جهد الانعكاس

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

في الغشاء البيولوجي ، يُعرف جهد الانعكاس بأنه جهد الغشاء الذي ينعكس عنده اتجاه التيار الأيوني. عند جهد الانعكاس، لا يوجد تدفق صافٍ للأيونات من جانب الغشاء إلى الجانب الآخر. بالنسبة للقنوات التي تسمح بمرور نوع واحد فقط من الأيونات، يكون جهد الانعكاس مطابقًا لجهد التوازن للأيون. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

جهد التوازن

جهد التوازن لأيون هو جهد الغشاء الذي لا يحدث عنده أي تدفق صافٍ للأيون. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] ويعتمد تدفق أي أيون غير عضوي، مثل Na + أو K + ، عبر قناة أيونية (نظرًا لأن الأغشية عادةً ما تكون غير منفذة للأيونات) على التدرج الكهروكيميائي لهذا الأيون. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] ويتكون هذا التدرج من جزأين: الفرق في تركيز ذلك الأيون عبر الغشاء، وتدرج الجهد. [ 4 ] عندما يتوازن هذان العاملان، يكون التدرج الكهروكيميائي للأيون صفرًا، وبالتالي لا يوجد تدفق صافٍ للأيون عبر القناة؛ وهذا يعني أيضًا عدم وجود تيار عبر الغشاء طالما أن نوعًا أيونيًا واحدًا فقط هو المعني. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] يُعرف تدرج الجهد الذي يتحقق عنده هذا التوازن بجهد التوازن للأيون، ويمكن حسابه من معادلة نرنست . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

النماذج الرياضية والقوة الدافعة

يمكننا أن نأخذ مثالاً على ذلك أيونًا موجب الشحنة، مثل أيون البوتاسيوم (K + )، وغشاءً سالب الشحنة، كما هو شائع في معظم الكائنات الحية. [ 4 ] [ 5 ] يُعارض جهد الغشاء تدفق أيونات البوتاسيوم خارج الخلية، ولا تستطيع الأيونات مغادرة الخلية إلا إذا كانت تمتلك طاقة حرارية كافية للتغلب على حاجز الطاقة الناتج عن جهد الغشاء السالب. [ 5 ] مع ذلك، يمكن التغلب على هذا التأثير المُثبِّط بواسطة تدرج تركيز معاكس إذا كان التركيز الداخلي مرتفعًا بدرجة كافية، مما يُسهِّل خروج أيونات البوتاسيوم من الخلية. [ 5 ]

يُعد مفهوم القوة الدافعة من المفاهيم المهمة المرتبطة بجهد التوازن . وتُعرَّف القوة الدافعة ببساطة بأنها الفرق بين جهد الغشاء الفعلي وجهد توازن الأيون.Vم-هـأنا {\displaystyle V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\ }أينهـأنا {\displaystyle E_{\mathrm {i} }\ }يشير إلى جهد التوازن لأيون معين. [ 5 ] وبالمثل، فإن تيار الغشاء لكل وحدة مساحة ناتج عن نوعأنا{\displaystyle i}يتم تحديد قناة الأيونات بالمعادلة التالية:

أناأنا=زأنا(Vم-هـأنا){\displaystyle i_{\mathrm {i} }=g_{\mathrm {i} }\left(V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\right)}

أينVم-هـأنا {\displaystyle V_{\mathrm {m} }-E_{\mathrm {i} }\ }هي القوة الدافعة وزأنا{\displaystyle g_{\mathrm {i} }}هي الموصلية النوعية ، أو الموصلية لكل وحدة مساحة. [ 5 ] لاحظ أن التيار الأيوني سيكون صفرًا إذا كان الغشاء غير منفذ للأيون المعني أو إذا كان جهد الغشاء مساويًا تمامًا لجهد التوازن لهذا الأيون. [ 5 ]

الاستخدام في البحث

عندما يكون جهد الانعكاس (V <sub>m</sub> ) عند جهد الانعكاس لحدثٍ ما، مثل جهد المشبك العصبي ( V <sub>m</sub> - E <sub>rev </sub> يساوي صفرًا)، يمكن استنتاج هوية الأيونات التي تتدفق خلال جهد ما بعد المشبك (EPC) بمقارنة جهد الانعكاس لجهد ما بعد المشبك بجهد التوازن لأيونات مختلفة. على سبيل المثال، تُعدّ العديد من مستقبلات النواقل العصبية الأيونية المثيرة، التي تُفعَّل بالربيطة، بما في ذلك مستقبلات الغلوتامات ( AMPA ، و NMDA ، والكاينات )، ومستقبلات أستيل كولين النيكوتينية (nACh)، ومستقبلات السيروتونين (5-HT<sub> 3 </sub> )، قنوات كاتيونية غير انتقائية تسمح بمرور أيونات الصوديوم (Na <sup>+ </sup>) والبوتاسيوم ( K <sup>+ </sup>) بنسب متساوية تقريبًا، مما يجعل جهد الانعكاس قريبًا من الصفر. تتمتع مستقبلات الناقلات العصبية المثبطة الأيونية التي تحمل أيونات الكلوريد ، مثل مستقبلات GABA A ومستقبلات الجلايسين ، بجهود انعكاس قريبة من جهد الراحة (حوالي -70 ملي فولت) في الخلايا العصبية. [ 2 ]

أدى هذا المنطق إلى تطوير تجارب (أجراها أكيرا تاكيوتشي ونوريكو تاكيوتشي عام 1960) أثبتت أن قنوات الأيونات المنشطة بالأستيل كولين تتمتع بنفاذية متساوية تقريبًا لأيونات الصوديوم (Na +) والبوتاسيوم (K +) . أُجريت التجربة عن طريق خفض تركيز الصوديوم الخارجي ، مما يُخفض (يجعله أكثر سلبية) جهد توازن الصوديوم ويُحدث انزياحًا سلبيًا في جهد الانعكاس. وعلى العكس، فإن زيادة تركيز البوتاسيوم الخارجي ترفع (تجعله أكثر إيجابية) جهد توازن البوتاسيوم وتُحدث انزياحًا إيجابيًا في جهد الانعكاس. [ 2 ] وقد تم اشتقاق صيغة عامة لجهد انعكاس الأحداث المشبكية، بما في ذلك حالات انخفاض الموصلية. [ 6 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 سكوير، لاري؛ بيرغ، داروين (2014). علم الأعصاب الأساسي (  الطبعة الرابعة). دار النشر الأكاديمية. الصفحات 93-97 . ISBN  978-0-12-385870-2.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 بورفيس، ديل ؛ وآخرون . (2017). علم الأعصاب ( الطبعة السادسة). سيناور أسوشيتس. الصفحات 39-106 . ISBN    9781605353807.
  3. 1 2 3 4 5 مارك، بير؛ كونورز، باري (2016). علم الأعصاب: استكشاف الدماغ (الطبعة الرابعة المحسّنة ). جونز وبارليت ليرنينج. ص 64-127. ISBN   9781284211283.
  4. 1 2 3 4 5 ألبرتس، بروس (2015). البيولوجيا الجزيئية للخلية ( الطبعة السادسة). نيويورك، نيويورك. ص 615 – 616. ISBN   978-0-8153-4432-2. OCLC 887605755 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  5. 1 2 3 4 5 6 7 أبوت، لورانس ف. (2001). علم الأعصاب النظري: النمذجة الحاسوبية والرياضية للأنظمة العصبية . بيتر دايان. كامبريدج: مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ص 158-160 . ISBN  978-0-262-31142-7. OCLC 1225555646 . 
  6. ↑ براون، جيه إي، مولر، كيه جيه، موراي، جي (14 أكتوبر 1971). "جهد الانعكاس لحدث كهروفيزيولوجي ناتج عن تغيرات في الموصلية: تحليل رياضي". مجلة ساينس . 174 (4006): 318. Bibcode : 1971Sci...174..318B . doi : 10.1126/science.174.4006.318 . PMID 5119107. S2CID 34404730 .