انتقال السيال العصبي
يصف الطالب تسلسل حركة أيونات الصوديوم والبوتاسيوم وتغيّر جهد الغشاء في أثناء جهد الفعل، تمهيدًا لتصميم تطبيق يحاكيه.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: الخلايا العصبية — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٢): تصميم تطبيق تفاعلي لانتقال السيال العصبي — الجزء الأول، ص ٦٥
خطوات التجربة
افتح المحاكاة «الخلايا العصبية»، وفعّل «كل الأيونات» و«جدول القدرة» (منحنى جهد الغشاء)، وافتح «عنوان تفسيري» لتعرف رموز الأيونات والقنوات.
قبل التحفيز، لاحظ توزيع أيونات Na+ وK+ داخل المحور وخارجه وقيمة الجهد على المنحنى. سجّل: أي الأيونين أكثر في الخارج؟ وهل الجهد موجب أم سالب؟
اختر «حركة بطيئة»، ثم اضغط زر تحفيز العصبون. راقب «قناة الصوديوم المسورة» واتجاه حركة Na+ وما يحدث للمنحنى.
تابع حتى تنفتح «قناة البوتاسيوم المسورة»، وسجّل اتجاه حركة K+ وما يحدث للجهد بعدها، وهل ينزل تحت قيمته الأولى قبل أن يستقر.
أوقف الزمن وأرجعه إلى لحظة التحفيز بأداة التحكم بالزمن، ثم تقدّم ببطء. سجّل في جدول المراحل بترتيبها: (المرحلة، القناة المفتوحة، اتجاه الأيونات، الجهد يرتفع أم ينخفض).
شغّل الزمن ولاحظ انتقال التغير على طول المحور من موضع التحفيز. حدد من جدولك الحالات التي سيعرضها التطبيق الذي ستصممه وترتيبها.
الفكرة العلمية
في حالة الراحة يكون تركيز أيونات الصوديوم خارج المحور أعلى منه داخله، وتركيز أيونات البوتاسيوم داخله أعلى، ويكون داخل الغشاء سالبًا بالنسبة إلى خارجه، وهذا جهد الراحة. وعند التحفيز تنفتح قنوات الصوديوم المبوّبة، فتندفع أيونات Na+ إلى الداخل، فيرتفع الجهد حتى يصير الداخل موجبًا، وهذه إزالة الاستقطاب. ثم تنغلق قنوات الصوديوم وتنفتح قنوات البوتاسيوم المبوّبة، فتخرج أيونات K+، فيعود الداخل سالبًا، وهذه إعادة الاستقطاب، وقد ينزل الجهد قليلًا تحت جهد الراحة قبل أن يستقر. هذا التغير السريع هو جهد الفعل، وانتقاله على طول المحور من منطقة إلى التي تليها هو السيال العصبي. والمحاكاة نموذج جاهز يعرض هذه الأحداث، أما في نشاط الكتاب فتصمم أنت تطبيقًا يعرضها، فاستخدم جدولك مخططًا لحالاته وترتيبها.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
قبل التحفيز، ماذا يُظهر النموذج عن توزيع الأيونات؟
- Na+ وK+ موزعان بالتساوي داخل المحور وخارجه
- Na+ أكثر في الخارج، وK+ أكثر في الداخل
- K+ أكثر في الخارج، وNa+ أكثر في الداخل
- لا أيونات داخل المحور
اعرض الإجابة
ب) Na+ أكثر في الخارج، وK+ أكثر في الداخل
في حالة الراحة يتركز الصوديوم خارج المحور والبوتاسيوم داخله، وهذا الفرق في التركيز شرط لنشوء جهد الفعل. ويخلط كثير من الطلاب بين الأيونين، ورموز «عنوان تفسيري» تحسم ذلك.
ما الذي يسبب ارتفاع الجهد على المنحنى بعد التحفيز مباشرة؟
- خروج أيونات K+ إلى خارج المحور
- انغلاق جميع القنوات
- دخول أيونات Na+ عبر قنوات الصوديوم المبوّبة
- دخول أيونات K+ عبر قنوات التسرب
اعرض الإجابة
ج) دخول أيونات Na+ عبر قنوات الصوديوم المبوّبة
دخول الأيونات الموجبة Na+ يجعل الداخل أقل سالبية ثم موجبًا، فيرتفع الجهد. أما خروج K+ فيأتي بعده ويُرجع الجهد إلى السالب، ومن يعكس الترتيب يخلط بين إزالة الاستقطاب وإعادته.
ماذا يحدث للجهد حين تنفتح قنوات البوتاسيوم المبوّبة؟
- ينخفض ويعود الداخل سالبًا، لأن K+ يخرج
- يرتفع أكثر، لأن K+ يدخل
- يبقى ثابتًا عند قيمته العظمى
- يصبح صفرًا ويبقى كذلك
اعرض الإجابة
أ) ينخفض ويعود الداخل سالبًا، لأن K+ يخرج
خروج الأيونات الموجبة K+ يزيل الشحنة الموجبة من الداخل فينخفض الجهد، وهذه إعادة الاستقطاب. ومن يظن أن K+ يدخل ينسى أن تركيزه داخل المحور أعلى منه خارجه.
صف بالترتيب ما يحدث لجهد الغشاء ولحركة الأيونات منذ التحفيز حتى العودة إلى الراحة.
اعرض الإجابة
يبدأ الجهد سالبًا في الراحة. بعد التحفيز تنفتح قنوات الصوديوم فيدخل Na+ ويرتفع الجهد حتى يصير الداخل موجبًا. ثم تنغلق قنوات الصوديوم وتنفتح قنوات البوتاسيوم فيخرج K+ وينخفض الجهد، وقد ينزل قليلًا تحت جهد الراحة ثم يستقر عنده.
ستصمم تطبيقًا يحاكي انتقال السيال العصبي على طول المحور. اذكر ثلاثة أشياء رأيتها في هذا النموذج يجب أن يعرضها تطبيقك، وعلّل.
اعرض الإجابة
يعرض توزيع الأيونات في الراحة: Na+ أكثر خارجًا وK+ أكثر داخلًا، لأنه نقطة البداية. ويعرض تسلسل انفتاح قنوات الصوديوم ثم البوتاسيوم مع اتجاه الأيونات، لأنه سبب تغير الجهد. ويعرض انتقال هذا التغير من منطقة في المحور إلى التي تليها، لأن هذا الانتقال هو السيال العصبي نفسه.