrode ya kurekodi imeingizwa ndani ya seli na electrode ya kumbukumbu iko nje ya seli. Kwa kulinganisha malipo yaliyopimwa na electrodes hizi mbili, voltage ya transmembrane imedhamiriwa. Ni kawaida kueleza thamani hiyo kwa jamaa ya cytosol na nje.

    Mkusanyiko wa ions katika maji ya ziada na intracellular ni kwa kiasi kikubwa uwiano, na malipo ya neutral wavu. Hata hivyo, tofauti kidogo katika malipo hutokea haki kwenye uso wa membrane, ndani na nje. Ni tofauti katika eneo hili mdogo sana ambalo lina nguvu zote katika neurons (na seli za misuli) kuzalisha ishara za umeme, ikiwa ni pamoja na uwezekano wa hatua.

    Kabla ya ishara hizi za umeme zinaweza kuelezewa, hali ya kupumzika ya membrane inapaswa kuelezewa. Wakati kiini kinapumzika, na njia za ion zimefungwa (isipokuwa kwa njia za kuvuja ambazo zimefunguliwa kwa nasibu), ions zinashirikiwa kwenye membrane kwa njia inayoweza kutabirika sana. Mkusanyiko wa Na + nje ya seli ni mara 10 zaidi kuliko mkusanyiko ndani. Pia, mkusanyiko wa K + ndani ya seli ni kubwa kuliko nje. Cytosol ina mkusanyiko mkubwa wa anions, kwa namna ya ions phosphate na protini za kushtakiwa vibaya. Anioni kubwa ni sehemu ya utando wa seli ya ndani, ikiwa ni pamoja na phospholipids maalumu na protini zinazohusishwa na kipeperushi cha ndani cha utando (kipeperushi ni neno linalotumika kwa upande mmoja wa utando wa lipidi bilayer). Malipo mabaya ni localized katika anions kubwa.

    Kwa ions zilizosambazwa kwenye membrane katika viwango hivi, tofauti ya malipo hupimwa saa -70 mV, thamani iliyoelezwa kama uwezo wa kupumzika kwa membrane. Thamani halisi inayopimwa kwa uwezekano wa membrane ya kupumzika inatofautiana kati ya seli, lakini -70 mV hutumiwa kwa kawaida kama thamani hii. Voltage hii ingekuwa kweli chini sana isipokuwa kwa michango ya baadhi ya protini muhimu katika utando. Njia za kuvuja zinaruhusu Na + kuhamia polepole ndani ya kiini au K + ili uondoke polepole, na pampu ya Na + /K + huwarejesha. Hii inaweza kuonekana kuwa kupoteza nishati, lakini kila mmoja ana jukumu katika kudumisha uwezo wa membrane.

    Uwezo wa Action

    Kupumzika uwezo wa membrane inaelezea hali ya kutosha ya seli, ambayo ni mchakato wa nguvu unaofanana na uvujaji wa ion na kusukumia ioni. Bila ushawishi wowote wa nje, hautabadilika. Ili kupata ishara ya umeme ilianza, uwezekano wa membrane unabadilika.

    Hii huanza na kufungua channel kwa Na + katika membrane. Kwa sababu mkusanyiko wa Na + ni mkubwa nje ya seli kuliko ndani ya seli kwa sababu ya 10, ions zitakimbilia ndani ya seli ambazo zinaendeshwa kwa kiasi kikubwa na gradient ya ukolezi. Kwa sababu sodiamu ni ion yenye kushtakiwa vyema, itabadilisha voltage ya jamaa mara moja ndani ya kiini jamaa na mara moja nje. Uwezo wa kupumzika ni hali ya membrane kwenye voltage ya -70 mV, hivyo cation ya sodiamu inayoingia kwenye seli itasababisha kuwa chini ya hasi. Hii inajulikana kama kuondoa kingamizi, maana uwezekano wa utando huenda kuelekea sifuri.

    Gradient ya mkusanyiko kwa Na + ni nguvu sana kwamba itaendelea kuingia kwenye seli hata baada ya uwezekano wa membrane umekuwa sifuri, ili voltage mara moja karibu na pore huanza kuwa chanya. Gradient ya umeme pia ina jukumu, kama protini hasi chini ya membrane huvutia ion ya sodiamu. Uwezo wa membrane utafikia +30 mV kwa wakati sodiamu imeingia kwenye seli.

    Kama uwezo wa membrane unafikia +30 mV, njia nyingine za voltage zinafunguliwa kwenye membrane. Njia hizi ni maalum kwa ion ya potasiamu. Gradient ya mkusanyiko hufanya kazi kwenye K +, pia. Kama K + kuanza kuondoka kiini, kuchukua malipo mazuri na hayo, uwezo wa membrane huanza kurudi nyuma kuelekea voltage yake ya kupumzika. Hii inaitwa repolarization, maana yake ni kwamba voltage ya membrane inakwenda nyuma kuelekea thamani ya -70 mV ya uwezo wa kupumzika membrane.

    Repolarization anarudi uwezo utando kwa thamani -70 mV ambayo inaonyesha uwezo kupumzika, lakini kwa kweli overshoots kwamba thamani. Ions za potasiamu hufikia usawa wakati voltage ya membrane iko chini ya -70 mV, hivyo kipindi cha hyperpolarization hutokea ilhali njia za K + zimefunguliwa. Wale K + njia ni kidogo kuchelewa katika kufunga, uhasibu kwa overshoot hii short.

    Nini kilichoelezwa hapa ni uwezekano wa hatua, ambayo hutolewa kama grafu ya voltage kwa muda katika Mchoro 12.23. Ni ishara ya umeme ambayo tishu za neva huzalisha kwa mawasiliano. Mabadiliko katika voltage ya membrane kutoka -70 mV wakati wa kupumzika hadi +30 mV mwishoni mwa uharibifu wa uharibifu ni mabadiliko ya mV 100. Hiyo inaweza pia kuandikwa kama mabadiliko ya 0.1 V. Ili kuweka thamani hiyo kwa mtazamo, fikiria kuhusu betri. AA betri ambayo unaweza kupata katika televisheni kijiometri ina voltage ya 1.5 V, au 9 V betri (betri mstatili na posts mbili upande mmoja) ni, wazi, 9 V. mabadiliko kuonekana katika uwezo action ni moja au mbili amri ya ukubwa chini ya malipo katika betri hizi. Kwa kweli, uwezo wa membrane unaweza kuelezewa kama betri. Malipo yanahifadhiwa kwenye membrane ambayo inaweza kutolewa chini ya hali sahihi. Betri katika kijiji chako imehifadhi malipo ambayo “imetolewa” unaposhinikiza kifungo.

    Grafu hii ina uwezo wa membrane, katika millivolts, kwenye mhimili wa X, kuanzia hasi 70 hadi thelathini nzuri. Muda ni kwenye mhimili wa X. Mstari wa njama huanza kwa kasi kwa hasi sabini na kisha huongezeka hadi millivolts 55 hasi. Mstari wa njama huongezeka kwa haraka, ukitumia saa thelathini nzuri. Hii ni awamu ya uharibifu wa uharibifu. Mstari wa njama kisha hupungua haraka hadi millivolts sabini hasi. Hii ni awamu ya repolarization. Mstari wa njama unaendelea kushuka lakini kisha hatua kwa hatua huongezeka nyuma hadi millivolts sabini hasi. Eneo ambapo mstari wa njama ni chini ya millivolts hasi sabini ni awamu ya hyperpolarization.
    Kielelezo 12.23 Grafu ya Action Potential Plotting voltage kipimo katika utando wa seli dhidi ya wakati, uwezo wa hatua huanza na kuondoa kingamizi, ikifuatiwa na repolarization, ambayo huenda nyuma uwezo wa kupumzika katika hyperpolarization, na hatimaye utando unarudi kupumzika.

    Interactive Link

    Kinachotokea kwenye membrane ya kiini cha umeme ni mchakato wa nguvu ambao ni vigumu kutazama na picha za tuli au kupitia maelezo ya maandishi. Tazama uhuishaji huu ili ujifunze zaidi kuhusu mchakato huu. ni tofauti kati ya nguvu ya kuendesha gari kwa Na + na K + nini? Na ni nini sawa na harakati za ions hizi mbili?

    Swali ni, sasa, ni nini kinachoanzisha uwezo wa hatua? Maelezo hapo juu yanajitokeza kwa urahisi juu ya hatua hiyo. Lakini ni muhimu kuelewa kinachotokea. Uwezo wa membrane utakaa kwenye voltage ya kupumzika mpaka kitu kinabadilika. Maelezo hapo juu inasema tu kwamba kituo cha Na + kinafungua. Sasa, kusema “channel inafungua” haimaanishi kwamba protini moja ya transmembrane inabadilika. Badala yake, inamaanisha kwamba aina moja ya channel inafungua. Kuna aina chache za njia ambazo zinaruhusu Na + kuvuka utando. Kituo cha ligand-gated Na + kitafungua wakati neurotransmitter inafunga nayo na kituo cha mechanically gated Na + kitafungua wakati kichocheo kimwili huathiri receptor hisia (kama shinikizo kutumika kwa ngozi compresses kugusa receptor). Ikiwa ni nyurotransmita inayofunga kwa protini yake ya receptor au kichocheo cha hisia kinachoamsha kiini cha kipokezi cha hisia, kichocheo fulani kinapata mchakato ulianza. Sodiamu huanza kuingia kiini na membrane inakuwa chini hasi.

    Aina ya tatu ya channel ambayo ni sehemu muhimu ya kuondoa kingamizi katika uwezo hatua ni voltage-gated Na + channel. Njia zinazoanza kuondokana na utando kwa sababu ya kichocheo husaidia kiini kuondokana na -70 mV hadi -55 mV. Mara baada ya utando kufikia voltage hiyo, njia za voltage-gated Na + zinafunguliwa. Hii ndiyo inayojulikana kama kizingiti. Uharibifu wowote usiobadilisha uwezo wa utando hadi -55 mV au zaidi hautafikia kizingiti na hivyo hautasababisha uwezekano wa hatua. Pia, kichocheo chochote kinachozuia utando hadi -55 mV au zaidi kitasababisha idadi kubwa ya njia kufungua na uwezekano wa hatua utaanzishwa.

    Kwa sababu ya kizingiti, uwezekano wa hatua unaweza kufanana na tukio la digital-linatokea au halifanyi. Ikiwa kizingiti hakifikia, basi hakuna uwezekano wa hatua hutokea. Ikiwa uharibifu wa uharibifu unafikia -55 mV, basi uwezo wa hatua unaendelea na unaendesha njia yote hadi +30 mV, ambapo K + husababisha repolarization, ikiwa ni pamoja na overshoot hyperpolarizing. Pia, mabadiliko hayo ni sawa kwa kila uwezo wa hatua, ambayo ina maana kwamba mara moja kizingiti kinafikia, kitu kimoja kinachotokea. Kichocheo kikubwa, ambacho kinaweza kuondokana na membrane vizuri kizingiti cha zamani, hakitafanya uwezekano wa “mkubwa” wa hatua. Uwezekano wa hatua ni “wote au hakuna.” Labda utando unafikia kizingiti na kila kitu hutokea kama ilivyoelezwa hapo juu, au utando haufikia kizingiti na hakuna kitu kingine kinachotokea. Uwezekano wote wa hatua hupanda kilele cha voltage sawa (+30 mV), hivyo uwezekano wa hatua moja sio mkubwa kuliko mwingine. Nguvu ya uchochezi itaanzisha uwezekano wa hatua nyingi kwa haraka zaidi, lakini ishara ya mtu binafsi si kubwa zaidi. Kwa hiyo, kwa mfano, huwezi kujisikia hisia kubwa ya maumivu, au kuwa na nguvu ya misuli, kwa sababu ya ukubwa wa uwezekano wa hatua kwa sababu sio ukubwa tofauti.

    Kama tulivyoona, kuondoa kingamizi na repolarization ya uwezo hatua ni tegemezi kwa aina mbili za njia (voltage-gated Na + channel na voltage-gated K + channel). Kituo cha voltage-gated Na + kweli ina milango miwili. Moja ni mlango wa uanzishaji, unaofungua wakati uwezekano wa membrane unavuka -55 mV. Lango lingine ni lango la kutofanya kazi, ambalo linafunga baada ya muda maalum-kwa utaratibu wa sehemu ya millisecond. Wakati kiini kinapumzika, mlango wa uanzishaji umefungwa na lango la kufuta linafunguliwa. Hata hivyo, wakati kizingiti kinafikia, mlango wa uanzishaji unafungua, kuruhusu Na + kukimbilia ndani ya seli. Imewekwa na kilele cha uharibifu wa uharibifu, mlango wa inactivation unafunga. Wakati wa repolarization, hakuna sodiamu zaidi inayoweza kuingia kwenye seli. Wakati uwezekano wa membrane unapita -55 mV tena, mlango wa uanzishaji unafunga. Baada ya hapo, lango la kufuta linafungua tena, na kufanya kituo tayari kuanza mchakato mzima tena.

    Kituo cha K + cha voltage kina mlango mmoja tu, ambao ni nyeti kwa voltage ya membrane ya -50 mV. Hata hivyo, haina kufungua haraka kama voltage-gated Na + channel gani. Inaweza kuchukua sehemu ya millisecond kwa channel kufungua mara moja kwamba voltage imekuwa kufikiwa. Muda wa hii sanjari hasa na wakati Na + mtiririko peaks, hivyo voltage-gated K + njia wazi kama voltage-gated Na + njia ni kuwa inactivated. Kama uwezo wa membrane repolarizes na voltage hupita -50 mV tena, channel inafunga—tena, na kuchelewa kidogo. Potasiamu inaendelea kuondoka kiini kwa muda mfupi na uwezo wa utando unakuwa mbaya zaidi, na kusababisha overshoot hyperpolarizing. Kisha kituo kinafunga tena na utando unaweza kurudi kwenye uwezo wa kupumzika kwa sababu ya shughuli zinazoendelea za njia zisizo na gated na pampu ya Na + /K +.

    Yote haya hufanyika ndani ya takriban 2 milliseconds (Kielelezo 12.24). Wakati uwezekano wa hatua unaendelea, mwingine hauwezi kuanzishwa. Athari hiyo inajulikana kama kipindi cha kukataa. Kuna awamu mbili za kipindi cha kukataa: kipindi cha kukataa kabisa na kipindi cha kukataa jamaa. Wakati wa awamu kamili, uwezekano mwingine wa hatua hautaanza. Hii ni kwa sababu ya lango la kuingiliwa kwa kituo cha voltage-gated Na +. Mara baada ya kituo hicho kinarudi kwenye ufafanuzi wake wa kupumzika (chini ya -55 mV), uwezo mpya wa hatua unaweza kuanza, lakini tu kwa kichocheo kikubwa zaidi kuliko kilichoanzisha uwezo wa sasa wa hatua. Hii ni kwa sababu ya mtiririko wa K + nje ya seli. Kwa sababu ioni hiyo inakimbilia nje, yoyote Na + inayojaribu kuingia haitapunguza kiini, lakini itaweka kiini kutoka kwa hyperpolarizing.

    Grafu hii ina uwezo wa membrane, katika millivolts, kwenye mhimili wa X, kuanzia hasi 70 hadi thelathini nzuri. Muda ni kwenye mhimili wa X. Katika hatua ya kwanza, ambayo imeandikwa wakati wa kupumzika, mstari wa njama ni thabiti katika millivolts hasi sabini. Katika hatua ya 2, kichocheo kinatumika, na kusababisha mstari wa njama kuongezeka hadi millivolts 30 nzuri. Curve huongezeka kwa kasi katika hatua ya tatu, kinachoitwa voltage huongezeka. Baada ya kufikia thelathini nzuri, mstari wa njama kisha hupungua haraka hadi hasi 70. Hii ni hatua ya nne, kinachoitwa voltage iko. Mstari wa njama unaendelea kushuka chini ya hasi 70 na hii ni hatua ya 5, iliyoandikwa mwisho wa uwezekano wa hatua. Hatimaye, mstari wa njama huongezeka hatua kwa hatua kwenye millivolts hasi sabini, ambayo ni hatua ya 6, iliyoandikwa kurudi kupumzika.
    Kielelezo 12.24 Hatua za voltage ya Uwezo wa Hatua inayopimwa kwenye utando wa seli dhidi ya wakati, matukio ya uwezekano wa hatua yanaweza kuhusishwa na mabadiliko maalum katika voltage ya membrane. (1) Wakati wa kupumzika, voltage ya membrane ni -70 mV. (2) Utando huanza kufuta wakati kichocheo cha nje kinatumika. (3) Voltage ya membrane huanza kupanda kwa haraka kuelekea +30 mV. (4) Voltage ya membrane huanza kurudi kwa thamani hasi. (5) Repolarization inaendelea zamani voltage ya membrane ya kupumzika, na kusababisha hyperpolarization. (6) Membrane voltage anarudi thamani ya kupumzika muda mfupi baada ya hyperpolarization.

    Uenezi wa Uwezo wa Hatua

    Uwezo wa hatua umeanzishwa mwanzoni mwa axon, kwa kile kinachoitwa sehemu ya awali. Kuna wiani mkubwa wa voltage-gated Na + njia ili kuondoa kingamizi haraka unaweza kufanyika hapa. Kwenda chini ya urefu wa axon, uwezekano wa hatua unaenea kwa sababu njia nyingi za voltage-gated Na + zinafunguliwa kama uharibifu wa uharibifu unaenea. Uenezi huu hutokea kwa sababu Na + inaingia kupitia kituo na huenda pamoja ndani ya utando wa seli. Kama Na + inakwenda, au inapita, umbali mfupi kando ya membrane ya seli, malipo yake mazuri hupunguza kidogo zaidi ya membrane ya seli. Kama kwamba kuondoa kingamizi kuenea, mpya voltage-gated Na + njia wazi na ions zaidi kukimbilia ndani ya seli, kueneza kuondoa kingamizi kidogo zaidi.

    Kwa sababu voltage-gated Na + njia ni inactivated katika kilele cha kuondoa kingamizi, hawawezi kufunguliwa tena kwa muda mfupi-kipindi kabisa refractory. Kwa sababu hii, uharibifu wa uharibifu unaoenea nyuma kuelekea njia zilizofunguliwa hapo awali hauna athari. Uwezo wa hatua lazima ueneze kuelekea vituo vya axon; Matokeo yake, polarity ya neuroni inahifadhiwa, kama ilivyoelezwa hapo juu.

    Uenezi, kama ilivyoelezwa hapo juu, hutumika kwa axons zisizo na myelinated. Wakati myelination iko, uwezo wa hatua huenea tofauti. Ioni za sodiamu zinazoingia kwenye seli kwenye sehemu ya awali huanza kuenea kwa urefu wa sehemu ya axon, lakini hakuna njia za voltage-gated Na + mpaka node ya kwanza ya Ranvier. Kwa sababu hakuna ufunguzi wa mara kwa mara wa njia hizi kwenye sehemu ya axon, uharibifu wa uharibifu huenea kwa kasi mojawapo. Umbali kati ya nodes ni umbali bora wa kuweka utando bado umeondolewa juu ya kizingiti kwenye node inayofuata. Kama Na + inaenea ndani ya membrane ya sehemu ya axon, malipo huanza kuenea. Kama nodi walikuwa yoyote mbali chini axon, kwamba kuondoa kingamwili ingekuwa imeshuka mbali sana kwa voltage-gated Na + njia ya kuwa ulioamilishwa katika nodi ya Ranvier. Ikiwa nodes zilikuwa karibu zaidi, kasi ya uenezi itakuwa polepole.

    Uenezi pamoja na axon isiyo na myelinated inajulikana kama conduction inayoendelea; pamoja na urefu wa axon ya myelinated, ni conduction ya saltatory. Kuendelea upitishaji ni polepole kwa sababu daima kuna voltage-gated Na + njia ya ufunguzi, na zaidi na zaidi Na + ni kukimbilia katika kiini. Saltatory upitishaji ni kasi kwa sababu hatua uwezo kimsingi anaruka kutoka nodi moja hadi nyingine (saltare = “kuruka”), na utitiri mpya wa Na + upya utando depolarized. Pamoja na myelination ya axon, kipenyo cha axon kinaweza kuathiri kasi ya uendeshaji. Mengi kama maji anaendesha kwa kasi zaidi katika mto pana kuliko katika mkondo mwembamba, Na + makao kuondoa kingamizi kuenea kwa kasi zaidi chini axon pana ya chini nyembamba. Dhana hii inajulikana kama upinzani na kwa ujumla ni kweli kwa waya za umeme au mabomba, kama ilivyo kweli kwa akzoni, ingawa hali maalum ni tofauti katika mizani ya elektroni au ions dhidi ya maji katika mto.

    Homeostatic kukosekana usawa

    Potassium M

    Seli za glial, hasa astrocytes, zinawajibika kwa kudumisha mazingira ya kemikali ya tishu za CNS. Viwango vya ions katika maji ya ziada ni msingi wa jinsi uwezo wa membrane umeanzishwa na mabadiliko katika ishara ya electrochemical. Ikiwa usawa wa ions unafadhaika, matokeo makubwa yanawezekana.

    Kwa kawaida mkusanyiko wa K + ni mkubwa ndani ya neuroni kuliko nje. Baada ya awamu ya repolarizing ya uwezo wa hatua, njia za kuvuja K + na Na + /K + pampu zinahakikisha kwamba ions hurudi kwenye maeneo yao ya awali. Kufuatia kiharusi au tukio lingine la ischemic, viwango vya ziada vya K + vinainuliwa. Astrocytes katika eneo hilo zina vifaa vya kufuta ziada K + ili kusaidia pampu. Lakini wakati ngazi iko mbali na usawa, madhara yanaweza kurekebishwa.

    Astrocytes inaweza kuwa tendaji katika kesi kama hizi, ambazo huharibu uwezo wao wa kudumisha mazingira ya kemikali ya ndani. Seli za glial hupanua na michakato yao hupungua. Wanapoteza uwezo wao wa K + na kazi ya pampu imeathirika, au hata kuachwa. Moja ya ishara za mwanzo za ugonjwa wa seli ni hii “kuvuja” ya ions sodiamu ndani ya seli za mwili. Usawa huu wa sodiamu/potasiamu huathiri vibaya kemia ya ndani ya seli, kuzuia kufanya kazi kwa kawaida.

    Interactive Link

    Tembelea tovuti hii ili uone maabara ya neurophysiolojia ya kawaida, na kuchunguza michakato ya electrophysiological katika mfumo wa neva, ambapo wanasayansi hupima moja kwa moja ishara za umeme zinazozalishwa na neurons. Mara nyingi, uwezekano wa hatua hutokea kwa haraka sana kwamba kuangalia skrini ili kuziona hutokea sio manufaa. Msemaji huendeshwa na ishara zilizorekodiwa kutoka kwa neuroni na “hupuka” kila wakati neuroni inapotoa uwezo wa hatua. Uwezekano huu wa hatua ni kurusha haraka sana kwamba inaonekana kama tuli kwenye redio. Wataalamu wa electrophysiologists wanaweza kutambua ruwaza ndani ya static hiyo kuelewa kinachotokea. Kwa nini mfano wa leech hutumiwa kupima shughuli za umeme za neurons badala ya kutumia wanadamu?