פוטנציאל פעולה: התפשטות ושלבים - GEOGRAFÍA - 2025

פוטנציאל הפעולה הוא תופעה חשמלית קצרת מועד או כימית המתרחשת בתאי העצב של המוח שלנו. ניתן לומר שזה המסר שנוירון מעביר לנוירונים אחרים.

פוטנציאל הפעולה מופק בגוף התא (גרעין), המכונה גם הסומה. הוא עובר דרך האקסון כולו (סיומת נוירון, דומה לחוט) עד שהוא מגיע לקצהו, המכונה כפתור המסוף.

פוטנציאל הפעולה באקסון נתון תמיד בעל אותו משך ועוצמה זהים. אם האקסון מסתעף לתהליכים אחרים, פוטנציאל הפעולה מתחלק, אך עוצמתו אינה מופחתת.

כאשר פוטנציאל הפעולה מגיע לכפתורי המסוף של הנוירון, הם מפרישים חומרים כימיים הנקראים מעביר עצבים. חומרים אלה מרגשים או מעכבים את הנוירון שמקבל אותם, ויכולים לייצר פוטנציאל פעולה בנוירון האמור.

הרבה ממה שידוע על פוטנציאל הפעולה של נוירונים מגיע מניסויים עם אקסונים של דיונון ענק. קל ללמוד אותו בגלל גודלו, שכן הוא משתרע מהראש לזנב. הם משמשים כך שהחיה תוכל לזוז.

פוטנציאל ממברנה עצבית

מבט סכמטי של פוטנציאל פעולה אידיאלי. ב. תיעוד אמיתי של פוטנציאל פעולה. מקור: en: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

לנוירונים יש מטען חשמלי שונה מבפנים. ההבדל הזה נקרא פוטנציאל הממברנה .

כאשר נוירון נמצא בפוטנציאל מנוחה , פירושו שהמטען החשמלי שלו לא משתנה על ידי פוטנציאלים סינפטיים מעוררים או מעכבים.

מצד שני, כאשר פוטנציאלים אחרים משפיעים עליו, ניתן להפחית את פוטנציאל הממברנה. זה מכונה דפולריזציה .

נהפוך הוא, כאשר פוטנציאל הממברנה גדל ביחס לפוטנציאל הרגיל שלו, מתרחשת תופעה הנקראת היפר קוטביות .

כאשר הפיכה מהירה מאוד של פוטנציאל הממברנה מתרחשת לפתע, מתרחש פוטנציאל פעולה . זה מורכב מדחף חשמלי קצר, המתורגם להודעה העוברת דרך האקסון של הנוירון. זה מתחיל בגוף התא, ומגיע לכפתורי המסוף.

דחף העצב נוסע במורד האקסון

חשוב מכך, על מנת שיופיע פוטנציאל פעולה, שינויים חשמליים חייבים להגיע לסף, המכונה סף העירור . זה הערך של פוטנציאל הממברנה שיש להגיע אליו בהכרח בכדי לפוטנציאל הפעולה להתרחש.

סכמטי של סינפסה כימית

פוטנציאלים לפעולה ושינויים ברמות היונים

חדירות ממברנה של נוירון בזמן פוטנציאל פעולה. מצב המנוחה (1), יוני נתרן ואשלגן אינם יכולים לעבור דרך הממברנה, ולנוירון יש מטען שלילי בפנים. דה-קיטוב (2) של הנוירון מפעיל את תעלת הנתרן ומאפשר ליוני נתרן לעבור דרך הממברנה של העצב. קיטוב מחדש (3), כאשר תעלות נתרן נסגרות ותעלות אשלגן נפתחות, יוני אשלגן חוצים את הממברנה. בתקופה המפרכת (4) פוטנציאל הממברנה חוזר למצב המנוחה כאשר תעלות האשלגן נסגרות. מקור: חדירות ממברנות של נוירון במהלך פוטנציאל פעולה. Pdf ופוטנציאל פעולה, CThompson02

בתנאים רגילים הנוירון מוכן לקבל נתרן (Na +) בפנים. עם זאת, הממברנה שלו אינה חדירה במיוחד ליון זה.

בנוסף, ל"מובילי נתרן אשלגן "הידועים יש חלבון שנמצא בקרום התא שאחראי על הסרת יוני נתרן והכנסת יוני אשלגן לתוכו. באופן ספציפי, עבור כל 3 יוני נתרן שהוא מחלץ, הוא מציג שני יוני אשלגן.

המובילים הללו שומרים על רמות נתרן נמוכות בתא. אם החדירות של התא הייתה גדלה ויותר נתרן נכנס אליו פתאום, פוטנציאל הממברנה היה משתנה באופן קיצוני. ככל הנראה, זה מה שמעורר פוטנציאל פעולה.

באופן ספציפי, תגבר החדירות של הממברנה לנתרן, ואלה נכנסים לנוירון. בעוד שבאותה עת הדבר יאפשר ליוני אשלגן לעזוב את התא.

כיצד מתרחשים שינויים אלה בחדירות?

תאים הטמיעו בממברנה שלהם חלבונים רבים המכונים תעלות יון . יש להם פתחים דרכם יונים יכולים להיכנס לתאים או לצאת מהם, אם כי הם לא תמיד פתוחים. הערוצים סגורים או נפתחים בהתאם לאירועים מסוימים.

ישנם סוגים רבים של תעלות יונים, ולרוב כל אחד מהם מתמחה לניהול בלעדי של סוגים מסוימים של יונים.

לדוגמא, תעלת נתרן פתוחה יכולה לעבור יותר ממאה מיליון יונים לשנייה.

כיצד מייצרים פוטנציאל פעולה?

נוירונים מעבירים מידע בצורה אלקטרוכימית. המשמעות היא שכימיקלים מפיקים אותות חשמליים.

לכימיקלים אלה יש מטען חשמלי וזו הסיבה שהם נקראים יונים. החשובים במערכת העצבים הם נתרן ואשלגן, שיש להם מטען חיובי. בנוסף לסידן (2 מטענים חיוביים) וכלור (מטען שלילי אחד).

שינויים בפוטנציאל הממברנה

השלב הראשון לפוטנציאל פעולה הוא שינוי בפוטנציאל הממברנה של התא. שינוי זה צריך לחרוג מסף העירור.

באופן ספציפי, ישנה הפחתה בפוטנציאל הממברנה, המכונה depolarization.

פתיחת תעלות נתרן

כתוצאה מכך, תעלות נתרן המוטמעות בקרום נפתחות ומאפשרות לנתרן להיכנס לנוירון באופן מאסיבי. אלה מונעים על ידי כוחות דיפוזיה ולחץ אלקטרוסטטי.

מכיוון שיוני הנתרן טעונים באופן חיובי, הם גורמים לשינוי מהיר בפוטנציאל הממברנה.

פתיחת ערוץ אשלגן

לקרום האקסון תעלות נתרן וגם אשלגן. עם זאת, האחרונים נפתחים מאוחר יותר, מכיוון שהם פחות רגישים. כלומר, הם זקוקים לרמה גבוהה יותר של קיטוב כדי להיפתח וזו הסיבה שהם נפתחים אחר כך.

סגירת תעלות נתרן

מגיעה תקופה בה פוטנציאל הפעולה מגיע לערכו המקסימאלי. מתקופה זו ואילך, תעלות הנתרן חסומות וסגורות.

הם כבר לא יכולים להיפתח עד שהקרום יגיע שוב לפוטנציאל המנוחה שלו. כתוצאה מכך, לא עוד נתרן יכול להיכנס לנוירון.

סגירת תעלת אשלגן

עם זאת, תעלות האשלגן נשארות פתוחות. זה מאפשר ליוני אשלגן לזרום בתא.

בשל דיפוזיה ולחץ אלקטרוסטטי, כאשר פנים האקסון נטען באופן חיובי, יוני האשלגן נדחפים אל מחוץ לתא. לפיכך, פוטנציאל הממברנה משחזר את ערכו הרגיל. לאט לאט תעלות האשלגן נסגרות.

יציאה זו של הקטיונים גורמת לפוטנציאל הממברנה לשחזר את ערכו הרגיל. כאשר זה קורה, תעלות האשלגן מתחילות להיסגר שוב.

ברגע שפוטנציאל הממברנה מגיע לערכו הרגיל, תעלות האשלגן נסגרות לחלוטין. מעט מאוחר יותר, תעלות הנתרן מופעלות מחדש כהכנה לפולריזציה נוספת לפתיחתן.

לבסוף, מעבירי הנתרן אשלגן מפרישים את הנתרן שנכנס ושחזר את האשלגן שנותר קודם.

כיצד מופץ מידע דרך האקסון?

חלקים של נוירון. מקור: לא סופק מחבר קריא במכונה. NickGorton ~ commonswiki הניח (מבוסס על טענות בזכויות יוצרים)

האקסון מורכב מחלק מהנוירון, הרחבה דמוית כבל של הנוירון. הם יכולים להיות ארוכים מכדי לאפשר לנוירונים המרוחקים זה מזה פיזית להתחבר ולשלוח מידע זה לזה.

פוטנציאל הפעולה מתפשט לאורך האקסון ומגיע לכפתורי המסוף כדי לשלוח הודעות לתא הבא. אם היינו מודדים את עוצמת פוטנציאל הפעולה באזורים שונים באקסון, היינו מגלים שעוצמתו נשארת זהה בכל האזורים.

חוק הכל או לא כלום

זה קורה מכיוון שהולכה אקסונאלית הולכת אחר חוק יסודי: החוק של הכל או כלום. כלומר, פוטנציאל פעולה ניתן או לא. ברגע שהוא מתחיל, הוא עובר דרך האקסון כולו עד סופו, תמיד שומר על אותו גודל, הוא לא גדל ולא יורד. יתר על כן, אם אקסון מסתעף, פוטנציאל הפעולה מתחלק, אך הוא שומר על גודלו.

פוטנציאל פעולה מתחיל בסוף האקסון המחובר לסומה של הנוירון. הם בדרך כלל נוסעים לכיוון אחד בלבד.

פוטנציאלי פעולה והתנהגות

אתה תוהה בנקודה זו: אם פוטנציאל הפעולה הוא תהליך של הכל או כלום, כיצד מתרחשות התנהגויות מסוימות כמו התכווצות שרירים שיכולות להשתנות בין רמות עוצמה שונות? זה קורה על פי חוק התדירות.

חוק התדרים

מה שקורה הוא שפוטנציאל פעולה יחיד אינו מספק מידע ישירות. במקום זאת, המידע נקבע על פי תדירות הפריקה או קצב הירי של אקסון. כלומר, התדירות בה מתרחשים פוטנציאל פעולה. זה מכונה "חוק התדר".

לפיכך, תדירות גבוהה של פוטנציאל פעולה תוביל להתכווצות שרירים אינטנסיבית מאוד.

כך גם בתפיסה. לדוגמה, גירוי חזותי מאוד בהיר, שיש ללכוד אותו, חייב לייצר "קצב ירי" גבוה באקסונים המחוברים לעיניים. באופן זה, תדירות פוטנציאל הפעולה משקפת את עוצמת הגירוי הגופני.

לכן, החוק של הכל או כלום משלים את חוק התדירות.

צורות אחרות של חילופי מידע

פוטנציאל הפעולה אינו המחלקות היחידות של אותות חשמליים המתרחשים בנוירונים. לדוגמה, משלוח מידע על פני סינפסה נותן דחף חשמלי קטן בקרום העצב שמקבל את הנתונים.

סכמת סינפסה. מקור: תומס ספלטסטוסטר (www.scistyle.com)

לפעמים דפולריזציה קלה שחלשה מכדי לייצר פוטנציאל פעולה יכולה לשנות מעט את פוטנציאל הממברנה.

עם זאת, שינוי זה פוחת בהדרגה כאשר הוא עובר דרך האקסון. בהעברת מידע מסוג זה, לא נתרן ולא תעלות האשלגן נפתחים או נסגרים.

לפיכך האקסון פועל כמו כבל צוללת. כאשר האות מועבר דרכו, משרעתו פוחתת. זה נקרא הולכה כלפי מטה, והוא מתרחש עקב מאפייני האקסון.

פוטנציאל פעולה ומיאלין

האקסונים של כמעט כל היונקים מכוסים במיאלין. כלומר, יש להם קטעים מוקפים בחומר המאפשר הולכה עצבית, מה שהופך אותו למהיר יותר. סלילי המיאלין סביב האקסון מבלי לתת לנוזל החוץ תאי להגיע אליו.

המיאלין מיוצר במערכת העצבים המרכזית על ידי תאים הנקראים אוליגודנדרוציטים. בעוד שבמערכת העצבים ההיקפית היא מיוצרת על ידי תאי שוואן.

קטעי המיאלין, המכונים נדן מיאלין, מחולקים זה מזה על ידי אזורים חשופים של האקסון. לאזורים אלה קוראים הגושים של רנווייר והם במגע עם הנוזל החוץ תאי.

פוטנציאל הפעולה מועבר בצורה אחרת באקסון לא ממואן (שאינו מכוסה במיאלין) מאשר באלקט מיאלין.

פוטנציאל הפעולה יכול לנוע בממברנה האקסונאלית המכוסה במיאלין עקב תכונות החוט. האקסון בדרך זו מוליך את השינוי החשמלי מהמקום בו מתרחש פוטנציאל הפעולה לצומת הבא של רנווייר.

שינוי זה מתרוקן מעט, אך הוא חזק דיו בכדי לגרום לפוטנציאל פעולה בצומת הבא. לאחר מכן הפוטנציאל הזה מופעל או חוזר על עצמו בכל צומת של Ranvier, ומעביר את עצמו בכל אזור מיאלין לצומת הבא.

סוג זה של הולכה של פוטנציאל פעולה נקרא הולכה מליחה. שמו מקורו בסרט "saltare" הלטיני, שפירושו "לרקוד". הרעיון נובע מכך שנדמה שהדחף קופץ מצומת לצומת.

יתרונות של הולכה מליחה להעברת פוטנציאל פעולה

לנהיגה מסוג זה יש יתרונותיה. קודם כל, לחסוך באנרגיה. מובילי נתרן-אשלגן מוציאים אנרגיה רבה במשיכת עודף נתרן מתוך האקסון במהלך פוטנציאל פעולה.

הובילי נתרן אשלגן אלה ממוקמים באזורים באקסון שאינם מכוסים על ידי מיאלין. עם זאת, באקסון מיאלין, נתרן יכול להיכנס רק לצמתים של Ranvier. בגלל זה, הרבה פחות נתרן נכנס, ובגלל זה יש לשאוב פחות נתרן, כך שמובילי הנתרן אשלגן צריכים לעבוד פחות.

יתרון נוסף של המיאלין הוא המהירות. פוטנציאל פעולה מתנהל מהר יותר באקסון מיאלי, מכיוון שהדחף "קופץ" מצומת אחד למשנהו, מבלי שיצטרך לעבור דרך האקסון כולו.

עלייה זו במהירות גורמת לבעלי חיים לחשוב ולהגיב מהר יותר. לישויות חיות אחרות, כמו דיונון, יש אקסונים ללא מיאלין שמגיעים למהירות בגלל עלייה בגודלם. אקסונים של דיונון קוטר גדול (כ -500 מיקרומטר), המאפשר להם לנסוע מהר יותר (כ -35 מטר לשנייה).

עם זאת, באותה מהירות פוטנציאל הפעולה נעה באקסונים של חתולים, אם כי אלה בקוטר של 6 מיקרומטר בלבד. מה שקורה הוא שהאקסונים האלה אכן מכילים מיאלין.

אקסון מיאלין יכול לנהל פוטנציאל פעולה במהירות של כ -432 קמ"ש, בקוטר של 20 מיקרומטר.

הפניות

1. פוטנציאל פעולה. (sf). הוחזר ב- 5 במרץ 2017 מהיפרפיסיסיקה, אוניברסיטת מדינת ג'ורג'יה: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. קרלסון, NR (2006). פיזיולוגיה של התנהגות מהדורה 8 במדריד: פירסון.
3. צ'ודלר, א '(נ'). אורות, מצלמה, פוטנציאל פעולה. הוחזר ב- 5 במרץ 2017 מאוניברסיטת וושינגטון: faculte.washington.edu.
4. שלבי פוטנציאל הפעולה. (sf). הוחזר ב -5 במרץ 2017 מ- Boundless: boundless.com.