معلومة

بأي معدل تتسرب الأيونات من جزء غشاء بلازما لا يحتوي على قنوات أيونية؟

بأي معدل تتسرب الأيونات من جزء غشاء بلازما لا يحتوي على قنوات أيونية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

عند القراءة عن الغرض من المايلين أثناء التكاثر المحتمل للعمل ، صادفت نقطة ارتباك.

بناءً على ما أفهمه ، فإن إحدى "الفوائد" الأساسية للميالين هي أنه يساعد في زيادة المقاومة العرضية لمحور عصبي ... والتي ، من الناحية البيولوجية ، تعادل القول بأنها تقلل إلى أدنى حد من مدى تحرك الأيونات خارج السيتوبلازم أو داخله من المحور.

ومع ذلك ، أشعر كما لو أنني تعلمت دائمًا أن "غشاء البلازما غير منفذ للجسيمات المشحونة" ، وبالتالي أشعر بالحيرة فيما يتعلق بما فائدة إضافية يتم منحه على المحور العصبي بواسطة المايلين.

خذ بالحسبان الحالتين التاليتين:

الحالة أ) يبدأ جهد الفعل في الجزء الأولي للمحور. الجزء التالي هو النخاع. تشق إمكانات الفعل ، من خلال الانتشار السلبي ، طريقها إلى أسفل القسم النخاعي حتى تصل إلى العقدة الأولى من رانفير ، حيث يتم إعادة توليد جهد الفعل لاحقًا.

الحالة ب) يبدأ جهد الفعل في الجزء الأولي للمحور. المقطع التالي هو غير مملوء ولكنه لا يحتوي على قنوات أيونية (أو مضخات). تشق إمكانات الفعل ، من خلال الانتشار السلبي ، طريقها إلى أسفل هذا القسم غير المخترق الذي لا يحتوي على قنوات أيونية (نفس المسافة كما في الحالة أ) حتى تصل إلى مجموعة كثيفة من قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربي.

في الحالة ب ، هل سيتم تجديد إمكانات الفعل؟ أم أن حدث الانتشار السلبي عانى من الكثير من "التسرب"؟ إذا كان الأمر كذلك ، فهل صحيح أن:

(غشاء البلازما + المايلين) المقاومة المستعرضة >> (غشاء البلازما) المقاومة العرضية وحدها


سأقوم في الغالب بتخطي عنوان سؤالك والتركيز على الارتباك في الجسم ، لأن السؤال الموجود في العنوان يمثل مشكلة XY قليلاً. ليس من المنطقي البيولوجي التفكير في غشاء مقاوم حقًا (أي ، لست على دراية بأي مثال من الخلايا العصبية ، أو حتى أي خلية أخرى ، لها تلك الخاصية).


إذا لم تكن هناك قنوات من أي نوع حقًا ، فيمكنك بالفعل اعتبار المقاومة عالية جدًا ، على الأقل عالية بقدر ما يمكن للمرء قياسه في مشبك التصحيح. بالإضافة إلى ذلك ، ما يهم ليس المقاومة نفسها ولكن نسبة المستعرض إلى المقاومة المحورية ؛ بالنسبة للمقاومة المحورية ، فإن المقاومة العرضية عالية جدًا بالفعل.

مما أفهمه ، فإن إحدى "الفوائد" الأساسية للميالين هي أنه يساعد في زيادة المقاومة العرضية لمحور عصبي

فهمك ليس صحيحًا تمامًا. لا تتعلق الفائدة العازلة من المايلين (تجاهل الفوائد التنظيمية الأخرى) فقط بالمقاومة العرضية ، ولكن الأهم من ذلك انخفاض السعة من الغشاء (انظر Moore et al 1978 أو Richardson et al 2000 للحصول على بعض الأمثلة على المحاكاة ؛ وأيضًا أي كتاب مدرسي في علم الأعصاب سوف يشرح ذلك). يمكنك اختبار ذلك بنفسك في بيئة محاكاة مثل NEURON.

يقلل الميالين من السعة عن طريق زيادة المسافة بين "ألواح" مكثف الغشاء بشكل فعال (انظر هذه الإجابة).

من أجل شحن طول طويل من الغشاء بقنوات في مقاطع قصيرة فقط ، ستحتاج إلى شحنات كافية لتدخل في هذا الجزء القصير لشحن كامل طول المحور العصبي ، وستتحلل الإمكانات مع المسافة.

يؤثر الميالين أيضًا على المقاومة ، ولكن هذا مهم في الغالب لأن الغشاء لا يتكون فقط من طبقة ثنائية الفوسفوليبيد وهناك تسرب غير صفري. على سبيل المثال ، هناك قنوات تحت طبقة ثنائية الدهون تؤسس إمكانية الراحة (Chiu & Ritchie ، 1984).


تشيو ، إس واي ، وريتشي ، جي إم (1984). حول الدور الفسيولوجي لقنوات البوتاسيوم الداخلية وأمن التوصيل في الألياف العصبية النخاعية. وقائع الجمعية الملكية في لندن. السلسلة B. العلوم البيولوجية ، 220 (1221) ، 415-422.

مور ، جيه دبليو ، جوينر ، آر دبليو ، بريل ، إم إتش ، واكسمان ، إس دي ، ونجار جوا ، إم (1978). محاكاة التوصيل في ألياف النخاع المنتظمة. الحساسية النسبية للتغيرات في البارامترات العقدية والداخلية. مجلة بيوفيزيائية، 21 (2) ، 147-160.

ريتشاردسون ، إيه جي ، ماكنتاير ، سي سي ، آند جريل ، دبليو إم (2000). نمذجة تأثيرات المجالات الكهربائية على الألياف العصبية: تأثير غمد الميالين. الهندسة الطبية والبيولوجية والحوسبة ، 38 (4) ، 438-446.


الفيزيولوجيا الكهربية الأساسية للقلب هي الأساس لفهم وظيفة القلب الطبيعية من حيث معدل وإيقاع وبدء تقلص عضلة القلب. الأداة السريرية الأساسية لتقييم الأحداث الكهربائية للقلب هي مخطط كهربية القلب (ECG) ، والذي يوفر معلومات عالمية وإقليمية عن المعدل والإيقاع والتوصيل الكهربائي بالإضافة إلى التغيرات في النشاط الكهربائي المرتبط بأمراض القلب ، وخاصة مرض القلب الإقفاري. تمت كتابة مراجعة التدريس هذه على مستوى مناسب لطلاب الطب في السنتين الأولى والثانية. تشمل المفاهيم المحددة التي تمت مناقشتها إمكانات توازن الأيونات ، والقوى الكهروكيميائية التي تحرك حركات الأيونات عبر الأغشية ، ودور القنوات الأيونية في تحديد إمكانات الغشاء في الراحة وإمكانات الفعل ، وتوصيل إمكانات العمل داخل القلب. يتم بعد ذلك وصف الأساس الكهربية لتخطيط القلب ، متبوعًا بمناقشة حول كيفية تغيير نقص التروية في الفيزيولوجيا الكهربية الخلوية وتسجيلات مخطط كهربية القلب ، مع التركيز بشكل خاص على التغيرات في موجات T وشرائح ST من مخطط كهربية القلب.

تمت كتابة محتوى مراجعة التدريس هذه على مستوى مناسب لطلاب الطب في السنتين الأولى والثانية الذين يتعلمون الفيزيولوجيا الكهربية للقلب في القلوب الطبيعية والإقفارية. يفحص القسم الأول الأساس الأيوني لإمكانات الغشاء المستريح وإمكانات عمل القلب ، مع التركيز على الخلايا غير الناظمة. تمت مناقشة المفاهيم الأساسية مثل إمكانات توازن الأيونات ، والقوى الكهروكيميائية التي تدفع حركات الأيونات عبر الأغشية ، ودور القنوات الأيونية في تحديد إمكانات الغشاء. بعد ذلك ، تم تطوير الأساس الكهربية لتسجيلات مخطط كهربية القلب (ECG) ، مع التركيز على استخدام تسجيلات ECG المكونة من 12 رصاصًا لعرض القلب من وجهات نظر تشريحية مختلفة. يناقش القسم الأخير كيف يغير نقص تروية عضلة القلب الفيزيولوجيا الكهربية الخلوية ، وتوصيل إمكانات العمل داخل القلب ، وكيف تؤثر هذه التغييرات على مخطط كهربية القلب أثناء الأحداث الإقفارية. تساعد هذه المراجعة في ربط المفاهيم المهمة التي غالبًا ما يتم التعامل معها بشكل منفصل في كتب علم وظائف الأعضاء الأساسية وطب القلب الإكلينيكي ، بهدف تعزيز فهم القارئ للأساس الفسيولوجي لتأثيرات نقص التروية على النشاط الكهربائي للقلب وتخطيط القلب.

الفيزيولوجيا الكهربية الخلوية للقلب الطبيعي.

جميع الخلايا الحية ، بسبب توزيع الأيونات عبر غشاء الخلية ، لها إمكانات غشاء راكن تكون سالبة داخل الخلية بالنسبة إلى خارج الخلية. أهم الأيونات التي تساهم في إمكانات الغشاء هي Na + و K + و Ca ++ و Cl - (الجدول 1). في الخلية النموذجية ، يكون تركيز K + أعلى داخل الخلية منه في الخارج. في المقابل ، تحتوي Na + و Ca ++ و Cl - على تركيزات أعلى في الخارج من داخل الخلية.

الجدول 1. الأيونات الأولية المشاركة في الفيزيولوجيا الكهربية للقلب (11)

يؤدي تركيز K + المرتفع داخل الخلية بالنسبة إلى الخارج (150 مقابل 4 مم) إلى إنشاء تدرج تركيز (كيميائي) للانتشار الخارجي لـ K +. نظرًا لأن الغشاء قابل للاختراق لـ K + ، فإن الانتشار الخارجي للبوتاسيوم موجب الشحنة يخلق جهدًا كهربائيًا سلبيًا داخل الخلية بالنسبة إلى الخارج. يعتمد معدل الانتشار الخارجي K + جزئيًا على فرق تركيز K + عبر الغشاء. إذا زاد تركيز K + خارج الخلية (على سبيل المثال ، من 4 إلى 20 مم) ، فسيتم تقليل التدرج الكيميائي الذي يقود الانتشار الخارجي لـ K +. سيؤدي ذلك إلى تقليل حركة (تقاس كتيار كهربائي) من K + خارج الخلية وإمكانات غشاء أقل سلبية (أي يصبح الغشاء غير مستقطب) مقارنةً عندما يكون تركيز K الخارجي طبيعيًا.

يمكن وصف تأثيرات التغيرات في تدرج تركيز الأيونات على إمكانات الغشاء بواسطة معادلة نرنست (2 ، 11 ، 19) ، التي تحسب إمكانات التوازن لأيون. جهد التوازن هو الجهد المطلوب للحفاظ على تدرج كيميائي أيون معين عبر الغشاء. في معادلة نرنست (الشكل 1) ، ر = ثابت الغاز العام ، T = درجة الحرارة (K) ، ض = لا. من رسوم الأيونات (على سبيل المثال ، ض = 1 لـ K + و Na + ض = 2 لـ Ca ++) و F = ثابت فاراداي. في درجة حرارة الجسم الطبيعية و ض = 1, رتي /ض يصبح −61 عندما يتغير اللوغاريثم الطبيعي (ln) إلى السجل10. إذا كان التركيز الداخلي للبوتاسيوم [K +]أنا 150 مم والتركيز الخارجي [K +]ا هو 4 مم ، ثم E المحسوبك هو −96 مللي فولت (E.ك = −61 سجل [K +]أنا/ [K +]ا). هذا يعني أنه عندما تكون إمكانات الغشاء 96 mV لا توجد حركة صافية لـ K + عبر الغشاء ، لأن K + في توازن كهروكيميائي عبر الغشاء. إذا كان [K +]ا يتم زيادته إلى 20 ملم ، ثم E الجديدك هو −53 mV. بعبارة أخرى ، مع انخفاض التدرج الكيميائي ، فإن الحرف Eك ينخفض ​​أيضًا (أقل سلبية أو مزيلة للاستقطاب) مقارنة بـ 4 ملي مولار [K +]ا. لذلك ، الزيادات في [K +]ا يمكن أن تؤثر بشكل كبير على E.ك وكما تم وصفه لاحقًا ، إمكانات غشاء الراحة. ترد إمكانات التوازن المحسوبة لـ Na + و Ca ++ و Cl - في الجدول 1. لاحظ أن Na + و Ca ++ لهما إمكانات توازن موجبة للغاية ، بينما Cl - لديه إمكانات توازن (−90 مللي فولت) بالقرب من إمكانات غشاء الراحة (يستريح E.م).

رسم بياني 1.حساب إمكانات توازن البوتاسيوم (E.ك) باستخدام معادلة نرنست. ر، ثابت غاز عالمي T ، درجة الحرارة (K) ض، لا. من شحنات الأيونات Fثابت فاراداي [K]ا، خارج (خارج الخلية) تركيز K + [K]أنا، داخل (داخل الخلايا) تركيز K +. في درجة حرارة الجسم الطبيعية و ض = 1, رتي /ض يصبح −61 عندما يتغير اللوغاريثم الطبيعي (ln) إلى السجل10.

بشكل عام ، فإن إمكانات الغشاء ليست هي نفسها احتمالية التوازن لـ K +. في الخلايا العضلية غير الناظمة للقلب ، فإن الراحة E.م حوالي −90 mV ، وهي أقل سالبة من احتمالية التوازن لـ K + (−96 mV). لذلك ، في ظل ظروف الراحة ، لا يكون K + في توازن كهروكيميائي. في ظل هذه الحالة ، فإن القوة الكهروكيميائية الصافية (9 ، 11) التي تعمل على K + هي الراحة Eم - إيك، أو 90 مللي فولت ناقص 96 مللي فولت ، وهو ما يساوي +6 مللي فولت (الجدول 1). هذه هي القوة التي تدفع K + خارج الخلية عند الراحة Eم. إذا تم إزالة استقطاب الخلية إلى 0 mV ، فإن القوة الكهروكيميائية الصافية التي تعمل على K + (Eم - إيك) يساوي 0 مللي فولت ناقص 96 مللي فولت ، وهو ما يساوي +96 مللي فولت. لذلك ، عندما يكون غشاء الخلية غير مستقطب ، فإن القوة الكهروكيميائية الصافية التي تعمل على K + لإخراجها من الخلية تزداد بشكل كبير مقارنة عندما تكون الخلية في راحة Eم. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه حتى عند الراحة E.م، عندما تكون القوة الكهروكيميائية الصافية صغيرة ، فإنها لا تزال كافية لطرد K + خارج الخلية.

يقودنا هذا إلى مفهوم آخر مهم لفهم حركة الأيونات عبر الأغشية ، وهو نفاذية الغشاء للأيون. على سبيل المثال ، عند قوة كهروكيميائية صافية معينة ، سيتم تقليل معدل الحركة الخارجية لـ K + إذا تم تقليل نفاذية الغشاء إلى K +. يتحرك K + ، مثل كل من الأيونات الأولية الأخرى ، عبر غشاء الخلية عبر قنوات أيونية معينة يمكن أن تفتح وتغلق استجابةً للتغيرات في إمكانات الغشاء (قنوات تعمل بالجهد) أو روابط ربط بالمستقبلات المرتبطة بالقناة (مستقبلات- القنوات المشغلة) (9 ، 11). يقلل تقليل عدد قنوات K + المفتوحة في الغشاء من معدل الحركة الخارجية لـ K + عند صافي قوة كهروكيميائية معينة (أي يقلل K + التيار الكهربائي الخارج) ، مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب. في خلايا القلب المريحة ، تكون نفاذية K + عالية جدًا مقارنةً عندما يكون الغشاء منزوع الاستقطاب (11 ، 19). القوة الكهروكيميائية الصافية المنخفضة نسبيًا التي تعمل على K + عند الراحة Eم (حوالي +6 مللي فولت) يقابلها نفاذية غشاء عالية جدًا لـ K + (19) ، والتي تنتج حركة خارجية كبيرة لـ K + (17) وتحافظ على الراحة Eم بالقرب من شارع E.ك. وبسبب هذا ، فإن K + هو الأيون الأكثر مسؤولية عن الراحة Eم.

حتى هذه النقطة ، ركزت المناقشة بشكل أساسي على K +. ولكن مثل K + ، كل من الأيونات الأولية الأخرى (Na + و Ca ++ و Cl -) لها إمكانات توازن مرتبطة وقوة كهروكيميائية صافية تعتمد على إمكانات الغشاء (انظر الجدول 1). لذلك ، يمكن أن تؤثر التغييرات في تدرج التركيز لهذه الأيونات ونفاذية الغشاء لهذه الأيونات على حركة هذه الأيونات عبر الغشاء وبالتالي تساهم في إمكانات الغشاء. على الرغم من وجود قوى كهروكيميائية كبيرة تعمل على Na + و Ca ++ عند الراحة Eم، نفاذية غشاء الراحة منخفضة جدًا لهذه الأيونات ، وبالتالي فإن حركتها في الخلية أقل بكثير من الحركة الخارجية لـ K + (11 ، 19). وبالتالي ، فإن Na + و Ca ++ يساهمان قليلاً جدًا في الراحة Eم مقارنة بـ K +.

تم وصف التفاعل بين القوى الكهروكيميائية ونفاذية الغشاء بواسطة معادلة Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) (11 ، 19) ، حيث Eم يتم تحديدها من خلال مجموع نواتج الموصلية النسبية وإمكانات التوازن للأيونات الرئيسية (الشكل 2). التوصيل الأيوني هو مصطلح كهربائي يعكس نفاذية الغشاء إلى أيون (على سبيل المثال ، زيادة نفاذية الغشاء إلى K + بفتح قنوات K + تزيد من التوصيل K +). نسبة gنا أكثر من زتي يمثل تصرف Na + (gنا) بالنسبة لتوصيل الغشاء الكلي لجميع الأيونات (gتي). في السطر الثاني من المعادلة (انظر الشكل 2) ، يتم الإشارة إلى الموصلية النسبية بواسطة g ′. تؤخذ قيمة التوازن المحتملة (E) لكل من الأيونات في السطر الثالث من المعادلة من الجدول 1. في الخلايا المريحة ، g ′ك مرتفع جدًا ، بينما g ′ناز ′كاليفورنياو ز ′Cl منخفضة نسبيًا. لذلك ، فإن الراحة المحسوبة والملحوظة Eم (−90 مللي فولت) قريب من E.ك (−96 مللي فولت). إذا ظلت g ′ لكل أيون دون تغيير ، فإن الزيادة [K +]ا سيزيل استقطاب E المستريحم لأن المحسوب E.ك يصبح أقل سلبية. كما هو موضح لاحقًا ، فإن التغييرات في g ′ لهذه الأيونات تمثل إلى حد كبير التغييرات في Eم المرتبطة بإمكانيات العمل.

الصورة 2.معادلة جولدمان-هودجكين-كاتز. هم، الغشاء المحتمل ز ، الموصلية الأيونية ز ′ ، الموصلية الأيونية النسبيةX، إمكانية التوازن من أجل التحديد x.

يستريح Eم يتم تحديده إلى حد كبير عن طريق التيارات الخارجية K بسبب النفاذية العالية لغشاء الراحة إلى K +.

إذا لم تتغير الموصلية الأيونية ، فإن زيادة التركيز خارج الخلية لـ K + يؤدي إلى إزالة الاستقطاب من الغشاء.

في خلية القلب المريحة ، تتحرك K + للخارج وينتقل Na + و Ca ++ إلى الخلية ، وإن كان ذلك بمعدلات مختلفة. ومع ذلك ، بمرور الوقت ، سيؤدي تسرب الأيونات هذا إلى فقدان تدرجات التركيز الكيميائي لهذه الأيونات وإلغاء إمكانات الغشاء. لذلك ، هناك حاجة إلى آليات للحفاظ على تدرجات تركيز الأيونات عبر الغشاء. يتم تحقيق ذلك عن طريق النقل والتبادل الأيوني. يصف الشكل 3 ثلاث آليات مهمة مرتبطة بغشاء الخلية القلبية (غمد الليف العضلي) التي تضمن الحفاظ على تدرجات تركيز الأيونات. أولاً ، تنقل Na + / K + -ATPase بفعالية ثلاثة أيونات Na + خارج الخلية في مقابل اثنين من أيونات K + التي يتم نقلها إلى الخلية (8 ، 11). هذا يضمن إمكانية إزالة Na + التي تدخل الخلية ، ويمكن نقل K + المفقود من الخلية مرة أخرى إلى الخلية. نظرًا لضخ المزيد من Na + خارج الخلية أكثر من K + عند إعادة دخول الخلية (نسبة 3: 2) ، فإن هذه المضخة المعتمدة على ATP تولد جهدًا سلبيًا صغيرًا صافًا داخل الخلية ، لذلك يُقال أن هذه المضخة كهربية. يزيل نظام النقل الثاني Ca ++ التي تدخل الخلية مقابل Na + التي تدخل الخلية (4 ، 6 ، 11). هذه مضخة صرف غير معتمدة على الطاقة. يتم تبادل دخول Na + في الخلية عبر هذا الموقع لـ Ca ++ الذي يتم نقله خارج الخلية. نسبة التبادل Na + إلى Ca ++ هي 3: 1 لذلك ، تولد هذه المضخة تيارات كهربائية صغيرة. على الرغم من أن هذا المبادل يمكن أن يعمل في أي من الاتجاهين اعتمادًا على نسبة Na + إلى Ca ++ وإمكانات الغشاء ، إلا أنه في خلايا الراحة يؤدي عمومًا إلى دخول شحنات موجبة صافية (Na +) إلى الخلية (4). أخيرًا ، يمكن أيضًا إزالة Ca ++ التي تدخل الخلية بواسطة مضخة Ca ++ ATPase (11 ، 15). تنبثق هذه المضخة المعتمدة على الطاقة Ca ++ من الخلية ، وبالتالي فهي أيضًا كهربية ، وتنتج جهدًا سلبيًا صافياً صغيراً داخل الخلية.

تين. 3.مضخات أيون لصيانة تدرجات Na + و K + و Ca ++ عبر غشاء الخلية. تحرك قاعدة Na + / K + -ATPase 3 Na + للخارج مقابل 2 K + أيونات (نسبة 3: 2 من Na + إلى K +). يعمل مبادل Na + / Ca 2+ بشكل عام للإزالة من الخلية 1 Ca ++ مقابل 3 Na + التي تدخل الخلية. ينقل Ca ++ -ATPase 1 Ca ++ خارج الخلية مع عدم التبادل مع الأيونات الأخرى. مستخدمة بإذن من Klabunde RE (http://www.cvphysiology.com ، 2016).

إمكانات العمل وتوصيلها داخل القلب.

يمكن تصنيف الخواص الكهربائية لخلايا القلب إلى نوعين أساسيين من الخلايا: خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب وخلايا غير منظمة. توجد خلايا منظم ضربات القلب بشكل أساسي في العقد الجيبية الأذينية (SA) والأذينية البطينية (AV) للقلب. تقع العقدة الجيبية الأذينية في الجدار الخلفي العلوي للأذين الأيمن بالقرب من مدخل الوريد الأجوف العلوي ، وعادة ما تعمل كموقع تنظيم ضربات القلب الأساسي لدفع معدل وإيقاع القلب. عادةً ما يتم قمع خلايا منظم ضربات القلب العقدي الأذيني البطيني الموجودة في المنطقة السفلية / الخلفية من الحاجز بين الأذينين بالمعدل الأكثر سرعة لعقدة SA.

تخضع خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب لعملية إزالة الاستقطاب العفوي (إمكانات جهاز تنظيم ضربات القلب) ، وبالتالي ، ليس لديها إمكانات حقيقية لغشاء الراحة (11). عندما يصل الاستقطاب التلقائي إلى جهد عتبة (حوالي 40 مللي فولت) ، فإنه يؤدي إلى إزالة استقطاب أكثر سرعة وكاملة تليها عودة الاستقطاب (أي يتم إنشاء جهد فعل).تختلف التغيرات المميزة للجهد في إمكانات عمل جهاز تنظيم ضربات القلب بعدة طرق عن إمكانات العمل غير الناظمة ، بسبب الخصائص الفريدة للقنوات الأيونية في خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب.

تشمل الخلايا القلبية غير الناظمة ، والتي هي محور هذه المراجعة التعليمية ، خلايا عضلة القلب الأذينية والبطينية ونظام التوصيل Purkinje داخل البطينين (11). لديهم إمكانات راحة حقيقية (عادة بين -90 و -80 مللي فولت) ، ويخضعون لإزالة الاستقطاب بسرعة كبيرة عند بدء العمل المحتمل ، ولديهم مرحلة مطولة من الاستقطاب (مرحلة الهضبة) (الشكل 4). يمكن أن تتراوح مدة إمكانات العمل هذه من 200 إلى 400 مللي ثانية ، وهو أكثر من 10 مرات أطول من إمكانات العمل الموجودة في الخلايا العضلية العصبية والهيكلية.

الشكل 4.توليد جهد العمل القلبي غير الناظم بواسطة التيارات الأيونية (أنا). الأرقام 0-4 تمثل المراحل المحتملة للعمل. تمثل الأشرطة الأفقية الرمادية الفترة الزمنية لتدفق التيار عبر قنوات محددة Na + و Ca ++ و K +. تتسبب تيارات Na + و Ca ++ الداخلية في إزالة الاستقطاب ، بينما تتسبب تيارات K الخارجية في عودة الاستقطاب. مستخدمة بإذن من Klabunde RE (http://www.cvphysiology.com 2016).

يستريح Eم، كما تمت مناقشته بالفعل ، يتم إنشاؤه بشكل أساسي بواسطة التيارات الخارجية K + (Iك 1) لأن نفاذية الغشاء لـ Na + و Ca ++ منخفضة جدًا في خلية الراحة ، بينما K + نفاذية عالية. في خلايا الراحة ، هذه الحركة الخارجية لـ K + ، والتي يشار إليها أحيانًا باسم "تيارات تسرب K +" ، تتضمن K1 القنوات المفتوحة عند استراحة إمكانات الغشاء (9 ، 17). يقود هذا التيار الخارجي إمكانات الغشاء إلى قيمة قريبة من احتمال التوازن لـ K +. يشار إلى إمكانات الراحة على أنها المرحلة 4 من جهد الفعل (انظر الشكل 4). عندما يتم إزالة استقطاب الخلية بسرعة إلى جهد عتبة (حوالي 70 مللي فولت) بواسطة جهد فعل تولده خلية مجاورة ، يستجيب الغشاء عن طريق فتح قنوات Na سريعة وقنوات L-type Ca ++ بطيئة وإغلاق قنوات K + ( 9 ، 14). وفقًا لمعادلة GHK (انظر الشكل 2) ، فإن هذه التغييرات في التوصيل الناتجة عن فتح وإغلاق القناة تزيل استقطاب إمكانات الغشاء تجاه إمكانات التوازن الإيجابية لـ Na + و Ca ++ ، وبعيدًا عن إمكانات التوازن K. يشار إلى هذا الاستقطاب السريع بالمرحلة 0 من جهد الفعل. تخضع الخلية بعد ذلك لعملية إعادة استقطاب صغيرة (المرحلة 1) لأن قنوات Na سريعة قريبة وقناة K + محددة (Kإلى) يفتح (9 ، 14 ، 17). ومع ذلك ، فإن الحركة الداخلية المستمرة لـ Ca ++ عبر قنوات Ca ++ من النوع L تحافظ على حالة الاستقطاب (المرحلة 2 هضبة) بعد المرحلة الأولى. عندما تبدأ قنوات Ca ++ هذه في الإغلاق ، يتم فتح نوع آخر من قنوات K (Kص) (9 ، 14 ، 17). يؤدي تقليل تيارات Ca ++ الداخلية والزيادة في التيارات الخارجية K إلى عودة الاستقطاب (المرحلة 3) والعودة إلى المرحلة 4 من إمكانات الراحة التي يتم الحفاظ عليها من خلال فتح K1 القنوات. من المهم ملاحظة أن الأيونات تتحرك داخل الخلية وخارجها أثناء جهد فعل ، ولكن فقط عدد قليل من الأيونات بالنسبة للتجمعات الداخلية والخارجية للأيونات تشارك في كل جهد فعل. لذلك ، لا تتغير تدرجات تركيز الأيونات عبر الغشاء بشكل ملحوظ أثناء إمكانات العمل. علاوة على ذلك ، تضمن المضخات والمبادلات (انظر الشكل 3) الحفاظ على تدرجات تركيز الأيونات.

يتم إنشاء إمكانات العمل من خلال التغييرات في التوصيل الأيوني عن طريق فتح وإغلاق القنوات الأيونية.

تعتبر الحركة الداخلية السريعة لـ Na مسؤولة إلى حد كبير عن نزع الاستقطاب الأولي السريع.

يؤدي تأخير الحركة الداخلية لـ Ca ++ في الخلية إلى إطالة مرحلة إزالة الاستقطاب لإمكانات العمل.

الحركة الخارجية لـ K + هي المسؤولة عن إعادة استقطاب الغشاء إلى الوضع E الساكنم.

كما تم وصفه بالفعل ، فإن العقدة الجيبية الأذينية هي موقع منظم ضربات القلب الطبيعي. عندما يتم إنشاء إمكانات العمل العقدي SA ، فإنها تنتشر بسرعة عبر الجدران العضلية للغرف الأذينية عن طريق التوصيل من خلية إلى خلية عبر تقاطعات فجوة توصيل أيون والتي توجد حيث يتم ربط خليتين معًا (9 ، 16). عادةً ما تكون العقدة الأذينية البطينية هي المنطقة الوحيدة بين الأذينين والبطينين التي يمكن من خلالها أن تمر جهود الفعل من الأذينين إلى البطينين (الشكل 5). ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه نظرًا لأن الخلايا العقدية الأذينية البطينية هي خلايا من نوع منظم ضربات القلب ، فإن لديها معدل بطيء من إزالة الاستقطاب (انخفاض انحدار المرحلة 0) ، مما يقلل من سرعة التوصيل من خلية إلى أخرى (11). لذلك ، هناك تأخير في توصيل إمكانات العمل من خلال العقدة الأذينية البطينية ، مما يسمح بملء أكثر اكتمالاً للبطينين بعد الانقباض الأذيني. أسفل الخلايا العقدية الأذينية البطينية مباشرة توجد الحزمة القصيرة من His التي تنقسم إلى فرعي الحزمة اليمنى واليسرى من نظام Purkinje التي تنتقل إلى أسفل الجانبين الأيسر والأيمن من الحاجز بين البطينين. تنتج فروع الحزمة ألياف بركنجي أصغر ، مما يسهل التوصيل السريع لإمكانات العمل عبر الجدران العضلية للبطينين. يكون التوصيل سريعًا جدًا في الخلايا العضلية المتخصصة غير التعاقدية في نظام Purkinje نظرًا لامتلاكها عددًا كبيرًا من قنوات Na + السريعة ، خاصة عند تقاطعات الفجوة (16) ، وبالتالي فإنها تخضع لمرحلة سريعة جدًا لإزالة الاستقطاب 0. تنتهي ألياف بركنجي داخل البطينين عند خلايا عضلة القلب التي تخضع للتقلص استجابةً لإزالة الاستقطاب.

الشكل 5.موقع منظم ضربات القلب وإجراء المسارات داخل القلب. SAN ، العقدة الجيبية الأذينية AVN ، العقدة الأذينية البطينية LBB ، فرع الحزمة الأيسر RBB ، فرع الحزمة الأيمن. التسلسل الطبيعي للتنشيط هو SAN → AVN → LBB و RBB → ألياف Purkinje → عضلة القلب.

مخطط القلب الطبيعي للقلب.

يحدث التنشيط الكهربائي للقلب عندما تنتشر إمكانات الفعل في جميع أنحاء الأذينين من العقدة الجيبية الأذينية ، ثم يتم توجيهها إلى البطينين عن طريق العقدة الأذينية البطينية ، ثم يتم توزيعها أخيرًا في جميع أنحاء البطينين بواسطة نظام Purkinje. يمكن ملاحظة إزالة الاستقطاب وإعادة الاستقطاب في عضلة القلب وتحديد مقدارها عن طريق وضع أقطاب كهربائية على سطح الجسم لقياس النشاط الكهربائي داخل القلب. يُطلق على تسجيل هذا النشاط اسم مخطط كهربية القلب (ECG). يسجل مخطط كهربية القلب التغيرات في الجهد ، وليس الجهد المطلق. لذلك ، عندما يكون القلب مستقطبًا تمامًا أو منزوع الاستقطاب ، يسجل مخطط كهربية القلب جهدًا صفريًا (خط الأساس الكهربي المتساوي).

تم وضع معايير لتسجيل مخطط كهربية القلب عن طريق وضع أقطاب كهربائية في مواقع محددة على سطح الجسم (7 ، 11). يتم تكوين هذه الأقطاب الكهربائية كهربائيًا بحيث يمكن عرض النشاط الكهربائي للقلب من زوايا مختلفة ، مما ينتج عنه ما يسمى بتخطيط القلب المكون من 12 رصاصًا. من الناحية العملية ، يتم تسجيل هذه الخيوط الـ 12 في وقت واحد بحيث يمكن عرض نفس الحدث الكهربائي في الوقت المناسب عند 12 زاوية مختلفة. تشتمل ستة من هذه الخيوط على أقطاب كهربائية موضوعة على الذراعين الأيمن والأيسر والساقين اليمنى واليسرى. تعرض هذه الخيوط القلب من الزوايا التالية: 0 درجة (الرصاص الأول ، الذراع اليمنى واليسرى) ، + 60 درجة (الرصاص الثاني ، الذراع اليمنى والساق اليسرى) ، + 120 درجة (الرصاص الثالث ، الذراع اليسرى والساق اليسرى) ، −30 درجة (يؤدي aVإل، الذراع الأيسر موجب) ، −150 درجة (يؤدي aVر، الذراع اليمنى موجبة) ، و + 90 درجة (يؤدي aVF، الساق اليسرى موجبة) (الشكل 6). حسب الاصطلاح ، 0 ° هو الخط الأفقي بين الذراعين الأيمن والأيسر الذي يمر عبر القلب. تمثل رؤوس الأسهم في الشكل 6 القطب الموجب لمحور قيادة معين. يؤدي المعزز (aVإل، aVرو aVF) لا تحتوي على قطب كهربي واحد سالب مثل الخيوط الأول والثاني والثالث. بدلاً من ذلك ، يتم ربط الخيوط غير الموجبة كهربائيًا لتكون بمثابة قطب كهربائي سالب مركب ، مما يغير زاوية رؤية القطب الموجب الموضوع على الطرف. لذلك ، يظهر نفس النشاط الكهربائي في القلب بشكل مختلف في كل من أطراف الأطراف الستة ، على الرغم من أن توقيت الأحداث التي تمثل تسلسل التنشيط وإعادة الاستقطاب متماثل (انظر الشكل 6).

الشكل 6.أطراف الأطراف ، وزاوية رؤيتها ممثلة بالنظام المرجعي المحوري ، وظهور تسجيل تخطيط القلب الطبيعي لكل من الخيوط بافتراض وجود محور كهربائي متوسط ​​60 درجة. تمثل رؤوس الأسهم أقطاب التسجيل الإيجابية لأسلاك الأطراف ثنائية القطب الثلاثة (الأول والثاني والثالث) والأسلاك الثلاثة للأطراف المدمجة (aVإل، aVFو aVر). تظهر أشكال موجة ECG ، ولكن ليس التوقيت ، بشكل مختلف مع وجهات نظر الرصاص المختلفة للقلب عند تسجيلها في وقت واحد. مستخدمة بإذن من Klabunde RE (http://www.cvphysiology.com ، 2016).

ترى الأطراف الستة المتبقية لتخطيط القلب القلب من المستوى الأمامي المتعامد مع أطراف الأطراف (الشكل 7). يشار إلى هذه الخيوط على أنها خيوط سابقة (أو صدر) ويتم اختصارها كـ V.1 - الخامس6. الخامس1 يتم وضع قطب كهربائي على الصدر على يمين القص فوق الفراغ الوربي الرابع ، ويتم وضع الخيوط المتبقية حول الصدر على يسار V1مع V.6 وضعت بشكل جانبي عند خط منتصف الإبط فوق الحيز الوربي الخامس. مثل أطراف الأطراف ، تظهر أشكال موجة ECG مختلفة في كل مقدمة مسبقة لأن الأحداث الكهربائية للقلب يتم عرضها بزاوية مختلفة.

الشكل 7.وضع الرصاص في الصدر وظهور تسجيل تخطيط القلب الطبيعي لكل من الأطراف الستة للصدر (V.1-الخامس6). تظهر أشكال موجة تخطيط القلب ، ولكن ليس التوقيت ، مختلفة مع مناظر مختلفة للقلب عند تسجيلها في وقت واحد. RV ، البطين الأيمن LV ، البطين الأيسر. مستخدمة بإذن من Klabunde RE (http://www.cvphysiology.com ، 2016).

توجد قواعد تفسير (11) للأطراف والصدر ويمكن تلخيصها كالتالي:

تعرض موجة إزالة الاستقطاب التي تنتقل نحو قطب تسجيل موجب جهدًا كهربائيًا موجبًا على تتبع مخطط كهربية القلب.

تعرض موجة إعادة الاستقطاب التي تتحرك بعيدًا عن قطب التسجيل الموجب جهدًا إيجابيًا لتخطيط القلب.

يكون الجهد سالبًا إذا كانت موجة إزالة الاستقطاب تتحرك بعيدًا عن مسرى التسجيل الموجب أو إذا كانت موجة إعادة الاستقطاب تتحرك باتجاه القطب.

لا تظهر موجات إزالة الاستقطاب أو إعادة الاستقطاب التي تنتقل بشكل عمودي على المحور الرئيسي لقطب تسجيل موجب أي جهد صافٍ.

يرتبط حجم الجهد المسجل بكتلة العضلات التي تخضع لعملية إزالة الاستقطاب أو عودة الاستقطاب.

هناك مكونات محددة لتتبع مخطط كهربية القلب وهي مشتركة بين جميع الخيوط (الشكل 8). على الرغم من أن أشكال الموجات المكونة قد تظهر مختلفة في الشكل في خيوط مختلفة ، إلا أن سماتها الزمنية متشابهة. أول انحراف صغير عن جهد خط الأساس الصفري هو الموجة P ، والتي تمثل إزالة الاستقطاب الأذيني. هذه الموجة لها انحراف إيجابي في معظم الخيوط ولكن سعة أصغر من الموجات الأخرى لأن كتلة العضلات الأذينية صغيرة مقارنة بالبطينين. الموجة التالية ، وهي الأكبر بشكل عام في سعة الجهد ، هي مجمع QRS ، والذي يمثل إزالة الاستقطاب البطيني. أخيرًا ، الموجة الأخيرة هي الموجة T ، والتي يتم إنشاؤها بواسطة إعادة الاستقطاب البطيني. لا يتم ملاحظة عودة الاستقطاب الأذيني لأنه محجوب بتغيرات الجهد الأكبر بكثير في QRS. لاحظ أن هناك تأخيرًا زمنيًا كبيرًا بعد الموجة P قبل ظهور QRS. يمثل هذا إلى حد كبير تأخير التوصيل الذي يحدث داخل العقدة الأذينية البطينية. الفترة الزمنية التي تشمل إزالة الاستقطاب الأذيني وتأخر العقدة الأذينية البطينية تسمى الفاصل الزمني P-R. يوجد أيضًا مقطع جهد صفري (متساوي الكهربي) بين موجة QRS و T ، والتي تمثل الفترة الزمنية التي يكون فيها البطين بأكمله في حالة الاستقطاب. يكون التتبع أيضًا كهربيًا متساويًا بين الموجة T وظهور الموجة P التالية لأن القلب بأكمله قد استقطب خلال هذه الفترة.

الشكل 8.موجات وفترات وشرائح مكون تخطيط القلب. موجة P ، P تمثل إزالة الاستقطاب الأذيني QRS ، مجمع QRS الذي يمثل إزالة الاستقطاب البطيني T ، موجة T تمثل عودة الاستقطاب البطيني. يمثل المقطع ST الفترة الزمنية التي يكون فيها البطينان غير مستقطبين تمامًا. الفاصل الزمني للعلاقات العامة هو الوقت المطلوب لإزالة الاستقطاب الأذيني وتأخير الإرسال داخل العقدة الأذينية البطينية. يمثل الفاصل الزمني QT الوقت الإجمالي المطلوب لبدء وإنهاء إزالة الاستقطاب البطيني وإعادة الاستقطاب. مستخدمة بإذن من Klabunde RE (http://www.cvphysiology.com ، 2016).

النواقل الكهربائية وتوليد تخطيط القلب.

يبدأ نزع الاستقطاب البطيني عندما تنتشر جهود الفعل أسفل فرعي الحزم الأيمن والأيسر على جانبي الحاجز البطيني. يتم إزالة الاستقطاب من الجانب الأيسر من الحاجز أولاً ، وبالتالي ينتشر استقطاب الحاجز من الجانب الأيسر إلى الأيمن من الحاجز (الشكل 9).أ). عندما يتم تسجيل هذا النشاط بواسطة الرصاص II ، قد يُظهر إزالة الاستقطاب الحاجز انحرافًا سلبيًا صغيرًا (موجة Q) أو لا يوجد انحراف واضح لأن إزالة الاستقطاب تتحرك عموديًا تقريبًا على محور الرصاص (يتم تمثيله على شكل متجه كهربائي متوسط ​​لحظي الشكل .9 ، سهم أسود). قيادة جانبية أكثر مثل aVإل سيُظهر موجة Q أكثر بروزًا لأن ناقل الاستقطاب يتحرك بعيدًا عن القطب الموجب للتيار المترددإل. بعد إزالة الاستقطاب الحاجز ، ينتشر نزع الاستقطاب إلى قمة القلب (الشكل 9ب). في هذا الوقت ، يتجه المتجه الكهربائي اللحظي بشكل مباشر تقريبًا نحو إلكترود التسجيل الإيجابي ، مما ينتج عنه جهد موجب كبير (ر wave) يتم تسجيلها بواسطة الرصاص II. إذا تم تسجيل هذا بواسطة aVر، سيكون انحراف QRS سالبًا في هذا الوقت. بعد ذلك بوقت قصير ، عندما يبتلع نزع الاستقطاب القمة ، تتحرك موجات إزالة الاستقطاب إلى جدران البطينين الأيمن والأيسر (الشكل 9)ج). في الرصاص II ، سيتم تسجيل هذا كجهد إيجابي صغير. بعد عدة مللي ثانية ، تم نزع الاستقطاب عن معظم البطين الأيسر وكل البطين الأيمن (الشكل 9).د). في هذا الوقت ، قد يسجل القطب جهدًا سلبيًا صغيرًا (موجة S) لأن موجة إزالة الاستقطاب تتحرك بعيدًا عن القطب الموجب الثاني. ينتج عن هذا التسلسل لإزالة الاستقطاب البطيني مركب QRS كما هو مسجل بواسطة الرصاص II. سيسجل كل من الـ 11 خيوطًا الأخرى نفس التسلسل ، ومع ذلك ، سيظهر QRS مختلفًا لأن كل من هؤلاء الخيوط ينظرون إلى القلب من زاوية مختلفة (انظر الشكلين 6 و 7). عادةً ما يحدث التسلسل الكامل لاستقطاب البطين الذي يمثله QRS في 0.06-10.10 ثانية.

الشكل 9.توليد مجمع QRS البطيني أثناء إزالة الاستقطاب البطيني. تم تكوين قطب التسجيل على أنه الرصاص II. تمثل الأسهم الصغيرة المتجهات الفردية الفورية ، وتمثل الأسهم الأكبر المتجهات الكهربائية اللحظية ، والتي تحدد جهد ECG المسجل نقطة زمنية معينة أثناء إزالة الاستقطاب. أ: إزالة الاستقطاب الحاجز. ب: نزع الاستقطاب قمي. ج: إزالة استقطاب البطين الأيمن والأيسر في وقت واحد. د: الانتهاء من إزالة الاستقطاب من البطين الأيسر. محور الرصاص لتتبع QRS هو 60 درجة (الرصاص II). مقتبس ومستخدم بإذن من Klabunde RE (http://www.cvphysiology.com ، 2016).

يختلف تسلسل عودة الاستقطاب البطيني بشكل ملحوظ عن نزع الاستقطاب ، وهو ما يفسر سبب اختلاف مظهر الموجة T عن QRS. بناءً على قواعد تفسير مخطط كهربية القلب ، قد يعتقد المرء أن الموجة T يجب أن تكون سالبة لأن الخلايا الأولى لإزالة الاستقطاب يجب أن تكون أول من يعاد الاستقطاب ، مما يؤدي إلى موجة من إعادة الاستقطاب تنتقل نحو نفس القطب الذي سجل QRS. ومع ذلك ، فإن الموجة T عادة ما تكون منتصبة في معظم الخيوط ولها مدة أطول من QRS. لماذا هذا هو الحال؟ والسبب هو أن آخر الخلايا التي أزال الاستقطاب هي الخلايا الأولى التي عاودت الاستقطاب (الشكل 10). توجد آخر خلايا إزالة الاستقطاب في المنطقة تحت القلبية (تحت السطح الخارجي) للجدار العلوي الأيسر الخالي من البطين. تتم إعادة الاستقطاب للخلايا تحت القلبية أولاً لأن لها فترات عمل محتملة أقصر من الخلايا تحت الشغاف (3 ، 14) (المنطقة الداخلية للبطين) ، وبالتالي ، فإنها تخضع لإعادة الاستقطاب قبل الخلايا تحت الشغاف على الرغم من إزالة الاستقطاب لتلك الخلايا قبل الخلايا تحت القلبية (انظر الشكل 10). ). لذلك ، على الرغم من أن قطب التسجيل العلوي من شأنه أن يسجل QRS موجبًا ، فإن موجة إعادة الاستقطاب تنتقل عادةً بعيدًا عن مسرى التسجيل ، ووفقًا لقواعد التفسير ، فإن هذا يسبب انحرافًا إيجابيًا. الموجة T أطول في مدة من QRS لأنها تستغرق وقتًا أطول لاستقطاب البطينين أكثر من إزالة الاستقطاب. والسبب في ذلك هو أن إزالة الاستقطاب تنطوي على نظام Purkinje عالي السرعة لإجراء إمكانات فعلية بسرعة في جميع أنحاء البطينين ، في حين أن انتشار عودة الاستقطاب لا يشمل هذه المسارات ، وبالتالي ، فهو يقتصر في المقام الأول على التوصيل البطيء من خلية إلى خلية بالخارج. من نظام بركنجي.

الشكل 10.تسجيل ECG لعودة الاستقطاب البطيني (الموجة T). ينتشر استقطاب جدار البطين من الخلايا تحت الشغاف (الجدار الداخلي) إلى الخلايا تحت القلبية (الجدار الخارجي) ، كما هو موضح بالسهم الصلب. في معظم الخيوط ، تكون الموجة T في وضع مستقيم (جهد موجب) لأن الخلايا تحت القلبية (Epi) بالقرب من سطح البطين ، وهي آخر الخلايا التي يزيل الاستقطاب ، هي أول من يعاد الاستقطاب. يحدث هذا لأن المدد المحتملة للعمل تحت النخاع تكون أقصر من الخلايا تحت الشغاف (Endo) (قارن إمكانات العمل الصلبة والمتقطعة). لذلك ، تنتقل موجة عودة الاستقطاب بعيدًا عن مسرى التسجيل العلوي (تمثل الأسهم المتقطعة نواقل عودة الاستقطاب) ، وهو عكس موجة إزالة الاستقطاب (السهم الصلب). مستخدمة بإذن من Klabunde RE (http://www.cvphysiology.com ، 2016).

يمكن العثور على المعايير السريرية المحددة المستخدمة لتحديد المعدل والإيقاع والمحور الكهربائي والتغيرات في فترات زمنية محددة وما إلى ذلك في كتب طب القلب السريرية (7).

يسجل مخطط كهربية القلب التغيرات الكهربائية المرتبطة بزوال الاستقطاب (الموجة الأذينية P ، QRS البطيني) وإعادة استقطاب البطينين (الموجة T) وتوقيت تلك الأحداث.

باستخدام تكوين مكون من 12 سلكًا ، يمكن رؤية النشاط الكهربائي للقلب من زوايا مختلفة.

يختلف مظهر معقد QRS بين الخيوط من حيث الانحرافات الإيجابية والسلبية ولكن ليس التوقيت لأن كل قائد ينظر إلى النشاط الكهربائي للقلب من منظور مختلف ، والذي يمكن أن يوفر معلومات سريرية مهمة فيما يتعلق بالنشاط الكهربائي الإقليمي.

عادة ما تكون الموجة T موجبة في معظم الخيوط لأن الخلايا الأخيرة التي يزيل الاستقطاب هي أول من يعاد الاستقطاب.

أساس الفيزيولوجيا الكهربية الخلوية لتغيرات تخطيط القلب أثناء نقص التروية.

يُعرَّف نقص التروية بأنه عدم كفاية تدفق الدم ، مما يقلل من توصيل الأكسجين إلى الأنسجة.يؤدي هذا إلى انخفاض الضغط الجزئي للأكسجين في الأنسجة (نقص الأكسجة) ، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض مستويات ATP داخل الخلايا لأن الأكسجين مطلوب بواسطة الميتوكوندريا لإنتاج ATP (5). يمكن أن يؤثر انخفاض ATP الخلوي على نوع خاص من قنوات K + (K.ATP) يتم تعطيله بواسطة مستويات ATP الخلوية العادية (9 ، 18). عندما يسقط ATP ، KATP القنوات مفتوحة والسماح لـ K + بمغادرة الخلية. على الرغم من أن الزيادة في حركة K + الخارجية ستؤدي إلى فرط استقطاب الخلية ، فإن الخلية تنتهي في حالة أكثر استقطابًا لأن تركيز K خارج الخلية يزداد مع انخفاض K داخل الخلايا. وفقًا لمعادلات Nernst و GHK ، فإن هذا يقلل من Eك، مما يؤدي إلى جهد غشاء مستريح أقل سلبية (منزوع الاستقطاب) (الشكل 11). علاوة على ذلك ، قد يؤدي فقدان ATP إلى تقليل نشاط مضخة Na + / K + -ATPase ، مما يؤدي إلى التراكم خارج الخلية لـ K + وفقدان المساهمة الكهربية للمضخة في إمكانات الغشاء (12). لذلك ، قد يساهم تثبيط المضخة أيضًا في إزالة الاستقطاب.

الشكل 11.آثار نقص التروية على جهود العمل البطيني. جهد الفعل الإقفاري (التتبع المتقطع) له قدرة أقل سلبية (مستقطبة) للراحة ، وأبطأ في المرحلة 0 ، ومدة مخفضة.

يؤدي نزع الاستقطاب الناجم عن نقص التروية أيضًا إلى تعطيل (إغلاق) قنوات الصوديوم السريعة المسؤولة عن إزالة الاستقطاب السريع للمرحلة 0 (5 ، 18). هذا يختلف من الاستقطاب السريع إلى العتبة ، والتي تفتح قنوات Na + السريعة التي تعمل بالجهد. يؤدي الاستقطاب البطيء الذي يحدث استجابةً لنقص التروية إلى تعطيل هذه القنوات ، مما يقلل من عدد قنوات الصوديوم السريعة المتاحة للتوليد المحتمل للعمل السريع. نظرًا لأن كل قناة Na لها استجابة مختلفة قليلاً لإزالة الاستقطاب المتدرج ، فإن عدد القنوات المعطلة يزداد مع إزالة الاستقطاب الإقفاري الأكثر حدة. مع مساهمة عدد أقل من قنوات الصوديوم في إزالة الاستقطاب الأولي ، ينخفض ​​ميل المرحلة 0 (سرعة الضربة الصاعدة) (5) (انظر الشكل 11). يتسبب غشاء الراحة المحتمل الذي يبلغ حوالي 55 مللي فولت في تعطيل جميع قنوات الصوديوم السريعة. قد لا تزال هناك إمكانية فعلية تحدث في ظل هذه الحالة ، ومع ذلك ، فإن الداخل البطيء Ca ++ عبر قنوات L-type Ca ++ سيكون مسؤولاً عن المرحلة 0 ، وسيكون معدل إزالة الاستقطاب أبطأ بكثير. أخيرًا ، يؤدي إزالة الاستقطاب الإقفاري أيضًا إلى تقصير مدة العمل المحتملة ، والتي قد تكون مرتبطة بفتح KATP القنوات (1 ، 5 ، 18) ، مما يؤدي إلى مرحلة مبكرة من عودة الاستقطاب.

في العضلة الأذينية ، يمكن أن يقلل نظام بركنجي وإزالة الاستقطاب الإقفاري للعضلة البطينية من سرعة التوصيل أو إنتاج كتل التوصيل لأن انتشار الفعل المحتمل في هذه الأنسجة يعتمد بشكل أساسي على فتح قنوات الصوديوم السريعة ، والتي يتم تثبيطها بسبب نقص التروية (5 ، 18). يمكن أن يؤدي إزالة الاستقطاب الإقفاري للعقدة الأذينية البطينية إلى خفض التوصيل والتسبب في حدوث كتل AV بشكل أساسي عن طريق تعطيل قنوات L-type Ca ++ (5) ، وهي المسؤولة عن إزالة الاستقطاب في المرحلة 0 في النسيج العقدي.

المفاهيم الأساسية: أسباب نقص تروية القلب

زيادة K خارج الخلية و E أقل سلبيةك

التعطيل السريع لقناة Na + في الخلايا غير الناظمة

منحدرات المرحلة 0 من ميل جهد الفعل

انخفاض سرعة التوصيل المحتملة للعمل.

يمكن أن يغير نقص التروية تخطيط القلب بعدة طرق مختلفة. قد تحدث تغييرات في المعدل والإيقاع ، جنبًا إلى جنب مع كتل التوصيل ، اعتمادًا على موقع المنطقة الإقفارية داخل القلب. على سبيل المثال ، يمكن أن تحدث كتل التوصيل في فرعي الحزمة اليمنى أو اليسرى (7) ، مما يغير تسلسل تنشيط البطين ويطيل أوقات تنشيط البطين ويزيد من مدة QRS. قد يؤدي التوصيل المتغير أيضًا إلى تطوير دوائر إعادة الدخول وعدم انتظام دقات القلب ، مما يزيد من عرض مجمع QRS ويغير مظهر الموجة T (7).

يمكن أن يغير نقص التروية البطينية عودة الاستقطاب وينتج انعكاس الموجة T. كما هو موضح سابقًا ، يقصر نقص التروية من مدة عمل الخلايا المحتملة ، مما يؤدي إلى حدوث عودة الاستقطاب في وقت أبكر من المعتاد. نظرًا لأن الخلايا تحت الشغاف تكون عمومًا أكثر عرضة للإصابة بنقص التروية (10) ، فعندما تصبح هذه الخلايا ناقصة التأكسج ، فإنها قد تستقطب قبل الخلايا تحت القلبية. عندما يحدث هذا ، تنتقل موجة عودة الاستقطاب من تحت الشغاف إلى السطح تحت القلبية للبطين. استنادًا إلى قواعد تفسير مخطط كهربية القلب ، يتسبب هذا في حدوث خلل سلبي في تسجيل الموجة T بواسطة قطب كهربي يغطي تلك المنطقة من البطين (الشكل 12). لا يشير ظهور انعكاس الموجة T بالضرورة إلى نقص تروية عضلة القلب ، ولكن غالبًا ما يتم ملاحظته سريريًا أثناء الأحداث الإقفارية.

الشكل 12.انعكاس الموجة T عن طريق نقص التروية تحت الشغاف. الخلايا تحت الشغاف الإقفارية (إمكانات العمل الصلب) لها إمكانات غشاء يستريح خالية من الاستقطاب ومدة عمل محتملة قصيرة (↓ APD) ، مما قد يتسبب في حدوث عودة الاستقطاب قبل عودة الاستقطاب للخلايا تحت القلبية (إمكانات العمل المتقطع). سيؤدي ذلك إلى انتقال موجة إعادة الاستقطاب (الأسهم المتقطعة) نحو القطب الكهربائي للتسجيل العلوي ، والذي يكون عمومًا نفس الاتجاه المتجه مثل إزالة الاستقطاب (السهم الصلب) مما يؤدي إلى انحراف سلبي للموجة T. مستخدمة بإذن من Klabunde RE (http://www.cvphysiology.com ، 2016).

على الرغم من أن إقفار عضلة القلب كثيرًا ما يسبب تغيرات مهمة سريريًا في المعدل أو الإيقاع أو التوصيل ، إلا أن هذه التغييرات لا تحدث دائمًا مع نقص التروية. ومع ذلك ، يمكن أن يوفر مخطط كهربية القلب دليلًا إضافيًا على نقص التروية من خلال فحص التغييرات في المقطع ST (7). هذا الجزء الواقع بين نهاية QRS وبداية الموجة T يكون عادةً متساوي الكهرباء (0 مللي فولت في تسجيل مخطط كهربية القلب) لأنه يمثل الفترة التي يتم فيها إزالة استقطاب جميع الخلايا العضلية البطينية. ومع ذلك ، يمكن أن يصبح الجزء ST مكتئبًا أو مرتفعًا في ظل ظروف نقص تروية الدم. على سبيل المثال ، يمكن تقييم الشخص الذي لديه تاريخ من عدم الراحة في الصدر ومرض الشريان التاجي المشتبه به عن طريق تخطيط كهربية القلب للضغط ، والذي يتم إجراؤه عادةً عن طريق جعل المريض يمشي على جهاز المشي في أعباء عمل مختلفة بينما يتم تسجيل مخطط كهربية القلب ذي 12 خطًا. إذا كان تدفق الدم التاجي غير كافٍ لدعم الطلب المتزايد على الأكسجين للقلب أثناء التمرين ، فإن الأنسجة ستصبح ناقصة التأكسج ، ويمكن أن يحدث اكتئاب في الجزء ST (الشكل 13) (13).

الشكل 13.انخفاض المقطع ST الناتج عن نقص تروية القلب تحت الشغاف البطيني. عادةً ما يكون الجزء ST متساويًا كهربائيًا (جهد صفري). مستخدمة بإذن من Klabunde RE (http://www.cvphysiology.com ، 2016).

هذا النوع من الإقفار الناجم عن الطلب يؤثر على تحت الشغاف أكثر من تحت القلبية (10). يؤدي نقص تروية القلب تحت الشغاف إلى إزالة الاستقطاب لتلك المنطقة من جدار البطين (الشكل 14). نظرًا لأن المناطق الأخرى قد تظل مروية بشكل كافٍ أثناء التمرين ، فهناك فرق في الجهد وتيارات إصابة انبساطية بين الأنسجة الطبيعية والنسيج الإقفاري. تيارات الإصابة "انبساطية" لأنها تكون أكثر وضوحًا عندما يتم استقطاب باقي البطين. سوف تسجل الأقطاب الكهربائية تيار الإصابة هذا كجهد موجب يحدث قبل QRS ويتبع الموجة T عندما يتم إعادة استقطاب البطينين بشكل طبيعي. عندما يصبح البطين أكثر استقطابًا بشكل موحد بعد QRS ، فإن القطب سوف يسجل مقطع ST عادي متساوي الكهربي. لذلك ، مع انخفاض مقطع ST ، ما يحدث بالفعل هو أن الجهد الأساسي (قبل QRS وبعد الموجة T) مرتفع بحيث يبدو أن مقطع ST متساوي الكهربي منخفض بالنسبة إلى خط الأساس.

الشكل 14.نموذج الاكتئاب المقطع ST المرتبط بنقص التروية تحت الشغاف. في حالة الراحة ، البطين المعاد الاستقطاب ، ينتج نقص تروية القلب تحت الشغاف منطقة إزالة الاستقطاب ، والتي يتم تسجيلها كجهد موجب لأن النواقل المتولدة عند الحدود بين الأنسجة غير المستقطبة والأنسجة المستقطبة (الأسهم الصلبة) موجهة نحو القطب التسجيل العلوي. يؤدي هذا إلى رفع الفولتية الأساسية التي لوحظت قبل مجمع QRS وبعد الموجة T. عندما يصبح البطين بأكمله مستقطبًا (يمثله مقطع ST) ، يتم تسجيل جهد صفري ، مما يعطي مظهر انخفاض مقطع ST بالنسبة إلى فترة عودة الاستقطاب البطيني. مستخدمة بإذن من Klabunde RE (http://www.cvphysiology.com ، 2016).

يُعد ارتفاع مقطع ST (الشكل 15) بشكل عام علامة على نقص تروية عضلة القلب الأكثر حدة ويحدث في معظم حالات احتشاء عضلة القلب الحاد التي تنتج عن الانسداد الكامل للشريان التاجي الناتج عن تمزق اللويحة المتصلبة في الشرايين مع تكوين الجلطة اللاحقة. إذا أكدت قياسات إنزيم القلب (على سبيل المثال ، تروبونين) الاحتشاء (الموت الخلوي) ، فإنه يُطلق عليه احتشاء عضلة القلب المرتفع ST (STEMI).

الشكل 15.ارتفاع الجزء ST الناتج عن نقص التروية البطينية. عادةً ما يكون الجزء ST متساويًا كهربائيًا (جهد صفري). مستخدمة بإذن من Klabunde RE (http://www.cvphysiology.com ، 2016).

لفهم سبب ارتفاع مقطع ST ، يمكن تطبيق تفكير مماثل لما تم وصفه للاكتئاب ST. في حالة ارتفاع ST ، عادة ما يكون هناك احتشاء بطيء يشمل سمك جدار منطقة البطين بالكامل (7). يصبح هذا النسيج الإقفاري غير مستقطب (الشكل 16) بسبب عدم قدرته على الحفاظ على التدرجات الأيونية الطبيعية عبر أغشية الخلايا. عندما يتم إعادة استقطاب عضلة القلب غير المتورطة (بين نهاية الموجة T وبداية QRS) ، توجد تيارات إصابة ناتجة عن فصل الأنسجة المصابة منزوعة الاستقطاب والأنسجة الطبيعية المستقطبة. يسجل قطب التسجيل الذي يغطي النسيج الإقفاري الفولتية السالبة لأن المتجه الكهربائي سيكون في اتجاه بعيدًا عن القطب. لذلك ، في الوقت الذي يجب فيه إعادة استقطاب البطين بأكمله وعندما يكون الجهد الأساسي لتخطيط القلب الكهربائي صفرًا ، يسجل القطب بدلاً من ذلك جهدًا سالبًا. عندما يتم إزالة استقطاب البطين بأكمله مع ظهور QRS ، فإن فرق الجهد بين الأنسجة الدماغية والأنسجة الطبيعية يختفي ويسجل القطب الكهربائي مقطع ST متساوي الكهربي. ومع ذلك ، سيظهر هذا الجزء مرتفعًا مقارنة بخط الأساس المنخفض. تحدث تغييرات أخرى في مخطط كهربية القلب (على سبيل المثال ، تكوين موجات Q بارزة) على مدار الساعات والأسابيع التي تلي الإصابة بمرض احتشاء عضلة القلب (7).

الشكل 16.نموذج لارتفاع مقطع ST المرتبط بنقص التروية عبر الجافية. في البطين المستقطب أثناء الراحة ، ينتج نقص التروية العابر منطقة من الاستقطاب ، والتي يتم تسجيلها كجهد سالب بواسطة القطب الكهربائي المغطي. يحدث هذا بسبب توجيه النواقل المتولدة على الحدود بين الأنسجة منزوعة الاستقطاب والأنسجة المعاد الاستقطاب (الأسهم الصلبة) بعيدًا عن مسرى التسجيل العلوي عندما يتم إعادة استقطاب الكل باستثناء الأنسجة الدماغية. هذا يقلل من الفولتية الأساسية التي لوحظت قبل مجمع QRS وبعد الموجة T. عندما يصبح البطين بأكمله مستقطبًا (مقطع ST) ، يتم تسجيل جهد صفري يعطي مظهر ارتفاع مقطع ST بالنسبة إلى فترة عودة الاستقطاب البطيني. مستخدمة بإذن من Klabunde RE (http://www.cvphysiology.com ، 2016).

المفاهيم الأساسية: يمكن أن ينتج نقص التروية البطينية

انخفاض أو ارتفاع مقطع ST.

ملخص.

تبني مراجعة التدريس هذه أساسًا لفهم الفيزيولوجيا الكهربية الخلوية في كل من عضلة القلب الطبيعية والإقفارية. إن إمكانات غشاء الراحة وإمكانات الفعل ، التي يتم تحديدها بواسطة التدرجات الكيميائية الأيونية والتغيرات في توصيل أيون الغشاء ، حساسة جدًا لنقص الأكسجة الناجم عن نقص التروية. يؤدي نقص التروية إلى إزالة الاستقطاب الخلوي عن طريق تغيير التدرجات الكيميائية الأيونية وتوصيل الغشاء إلى الأيونات. تعمل هذه التغييرات على تغيير عملية إزالة الاستقطاب وإعادة الاستقطاب المحتملة للعمل وتثبيط توصيلها داخل القلب ، مما يؤدي إلى تغيير شكل موجة مخطط كهربية القلب وفترات زمنية وشرائح. لذلك ، فإن التغييرات المميزة في مخطط كهربية القلب مفيدة في تشخيص نقص تروية عضلة القلب واحتشاءها.


المحاضرة 24: الجهاز العصبي 1

قم بتنزيل الفيديو من iTunes U أو Internet Archive.

المحاضرة 21: التطوير - 1

المحاضرة 22: التطوير - 2

المحاضرة 24: الجهاز العصبي 1

المحاضرة 25: الجهاز العصبي 2

المحاضرة 26: الجهاز العصبي 3

يتم توفير المحتوى التالي بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. سيساعد دعمك MIT OpenCourseWare على الاستمرار في تقديم موارد تعليمية عالية الجودة مجانًا. لتقديم تبرع أو عرض مواد إضافية من مئات دورات معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، قم بزيارة MIT OpenCourseWare على ocw.mit.edu.

هازيل سيف: حسنًا ، دعنا نلقي نظرة على بعض أسئلتك. حفنة منهم - أنت تعرف ماذا ، ربما سأستخدم تلك الشاشة معظم الوقت. لأن هذا ليس مناسبا. لكن دعونا نلقي نظرة على هذه الشاشة.

ركزت أسئلتك حقًا على خلايا IPS ونوع سحر خلايا IPS. وكان هناك زوجان من الأسئلة الرئيسية التي ظهرت. ما هي مشكلة استخدام خلايا IPS علاجيًا؟

حسنًا ، هناك رقم. أولاً ، إنها جديدة جدًا لدرجة أننا لا نعرف حقًا أنواع الخلايا التي يمكن لخلايا IPS هذه أن تصنعها ، لذلك ليس من الواضح كيفية استخدامها. مشكلة أخرى في الواقع ، والتي يعمل عليها زميلي ، البروفيسور يانيش ، هي مسألة كيفية زراعة هذه الخلايا بالفعل.

لدي مشكلة في الصوت هذا الصباح. لذلك أنت تعلم ، كلما كنت أكثر هدوءًا ، زادت قدرتك على سماع كلماتي.

تنمو خلايا IPS ، الخلايا البشرية ، ببطء شديد في المختبر. ومن الصعب جدًا زراعتها. إذاً ، هناك بعض الأسئلة الأساسية في علم الأحياء ، حول كيفية تنمية هذه الخلايا إلى أعداد كافية والتي ستكون مفيدة بالفعل.

ولكن هنا واحد آخر مهم للغاية. تضمنت عوامل النسخ التي نستخدمها لتحويل الخلايا البالغة إلى خلايا IPS مادة سرطانية تسمى c-Myc. و Myc هو نوع الجين الذي لا تريده أن يطفو حول جسمك بشكل لطيف ونشط في خلاياك ، لأنه سوف يصيبك بالسرطان.

لذا فإن التحدي يكمن في كيفية استخدام Myc وعوامل النسخ القوية الأخرى لتحويل الخلايا البالغة إلى خلايا جذعية ولكن لا تجعل الخلايا الجذعية تعطي المريض السرطان. وهناك بعض الطرق الذكية للغاية التي يحاول الناس من خلالها الالتفاف على هذا الأمر.

من المستحيل حقًا تعليمك ، إذا كانت هناك مجموعات منكم تتحدث. أنا فقط لا أستطيع أن أفعل ذلك. لذا من يتحدث منكم ، من فضلك لا تفعل. شكرا لك.

حسنًا ، ما هي المشكلة الكبيرة في خلايا IPS؟ حسنًا ، المهم أنها يمكن أن تكون خاصة بك. نظريًا - وربما من الناحية العملية ، عقدًا ، أو ربما خمس سنوات من الآن - يمكن إزالة خلايا بشرتك ، وخلايا بشرتك ، والتعامل معها في المختبر ، وتحويلها إلى خلايا جذعية خاصة بك ، وإعادتها مرة أخرى في جسدك ، وسيكونون لك.

لذلك بالطبع ، لن يتم رفضهم من قبلك. وهذه صفقة هائلة. يطلق عليهم الخلايا الذاتية. هناك مشكلة أخلاقية ، وهي أنك لست مضطرًا لحصاد أي أجنة للحصول على سلالات الخلايا الجذعية. وهذه مشكلة كبيرة.

وهذه صفقة مفاهيمية. عندما تحدثنا عن التطور ، تحدثنا عن هذا المسار الاتجاهي ، حيث تصبح الخلايا غير الملتزمة ملتزمة متمايزة. كان يعتقد حقًا أن هذا كان طريقًا في اتجاه واحد.

لكن ما أظهرته تقنية خلية IPS - لنلق نظرة على هذا - حسنًا ، يمكننا الحصول على الفكرة من إحدى هاتين الشاشتين. ما أظهرته تقنية خلية IPS هو أنه يمكنك عكس التمايز. يمكنك أن تأخذ خلايا بالغة متمايزة وباستخدام العوامل التنظيمية الصحيحة ، يمكنك تحويلها إلى خلايا جذعية. ومن الناحية المفاهيمية ، هذه مشكلة كبيرة. جيد جدا ، أسئلة رائعة.

ساعات مكتبي القادمة هي يوم الاثنين ، 12-1. تعال معي أو راسلني عبر البريد الإلكتروني. لكننا الآن سننتقل إلى وحدة جديدة ، وهي الجهاز العصبي. وهذا هو المكان الذي نحن فيه في الدورة.

لقد انتهيت من جميع المواد التأسيسية. لقد تحدثنا عن التشكيل. والآن سنتحدث عن الأنظمة والجهاز العصبي على وجه الخصوص.

لنبدأ بالسؤال عن ماهية النظام. البناء ، تعقيد ما نتحدث عنه في الحياة. يشير النظام إلى العديد من الأعضاء التي تعمل معًا بوظيفة واحدة مشتركة. تعمل العديد من الأجهزة مع وظيفة واحدة عامة.

وسوف تتحدث عن اثنين في الدورة. سوف تتحدث عن الجهاز العصبي والجهاز المناعي مع البروفيسور جاك. الجهاز العصبي ، وهو موضوع المحاضرات الثلاث القادمة ، له علاقة بالتواصل - له علاقة بالتواصل من الخارج إلى داخل جسم الحيوان ، وله علاقة بالتواصل داخل الجسم ، وعليه أن يفعل مع التواصل للحصول على الكائن الحي - الحيوان ، لأن النباتات ليس لديها جهاز عصبي - الحيوان ليفعل شيئًا ما. لذا فإن الجهاز العصبي يتعلق بالتواصل مع أو من أو داخل جسم حيوان.

لدينا عدد من المقارنات الكهربائية في الدورة. سوف تتذكر تشبيه الإشارات الشهير لتشغيل مفتاح الضوء هناك على الحائط. لكننا الآن ننتقل إلى تشبيه كهربائي آخر ، وهو في الواقع أكثر صحة.

وسأستخدم تشبيه الجهاز العصبي بالحديث عن الأسلاك التي تنقل الإشارة ، والتي من خلالها تتواصل الخلايا. سأتحدث عن الموصلات بين الأسلاك. وبعد ذلك سأتحدث عن الدوائر.

وستكون هذه موضوعات المحاضرات الثلاث القادمة. لذلك الأسلاك والموصلات والدوائر. وستكون تلك عبارة عن الجهاز العصبي من 1 إلى 3 ، المحاضرات في هذه الوحدة.

اليوم ، سنتحدث عن الأسلاك. وسيكون هناك ثلاثة مواضيع. الأول هو نوع الخلية الذي له علاقة بالأسلاك الخاصة بهذا الاتصال. والثاني هو شيء يسمى جهد الفعل ، وهو الإشارة التي تتواصل بها الخلايا داخل نفسها. والثالث يتعلق بالقنوات والمضخات الأيونية.

لكن لنبدأ بصياغة المشكلة بطريقة رائعة. إذا نظرت إلى الإنسان - فلنلق نظرة على هذه الشاشة. إذا نظرت إلى الإنسان ، ورسمت الأعصاب. وإذا ذهبت لرؤية المعروضات البشرية الحية الملدنة ، فستشاهد الأعصاب الملدنة.

إنهم حقًا غير عاديين. شبكة الأعصاب ، وهي وحدة الاتصال في جميع أنحاء الجسم. هائل. وهي تضم كل جزء من أجزاء الجسم تقريبًا.

الخلية التي تشارك في الاتصال - سنقوم برسم هذا في لحظة - هي الخلايا العصبية. وأحد الأشياء المتعلقة بالخلايا العصبية هو أن لديها عمليات طويلة جدًا ، تسمى المحاور العصبية ، والتي سنتعامل معها بعمق اليوم.

لكن دعنا نصيغ الأشياء بشكل حدسي أكثر. هذا ما تبدو عليه أدمغتنا. هم في الحقيقة ليس لديهم أعصاب تبتكرهم. وبالتالي ، إذا أجريت بالفعل عملية جراحية في الدماغ ، فيمكنك حقًا أن تكون مستيقظًا أثناء الجراحة. بسبب عدم وجود أعصاب داخل الدماغ ، أو على الأقل عدم وجود مستقبلات للألم داخل الدماغ. بالطبع ، الدماغ لديه أعصاب ، لكن لا توجد مستقبلات للألم في الدماغ.

العقل البشري. مليارات ومليارات وتريليونات من الخلايا العصبية. سنتحدث عن الأرقام في المحاضرات القادمة.لكن دعونا ننظر بعمق أكثر قليلاً في الدماغ ، حتى تتمكن من رؤية مدى امتلاءه بالخلايا العصبية وكيف أن الروابط بين الخلايا العصبية معقدة للغاية لدرجة أنك تفكر في كيفية استخدامك للدوائر لبناء الجهاز العصبي البشري - أو في الواقع ذلك من معظم الحيوانات - مشكلة هائلة.

البروفيسور سيباستيان سيونغ هنا - اسمه خارج الشاشة ، وأنا أعتذر له ، إنها شاشة العرض ، ستكون على نقاط القوة الخاصة بك عند تنزيلها من الويب - تعمل على مهمة تجميع كل اتصالات في الدماغ البشري. وبدءًا بمكعب صغير من الدماغ - هذا حوالي 100 ميكرون ، إنه ليس مكعبًا تمامًا ، لكنه حوالي 100 ميكرون مكعب - لقد عمل لمحاولة معرفة ماهية جميع اتصالات الخلايا وما هي كل الخلايا هي ، داخل هذا المكعب الصغير الصغير من الدماغ ، وهو مجرد جزء صغير جدًا من دماغك.

لذا انظر إلى هذا. هذا هو صورة مجهرية إلكترونية قام بوضع مجموعة من الميكروسكوبات الإلكترونية معًا لبناء هذا الهيكل ثلاثي الأبعاد. والآن يذهب طلابه وتلاميذ الأستاذ ليختمان في جامعة هارفارد ويضعون الخطوط العريضة لخلية معينة في أقسام متسلسلة ، من خلال هذا المكعب. هذه أقسام صغيرة جدًا. هذه حوالي خمسة أقسام نانومترية.

ثم وضعوا هذه الأقسام معًا. ويمكنك الحصول على البنية ثلاثية الأبعاد للخلايا العصبية ، أثناء مرورها بالمكعب. ويمكنك البدء في رسم خريطة لكيفية تواجد هذه الخلايا العصبية بجوار الخلايا العصبية الأخرى. حسنًا ، هناك يتجه للخلف.

وهناك خليتان ملقاة بجانب بعضهما البعض يمكنك الحصول عليهما في عرض ثلاثي الأبعاد ، مع هذه العملية المضنية للغاية أولاً ، الحصول على أجزاء من الدماغ ، وتجميعها جميعًا معًا في قطعة ، ثم تفكيك أشكال الخلايا الفردية داخل تلك القطعة . إذا فعلت ذلك لقطعة الأنسجة بأكملها ، فهذا ما تحصل عليه. هناك ذلك العصبون الأحمر والأخضر. هنا لون أزرق ، وهناك لون أصفر ، وجير ، وأرجواني ، وأحمر ، وأزرق داكن ، وأصفر ، وبرتقالي. إنه أمر شاق.

ها أنت ذا. في هذا الجزء الصغير جدًا من الدماغ ، هذا هو مدى تكدس الخلايا. والصلات بينهما هائلة. وهذا أقل من جزء من المليون من دماغك.

لذا فإن معرفة كل الوصلات ، كل الدوائر في الجهاز العصبي ، هي مهمة هائلة. ونحن لا نعرف ذلك. سنتحدث عما نعرفه لاحقًا. لكنني أردت أن أضع المشكلة في إطار من أجلك ، بحيث يكون لديك إحساس بالمكان الذي نحاول أن نذهب إليه.

دعنا نعود إلى الخلايا العصبية. ودعنا نتحدث عن نوع الخلية وكيف أن نوع الخلية مهم للتفكير في إرسال الإشارات في الجهاز العصبي. لذا ، مثل أي شيء آخر في الجسم ، يستخدم الاتصال الخلايا كعملة له. ونوع الخلية هو نوع خاص من أنواع الخلايا ، وهي الخلايا العصبية. لذا فإن الخلايا العصبية هي خلايا التوصيل / الأسلاك.

هناك نوع ثان من الخلايا في الجهاز العصبي وهو حقًا محوري لوظيفة الجهاز العصبي تسمى الخلايا الدبقية. وهذه هي الخلايا التي يشار إليها باسم الخلايا الداعمة. لكن هذا ليس عدلاً حقًا. إنها ترشد الخلايا العصبية ، وكما سنذكر لاحقًا ، فإنها تعزل الخلايا العصبية أيضًا ، بحيث لا تقصر الأسلاك الدائرة. لذا فهم يوجهون ويعزلون الخلايا العصبية.

إن بنية الخلية العصبية مهمة لفهم وظيفتها. مثل كل الخلايا ، لديها نواة وسيتوبلازم. وها هي النواة ، السيتوبلازم. وتسمى هذه المنطقة من الخلايا العصبية بجسم الخلية.

ولكن على عكس الخلايا الأخرى ، هناك عمليات تخرج من هذا الجسم الخلوي. وهي عمليات جوهرية للغاية. على جانب واحد من جسم الخلية عادة ما تكون عمليات قصيرة إلى حد ما. يمكن أن تكون متفرعة ، ويمكن أن يكون هناك مجموعات منها. وتسمى هذه التشعبات.

التشعبات هي عمليات تستقبل إشارة. لذلك هم المكان الذي توجد فيه إشارة - دعني أتخلص من هذا التغصن - هناك مدخل للإشارة. الإشارات التي تتلقاها التشعبات تتحرك عبر جسم الخلية إلى عملية أخرى تسمى المحور العصبي وهي طويلة جدًا.

وحقيقة أنها طويلة جدًا هي في الواقع ما تدور حوله هذه المحاضرة. لذا فإن المحور هو السلك. يمكن أن يصل طول المحاور إلى متر. هنا هو المحور.

وهناك محاور تبدأ في الحبل الشوكي وتتحرك على طول ساقك ، من خلية واحدة. سنتحدث عن سبب ذلك في غضون لحظة. تتفرع هذه المحاور في نهاياتها. ويتصلون بخلايا عصبية أخرى أو بشيء آخر ، لكننا سنرسم خلية عصبية أخرى.

هنا خلية عصبية أخرى بتغصناتها ومحور عصبي آخر. الاتصال - هنا هو العصبون 1 والخلايا العصبية 2. والاتصال بين المحاور والتشعبات - أو كما ستكتشف ، المحاور في جسم الخلية - يسمى المشبك. يقول بعض الناس أن المشبك - هذا هو الرابط - إما أنه جيد.

والشيء هو أن هذه المدخلات الموجودة على الجانب الأيسر من اللوحة تنتقل ، على طول المحور العصبي ، إلى الخلية العصبية التالية ، ثم على طول الخلية العصبية التالية. هذه هي الإشارة. وعلينا أن نفكر في سبب رغبة الخلايا في الحصول على هذه العمليات الطويلة جدًا للقيام بذلك ، ثم كيفية نقل الإشارة.

سبب حصول الخلايا على هذه العمليات الطويلة بدلاً من - حسنًا ، دعنا في الواقع نتراجع لحظة. دعونا نفكر في كيفية تواصل الخلايا مع بعضها البعض. يمكنك أن تتخيل مجموعة كاملة من الخلايا الصغيرة المستديرة ، كلها مصطفة ، بحيث يكون هناك متر منها ينتقل من الحبل الشوكي إلى ساقك. وهذا من شأنه أن يمنحك سلسلة من الاتصالات من الحبل الشوكي إلى ساقك. ويمكن أن تعيد واحدة إلى عقلك وما إلى ذلك.

وهذا من الناحية النظرية سيعمل بشكل جيد. لكن اتضح أن الاتصال بين الخلايا الخلوية بطيء جدًا ، وأن الخلايا اكتشفت طريقة لنقل إشارة على طولها تكون سريعة جدًا.

أنت تعلم أن هناك وقتًا محدودًا بين الحصول على الحافز والاستجابة. كما تعلم ، تلمس شيئًا ساخنًا ، يمكنك أن تقول أنه يستغرق لحظة قبل أن تكتشف أنه ساخن. هذه هي سرعة إرسال الإشارة إلى عقلك. وأنت تقول ، واو ، هذا ساخن ، حرك إصبعي.

إذا كان لديك خلايا كانت متصلة بدلاً من عمليات طويلة لخلية واحدة ، فسيستغرق الأمر وقتًا أطول بكثير لإجراء ذلك - ربما أكثر بعشر مرات - لإجراء هذا الاتصال. وستحصل على إصبع محترق بشدة.

لذا فإن المحور العصبي هو الشيء الذي يسمح بالانتقال السريع للإشارة. لذا فإن المحور العصبي طويل. يؤدي إلى إشارة داخل الخلايا. وهذا سريع جدًا بالنسبة للإشارة بين الخلايا.

لكن كيف ترسل إشارة على طول الخلية؟ حسنًا ، المحاور تفعل ذلك باستخدام حركة الأيونات. لذا فإن الإشارة على طول المحور العصبي ترجع إلى حركة الأيونات. وهذا ما يسمى إمكانية الفعل ، كما سنناقش.

وتعتمد هذه العملية على خاصية جميع الخلايا التي استفادت منها الخلايا العصبية. لذلك تقريبًا كل الخلايا لديها فرق جهد عبر غشاءها ، لأن هناك فرق شحنة عبر غشاء البلازما. لذلك تمتلك جميع الخلايا تقريبًا ما يسمى بجهد الغشاء ، وهو فرق جهد الغشاء.

وبشكل عام ، تكون الخلايا في الخارج أكثر إيجابية مما هي عليه في الداخل. إذاً خارج الخلية - وهذا يستحق أن تتذكره - يكون الأمر أكثر إيجابية. وهي أكثر إيجابية لأن هناك الكثير من أيون الصوديوم. سترى سبب أهمية ذلك. يوجد أيون بوتاسيوم منخفض ، وهناك بعض أيونات الكلوريد عالية. لكن الشيء المهم حقًا هو وجود تركيز عالٍ جدًا من الصوديوم خارج الخلية.

على العكس من ذلك ، من الواضح أن داخل الخلية أكثر سلبية. الصوديوم منخفض. البوتاسيوم أعلى ولكنه لا يزال غير مرتفع للغاية. وهناك مجموعة من الأيونات محاصرة نوعًا ما في الخلية.

لماذا هذا مهم؟ اسمحوا لي أن أرى ما لدي بعد ذلك هنا. حسنًا ، تُظهر معظم الخلايا فرقًا محتملًا. ها هو. هنا هو مكتوب فرق الجهد. تقع الخلايا العصبية في مكان ما بين 70 و 60 مللي فولت ، حيث تتحدث عن فرق الجهد النسبي من الداخل إلى الخارج ، وهذا هو سبب كونه سالبًا. ويمكنك أن ترى أن الخلايا السرطانية لديها بالفعل قدرة غشاء منخفضة للغاية ، والتي قد تكون أو لا تكون مهمة.

ما هي طبيعة الإشارة التي تستخدمها الخلايا العصبية للإرسال من المدخلات ، على طول المحور العصبي ، إلى الخلية التالية؟ على وجه الخصوص ، ما هي الإشارة التي يتم إرسالها على طول المحور العصبي؟ والجواب هو شيء يسمى جهد الفعل. إنها الإشارة المرسلة على طول المحور العصبي ، السلك الذي أشرت إليه.

واحتمالية وقوع حادث ، والتي سأختصرها باسم AP ، ستحدد - وستفهمون هذا بعد قليل - على أنها إزالة استقطاب عابرة. موضعي ، عابر - يدوم لحظة - إزالة الاستقطاب ، تغير في إمكانات الغشاء. وسأقوم بمعظم هذا على السبورة. لديك توزيع ورق ، لكنني سأفعل معظم هذا على السبورة لأنه يعمل بشكل أفضل كمحادثة أكثر من عرض توضيحي.

دعونا نرسم قليلا من محور عصبي. هنا هو المحور. غشاءان بلازما - خارجي ، داخلي ، خارجي. إذن هذا هو المحور. غشاء البلازما PM.

وما سنفعله - وهنا السيتوبلازم - ما سنفعله هو أخذ جزء من المحور العصبي وتفجيره والتركيز على غشاء بلازما واحد فقط ، على جانب واحد من المحور العصبي ، وننظر ونرى بالتفصيل ما يجري هناك. لذلك دعونا نأخذ هذه القطعة ونفجرها ، بحيث يكون لدينا الآن غشاء البلازما - ونتذكر أنه طبقة ثنائية الدهون. لكني أرسمها على هيئة سطر واحد ، لأنها حقًا وسيلة للتحكم في الألم لرسمها كطبقة ثنائية للدهون. لكنك تعلم أنها طبقة ثنائية الدهون.

من جانب - وهنا خارج الزنزانة وداخل الزنزانة. من ناحية ، هناك الكثير من الشحنات الإيجابية. وعلى الجانب الآخر ، هناك عدد أقل من الشحنات السلبية وأكثر نسبيًا.

عندما يبدو المحور العصبي على هذا النحو ، مع توازن الشحنات الموجبة والسالبة ، يُقال إنه في حالة راحة محتملة. وتبلغ احتمالية الراحة حوالي 60 مللي فولت.

طيب ما هو هدفنا؟ هدفنا هو أن نبدأ هنا ، عند هذه العلامة النجمية ، وأن نرسل إشارة على طول هذه القطعة من المحور العصبي وأن ترسل الإشارة بطريقة اتجاهية. لذا فإن هدفنا هو إرسال إشارة اتجاهية.

لنرسم ثلاث نقاط زمنية ، لكل منها غشاء بلازما لهذا الجزء المحدد من المحور العصبي. ودعونا - سأنتقل قليلاً ، إلى هذا الجانب من اللوحة - لنجعلهم هنا ، هنا ، وهنا. وبالتالي سيكون لدينا متجه زمني يسير بشكل قطري عبر اللوحة.

وقد بدأنا بشيء يبدو كما لو كان على السبورة أعلاه في حالة الراحة المحتملة. والآن ، سنقوم - عبر جزء قصير جدًا من الغشاء ، سنقوم بعكس شحنة الغشاء ، أو ستقوم الخلية بذلك. إذن في الخارج الآن ، يوجد جزء صغير من الغشاء يكون سالب بالخارج وإيجابيًا من الداخل. والباقي موجب للخارج وسالب من الداخل.

مع مرور الوقت ، يسمى هذا إزالة الاستقطاب ، وهو انعكاس لإمكانات الغشاء. بمرور الوقت ، هذا الاستقطاب ، سوف يتم تصحيح هذا الاستقطاب الأولي. سيعود إلى ما كان عليه.

لذلك ستحصل على شحنات موجبة بالخارج مرة أخرى. لكن جزء الغشاء المجاور سينزع الاستقطاب ، لذا يصبح الآن سالبًا بالخارج وإيجابيًا من الداخل. والباقي موجب للخارج وسالب من الداخل.

تلك القطعة الصغيرة من الغشاء ، الثانية - إذن هذه إزالة الاستقطاب 1 ، هنا إزالة الاستقطاب 2. مرة أخرى ، بمرور الوقت ، ستحصل على تصحيح لإزالة الاستقطاب الثانية. وقد حصلت على الفكرة الآن ، إنها ستتحرك أكثر أسفل المحور العصبي.

إذن هنا هو نزع الاستقطاب 3. وتذكر أن هذا خارج وداخل المحور العصبي. إذا نظرت إلى الرسم التخطيطي الخاص بي - لم أعطيك أي آلية - لكن يمكنك أن ترى هنا لدينا إشارة تتحرك في هذا الاتجاه ، على طول المحور العصبي.

كل من عمليات إزالة الاستقطاب التي رسمتها تسمى إمكانات فعلية. وسأعطيك ، في لحظة ، بعض الخصائص الإضافية ، حتى تعرف إمكانات الفعل عندما ترى واحدة. ولكن هناك بعض الأسئلة التي تنشأ من هذا الرسم التخطيطي سهل الرسم.

أولا ، كيف يحدث هذا حقا؟ كيف تنعكس الشحنات عبر الغشاء؟ ثانيًا ، لماذا الإشارة أحادية الاتجاه؟ لماذا لا يتراجع؟ وثالثًا ، كيف يمكنك إعادة ضبط الاستقطاب بمجرد حدوثه؟

وكل هذه الأشياء التي ستراها مرتبطة ببعضها البعض ، لكن دعنا نطرح هذه الأسئلة. اذن كيف حدث ذلك؟ لماذا هو أحادي الاتجاه؟ وماذا يعني - أو ما هي آلية إعادة ضبط إمكانات الغشاء بعد حدوث نزع الاستقطاب؟ كما هو الحال هنا على سبيل المثال ، قمت بإعادة ضبط إمكانات الغشاء.

لذا فإن الإجابة على كل هذا معقدة. وسنرد عليها في مجموعات ، كما نفعل في هذا الفصل. وأول شيء سنجيب عليه فيما يتعلق بتغيير جهد الغشاء.

لنبدأ مرة أخرى بقطعة المحاور الخاصة بنا ، من الخارج والداخل ، وتوزيع الشحنة الموجود في حالة الراحة المحتملة. ويأتي بعد ذلك نوع من المدخلات. قد يكون اللمس ، قد يكون خلية عصبية أخرى تلامس خلية عصبية ثانية. قد تكون الرؤية ، الضوء ، الذي يأتي ، نوع من المدخلات.

ها هو. وهذا الإدخال يعمل على جزء محلي جدًا من الغشاء. وهو يغير إمكانات الغشاء قليلاً جدًا ، بحيث يصل جهد الغشاء إلى ما يسمى جهد العتبة.

لذلك دعونا ننظر ، دعونا نرسمها. ها هو. فوق جزء صغير جدًا من الغشاء ، هناك نوع من انعكاس الشحنة. تأتي الشحنات الموجبة من الخارج وتتحرك إلى الداخل. وسنسمي هذا فرق الجهد المحتمل. وإذا كنت تريد رقمًا ، فهو يقارب 55 مللي فولت.

ماذا يحدث بعد العتبة؟ حسنًا ، أنت تفهم ما هي العتبة. هذا يعني أن شيئًا ما يحدث لأنك وصلت إلى نقطة اللاعودة. وما يحدث هو أنه يوجد الآن جهد فعل ، وهناك حركة هائلة لأيونات الصوديوم الموجبة في الخلية.

لذا من عتبة الإمكانات هناك حركة هائلة ، مرة أخرى وداخل. لذا الآن لديك بدلاً من هذه المنطقة الصغيرة الصغيرة من الاستقطاب ، لديك منطقة كبيرة من الاستقطاب. إذن هذا صغير ، مزيل للاستقطاب - لإزالة الاستقطاب - يؤدي إلى إزالة استقطاب كبيرة جدًا من النوع الذي رسمته على السبورة من قبل.

يسمى هذا الاستقطاب الكبير بإمكانية الفعل. ولها عدة خصائص. يعكس جهد الفعل إمكانات الغشاء بالكامل تقريبًا. والآن في هذه المنطقة من الغشاء ، تبلغ حوالي 60 ملي فولت. لذلك فهو نزع استقطاب هائل. تقوم بعكس توزيع الأيونات تمامًا على منطقة صغيرة من الغشاء.

ومع ذلك ، فهي محلية للغاية. يحدث جهد فعل زائد - أو يحدث هذا الاستقطاب الهائل على مسافة ميكرون من الغشاء. يستغرق الإعداد من واحد إلى ملي ثانية. إنها تنطوي على حركة حوالي 10 إلى 5 أيونات ، من الخارج إلى الداخل. وقد أخبرتك بالإمكانات.

الشيء الآخر المهم حقًا الذي يجب أن تفهمه هو شيء يسمى الكل أو لا شيء. إزالة الاستقطاب التي تحصل عليها مع إمكانات الفعل إما أن تكون كاملة أو لا تحدث. إذا وصلت إلى العتبة ، فإنك تنعكس القطبية ، وتحصل على هذا الاستقطاب الكامل إلى 60 مللي فولت من 60 تحت الصفر. لا تحصل على إزالة استقطاب جزئية إلى زائد 10 أو 20 أو 30 أحيانًا ، أو 35.

بالنسبة إلى خلية عصبية معينة ، تحصل على إمكانية عمل محددة. وإما أن يحدث أو لا يحدث. لذلك كل شيء على لا شيء ، مهم جدا. لا توجد إمكانات عمل صغيرة أو كبيرة.

والآن لدينا حالة من الاستقطاب ، لكننا لم نجب على سؤالين. لم نجب على سؤال unidirection ، ولم نجب على سؤال إعادة التعيين. لذلك دعونا نفعل ذلك في اللوحة التالية.

ودعنا نبدأ ، في الواقع ، بإمكانية فعل. وسأقوم بالفعل برسم جهد فعل ، نوعًا ما في منتصف هذا المحور. سترى لماذا.

عندما تحصل على جهد فعل ، فإن ما يحدث هو أن أيونات الصوديوم تتحرك من الخارج من الداخل. وتلك أيونات الصوديوم - لأنها مجرد أيونات - ستبدأ في الانتشار في السيتوبلازم. وعندما ينتشرون في الجوار ، سوف يغيرون جهد الغشاء ، والذي سيصل إلى العتبة ، والذي سيطلق جهد فعل في جزء الغشاء المجاور. وبعد ذلك ستنتشر هذه الأيونات ، لجعل جزء الغشاء المجاور يصل إلى عتبة الإمكانات. وستحصل على إجراء محتمل ، وما إلى ذلك.

لكن الأيونات ، بالطبع ، لأنها مجرد أيونات ، يمكنها التحرك في أي اتجاه. لذلك يمكن للأيونات أن تعود. إذا كان هذا هو المكان الذي حدثت فيه إمكانات الفعل الخاصة بك ، يمكن أن تتحرك الأيونات في هذا الاتجاه وتؤدي إلى عودة جهد الفعل ، إلى أعلى المحور ، باتجاه جسم الخلية.

لماذا لا يحدث ذلك؟ لا يحدث ذلك لأنه بمجرد قيامك بتشغيل جهد فعل ، يصبح هذا الغشاء مقاومًا للحرارة ، وغير قادر على إطلاق جهد فعل آخر لفترة من الوقت. وخلال تلك الفترة التي يكون فيها الغشاء غير قادر على الاستجابة وعمل جهد فعل آخر ، انتشرت الأيونات بعيدًا وذهبت إلى أسفل المحور. وهكذا تحصل على انتشار أحادي الاتجاه.

دعنا نحاول استخلاص ذلك. إذن ها هي إمكانية العمل. وسوف تنتشر الأيونات التي تتحرك في الداخل. وسيأخذون الغشاء المجاور إلى العتبة. ولذا فإنهم سيطلقون عملية محتملة في الجوار.

تلك الأيونات التي تندمج للخلف لا يمكنها فعل أي شيء. لأنه بمجرد أن يكون للغشاء جهد فعل ، لا يمكن أن يكون له جهد آخر لفترة من الوقت. إذن هذا الغشاء هنا ، المجاور لإمكانات الفعل ، مقاوم للصهر لإزالة الاستقطاب - وهذا عمل إملائي مروّع حقًا ، إزالة الاستقطاب - لفترة من الزمن. دعنا نقول لحوالي ثانية أو أقل بقليل من ذلك ، ولكن في مكان ما هناك.

وهذا يعني أن جهد الفعل أحادي الاتجاه. يمكن أن تنتشر الأيونات في كلا الاتجاهين ، لكن جهد الفعل يمكن أن يذهب في اتجاه واحد فقط. لذلك يمنحك هذا اتجاه إشارتك.

وأيضًا ، لقد رسمت بشكل متعجرف هناك أن جهد الغشاء ينعكس ويعيد ضبط نفسه ، حيث حدثت إمكانات الفعل سابقًا. وسنتحدث عن ذلك أكثر بعد قليل. حتى هنا ، تمت إعادة ضبط إمكانات الغشاء.

إذن هذه مسيرة نظرية عبر جهود الفعل. وقد أعطيتك مجموعة من الصدقات. لكنني لن أخوضها ، لأنه يمكنك استخدامها كاختبار أو كتمرين بعد الفصل ، لمعرفة مدى فهمك.

أحد الأشياء المتعلقة بالتوصيل على طول محور عصبي هو أنه سريع جدًا. يستغرق الأمر وقتًا قصيرًا جدًا من لمس هذا الشيء الساخن لإدراك أنك لمسته. لكن أحد الأسباب التي تجعله قصيرًا جدًا هو أنك لا ترسل إمكانات فعلية طوال الطريق على طول محور عصبي كما نرسم.

لا يمكنك فعلاً إزالة استقطاب أجزاء متتالية من الغشاء. لأن هذا في الواقع ، على الرغم من أنه أسرع من الاتصالات بين الخلايا ، إلا أنه لا يزال بطيئًا للغاية. إذن هناك طريقة تعزل بها الخلية نفسها ، يعزل المحوار نفسه ، ليمنحك إمكانات فعل في أماكن معينة فقط.وهذا بالفعل يسرع من معدل انتقال جهد الفعل.

وقد حصلت على هذا على الشريحة هنا ، ونحن على السبورة مباشرة. لذلك أثناء إزالة الاستقطاب وبعده وطوال الوقت ، تتسرب الأيونات من المحور العصبي. وهذا يقلل من تواتر تشكيل جهد الفعل.

وهكذا فإن ما تفعله الخلايا ، هو نوعًا ما يشبه - لا ، ليس دائرة قصر تمامًا ، ولكنه سلك كهربائي سيء. ولذا فإن ما فعلته الخلية هو عزل نفسها بطبقات من الخلايا الدهنية. وهذه الخلايا حقًا مذهلة نوعًا ما.

تلتف معظم الخلايا التي تعزل الخلايا العصبية في الجهاز العصبي حول الخلايا العصبية ، كما في هذا الرسم البياني. يمكنك أن ترى هنا خلية. وهذه الخطوط لأن خلية واحدة تلتف حول الخلية العصبية. أنت تعلم أن غشاء البلازما دهني. إنه لا يوصل الأيونات ، وبالتالي لديك بالفعل طبقة دهنية من العزل.

والشيء الذي يعزل الخلايا هو شيء يسمى غمد المايلين ، وهو دهون بالإضافة إلى بعض البروتين. لكنها حقًا طبقة كارهة للماء تلتف حول الخلايا العصبية وتعزلها.

على طول الخلايا العصبية المعزولة ، توجد أماكن محددة لا يوجد فيها عزل. وهذا هو المكان الذي تحدث فيه إمكانات الفعل. لذلك تحدث جهود الفعل عند الإيماءات بدون المايلين.

وهذه إحدى الطرق التي تسرع بها الخلايا العصبية معدل توصيلها. ولذا أضع هنا ترددًا محتملاً للإجراء ، لكن هذا غير صحيح في الواقع. سأتحدث عن معدل انتقال العدوى.

فكيف يسير كل هذا معًا؟ لنلق نظرة على فيلم ، حيث توجد الخلية العصبية ، وها هو المحور العصبي ، ينقل جهد فعل على طوله. وإليك طريقة مختلفة لتصوير جهد الفعل ، كرسم بياني للجهد مقابل الزمن. وهذا شيء ستمارسه في القسم.

لكن ما أريدكم أن تراه هو أن هناك إمكانية فعل تتحرك على طول المحور العصبي. ويمكن للمحور أن ينقل العديد من إمكانات العمل ، واحدة تلو الأخرى ، مع فترة استرداد قصيرة بينهما.

ما زلنا لم نجب تمامًا على السؤال المتعلق بكيفية عمل إمكانات الفعل. والجواب على ذلك هو النظر في القنوات والمضخات الأيونية ، لأن كل توزيع الشحنة هذا لا يحدث فقط. تم إعداده بواسطة الخلية ، ويتم إعداده بواسطة القنوات والمضخات الأيونية ، والتي يمكننا كتابة تنظيم إمكانات الغشاء.

دعونا نراجع بإيجاز ما هي القنوات والمضخات الأيونية. لقد تحدثنا عنهم حفنة. لكنك تحتاج إلى معرفة بعض الجواهر لهذه الوحدة بالذات.

تسمح القنوات الأيونية للأيونات عبر الغشاء عن طريق الانتشار. إذن فهذه قناة أيونية. وأنا أرسم قناة مفتوحة. وتتحرك الأيونات بالانتشار عبر القناة.

لكن هناك فئات أخرى من القنوات الأيونية ليست مفتوحة دائمًا. يطلق عليهم بوابة. وتحدثنا عنها ، عندما تحدثنا عن إفراز البروتين ، توطين البروتين.

لذلك يمكن إغلاق القنوات ذات البوابات تحت حافز معين ثم التغيير إلى التأكيد المفتوح ، بعد أن يتم إعطاؤهم الحافز المناسب. إذاً هنا يوجد نوع من التحفيز. وسيتم فتح قناة مسورة.

النوع الثالث من طرق تمرير الأيونات عبر الغشاء هو استخدام مضخة ، حيث يتم وضع المضخة في غشاء البلازما أيضًا. ولكن بدلاً من عملية يحكمها الانتشار للحصول على أيونات عبر الغشاء ، تقوم المضخة بتحريك الأيونات بنشاط عبر الغشاء.

لذا فإن المضخات الأيونية تنقل الأيونات بنشاط. وهي تتطلب عمومًا طاقة ، ATP ، من أجل القيام بذلك. وكل هذه الأشياء ضرورية لضبط إمكانات الغشاء وتغييرها أثناء تكوين جهد الفعل.

إذا أخذنا في الاعتبار إمكانية الراحة - في الواقع ، دعني أرى ما لدي على الشرائح هنا. هذا حقا شيء رائع. حسنًا ، دعني أتصفح أعمال مجلس الإدارة ، وبعد ذلك سنفعل ما هو رائع حقًا بعد أو يوم الاثنين.

من أجل إعداد إمكانات الراحة ، هناك عدة أنواع من القنوات والمضخات التي يجب أن تكون على دراية بها. واحد منهم - وهو كبير وحصلت على جائزة نوبل منذ عدة عقود - يسمى مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. وهذا حقًا شيء كبير. يطلق عليه أيضًا الصوديوم ATPase. وما يفعله هو ضخ ثلاثة أيونات صوديوم خارج الخلية ووضع أيوني بوتاسيوم في الخلية. وهذه مضخة بالغة الأهمية للحياة. ويمكنك أن ترى ما يفعله هو زيادة تركيز الصوديوم خارج الخلية وزيادة تركيز البوتاسيوم بالداخل.

هناك أيضًا ما يسمى قناة البوتاسيوم المفتوحة التي تسمح لكل هذا البوتاسيوم الذي يتم ضخه من خلال مضخة بوتاسيوم الصوديوم بالبدء في الانتشار خارج الخلية. لكن في الواقع ، لا ينتشر كل شيء. لأنه يضرب الشحنات الموجبة لأيونات الصوديوم من الخارج ، وهناك تنافر إلكتروستاتيكي.

وهذا يحد من كمية البوتاسيوم - بحلول يوم الاثنين ، سأكون قادرًا على التحدث بحلول يوم الاثنين أو سأفقد صوتي تمامًا. سيكون لديك الخيار. لذا فإن قناة البوتاسيوم المفتوحة تسمح للبوتاسيوم بالخروج عن طريق الانتشار ، حتى يتم صده أو إيقافه بواسطة القوى الكهروستاتيكية القادمة من أيونات الصوديوم. ثم الأيون الثالث المفتوح ، القناة الأيونية المفتوحة هي قناة الكلوريد ، والتي لن نناقشها الآن.

أثناء جهد الفعل ، هناك قناة أيونية مهمة للغاية وهي آخر شيء سأذكره اليوم. وهذا يسمى قناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي. هذه قناة أيونية ، مثل العديد من القنوات الأيونية ، تتكون من مركب من البروتينات. سنقوم بتدوين ذلك ، وسأقوم بتدوين ذلك في المرة القادمة.

لكن قناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي حساسة لإمكانات الغشاء. وعندما يتم الوصول إلى الحد الأدنى المحتمل ، يكون هناك تغيير في تأكيد هذه القناة ، والتي يتم إغلاقها عادةً عند محتوى الراحة ولكنها تصبح مفتوحة عند الحد الأدنى المحتمل ، لتؤدي إلى إمكانية الإجراء. ويصبح في الواقع مفتوحًا من خلال انزلاق إحدى حلزونات ألفا التي تشكل بروتينات القناة. وتنزلق حلزونات ألفا المنزلقة لأن شحنتها تتغير ، وتتغير شحنات الأحماض الأمينية. وهذا يفتح القناة.

سأريكم صورة واحدة لآخر قناة صوديوم ، قناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي. ها هو. ثم ننتهي.

الق نظرة على هذا بسرعة. هنا قناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي مغلقة. الأحماض الأمينية تسد المسام. وهناك يفتح ، للسماح للأيونات بالدخول. وسننهي هذا يوم الاثنين.


ارتفاع درجة الحرارة يزيد من السيولة

تعمل الخلايا بشكل أفضل عند درجة الحرارة الفسيولوجية العادية ، والتي تبلغ 98.6 درجة فهرنهايت في الحيوانات ذوات الدم الحار مثل البشر. إذا ارتفعت درجة حرارة الجسم ، على سبيل المثال أثناء ارتفاع درجة الحرارة ، يمكن أن يصبح غشاء الخلية أكثر مرونة. يحدث هذا عندما تصبح ذيول الأحماض الدهنية للفوسفوليبيد أقل صلابة وتسمح بحركة أكبر للبروتينات والجزيئات الأخرى داخل الغشاء وعبره. هذا يمكن أن يغير نفاذية الخلية ، وربما يسمح لبعض الجزيئات التي يحتمل أن تكون ضارة بالدخول. يمكن أيضًا أن تتضرر البروتينات المتكاملة والطرفية في الغشاء بسبب درجات الحرارة المرتفعة ، وإذا كانت عالية جدًا ، فقد تتسبب الحرارة في تحلل هذه البروتينات أو تفسد طبيعتها.


التدرجات الكهروكيميائية

تدرجات التركيز البسيطة هي تركيزات تفاضلية لمادة عبر مساحة أو غشاء ، ولكن في الأنظمة الحية ، تكون التدرجات أكثر تعقيدًا. نظرًا لأن الأيونات تتحرك داخل وخارج الخلايا ولأن الخلايا تحتوي على بروتينات لا تتحرك عبر الغشاء وغالبًا ما تكون سالبة الشحنة ، فهناك أيضًا تدرج كهربائي ، وهو اختلاف في الشحنة ، عبر غشاء البلازما. يكون الجزء الداخلي من الخلايا الحية سالبًا كهربائيًا فيما يتعلق بالسائل خارج الخلية الذي يتم الاستحمام فيه. في الوقت نفسه ، تحتوي الخلايا على تركيزات أعلى من البوتاسيوم (K +) وتركيزات أقل من الصوديوم (Na +) مقارنة بالسائل خارج الخلية. في الخلية الحية ، يميل تدرج التركيز لـ Na إلى دفعها إلى الخلية ، ويميل التدرج الكهربائي لـ Na + (أيون موجب) أيضًا إلى دفعه إلى الداخل إلى الداخل سالب الشحنة. ومع ذلك ، فإن الوضع أكثر تعقيدًا بالنسبة لعناصر أخرى مثل البوتاسيوم. يميل التدرج الكهربائي لـ K + ، أيون موجب ، أيضًا إلى دفعه إلى داخل الخلية ، لكن تدرج تركيز K + يميل إلى إخراج K + خارج الخلية. يسمى التدرج المركب للتركيز والشحنة الكهربائية التي تؤثر على أيون بالتدرج الكهروكيميائي.

الشكل ( PageIndex <1> ): التدرج الكهروكيميائي: تنشأ التدرجات الكهروكيميائية من التأثيرات المجمعة لتدرجات التركيز والتدرجات الكهربائية.


بأي معدل تتسرب الأيونات من جزء غشاء بلازما لا يحتوي على قنوات أيونية؟ - مادة الاحياء

مخطط C2006 / F2402 '09 للمحاضرة رقم 5 آخر تحديث 02/03/09 09:18 AM

(c) 2009 الدكتورة ديبورا موشوفيتز ، جامعة كولومبيا ، نيويورك ، نيويورك


I. قياس انتقال الجزيئات الصغيرة
- مراجعة الأساسيات

أ. بحاجة إلى إعداد تجريبي مناسب. طريقة شائعة: استخدام أشباح RBC ، كما تم تقديمه في المرة السابقة.

ضع الأشباح في محلول مع بعض تركيز X
جا = التركيز بالخارج = [X]خارج = قيمة ثابتة للبدء
جأنا = التركيز بالداخل = [X]في عادة = 0 للبدء.
تقيس Cأنا كدالة للوقت.
تكرر مع قيم بداية مختلفة لـ Cا.

تولد قياسات الامتصاص نوعين من المنحنيات - انظر النشرة 4C

1. المنحنى رقم 1. تقيس Cأنا = [X]في كدالة زمنية للحصول على معدل النقل الأولي وقيم التوازن لـ X في الداخل والخارج.

2. المنحنى رقم 2. تقيس معدل النقل الأولي كدالة لقيمة بداية Cا = [X]خارج

ج . منحنى # 1 - امتصاص X مقابل الوقت: قياس [X]في في أوقات متزايدة في بعض (خارجي ، ثابت بشكل أساسي) تركيز X مؤامرة. من X داخل مقابل الوقت. هذا يسمح لك بالتمييز بين النقل النشط والسلبي.

1. للنقل النشط من الجزيئات المحايدة ، [X]في عند التوازن سوف يتجاوز [X]خارج.

2. للنقل السلبي من الجزيئات المحايدة ، [X]في عند التوازن سوف يساوي [X]خارج.

(إذا تم شحن X ، يكون الموقف أكثر تعقيدًا ، كما هو موضح أدناه).

سؤال: إذا قمت بقياس الامتصاص للمرة الثانية ، باستخدام تركيز أعلى من X ، فهل سيكون ميل المنحنى رقم 1 كما هو؟ هل ستستقر عند نفس القيمة؟

د- المنحنى رقم 2 - امتصاص X مقابل التركيز: قياس المعدل الأولي لامتصاص X (من المنحنى رقم 1) بتركيزات متفاوتة من معدل الامتصاص الإضافي (الخارجي) X للامتصاص مقابل التركيز الأولي لـ [X]خارج. انظر النشرة أو Sadava 5.15 (5.11) أو شكل بيكر. 8-6. يتيح لك ذلك معرفة نوع البروتين (إن وجد) المتضمن في النقل.

1. في حالة وجود بروتين شبيه بالإنزيم (ناقل أو مضخة) أثناء النقل ، سيكون المنحنى زائديًا - سوف يتشبع البروتين الحامل أو المضخة عند ارتفاع [X] تمامًا كما يفعل الإنزيم. لماذا ا؟ إذا كان [X] مرتفعًا بدرجة كافية ، فستكون جميع جزيئات البروتين & quot؛ مشغولة & quot أو مشغولة ، وسيصل النقل إلى الحد الأقصى. القيمة. لن تؤدي إضافة المزيد من X إلى زيادة معدل النقل. (مثل الوصول إلى V.الأعلى مع منحنى V مقابل [S] للإنزيم.)

2. إذا لم يكن هناك بروتين ، أو بروتين شبيه بالقناة ، تشارك في النقل ، سيكون المنحنى خطيًا (على المستوى الفسيولوجي ، أي بتركيزات معقولة ، X.). لا يوجد حدث مضيعة للوقت مثل ارتباط X أو تغيير توافقي كبير في البروتين الذي يحد من معدل التفاعل عند ارتفاع [X].

ملاحظة: للقناة المنحنى إرادة تشبع عند مستويات عالية للغاية من X. لا يتم الوصول إلى مستويات التشبع هذه في الممارسة العملية.

E. المنحنى رقم 1 مقابل المنحنى رقم 2. لكلا المنحنيين ، أنت تفكر في رد الفعل Xخارج & # 8596 Xفي. إذن ما هو الاختلاف الكبير؟

1. في المنحنى رقم 1 ، أنت تنظر في كيفية تركيز Xفي يختلف مع زمن (بدءًا من تركيز ثابت لـ Xخارج، ولا يوجد X بالداخل.). نفس فكرة رسم P المتكون (أو استنفد S) مقابل وقت تفاعل محفز بالإنزيم.

أ. (الضبط الاولي) ميل المنحنى = معدل من الامتصاص (مع الوقت كمتغير).

ب. قيمة الهضبة = أثمر = القيمة النهائية لـ [X]في عندما تتوقف مستويات المنحنى رقم 1.

ج. لاحظ أن مستويات المنحنى رقم 1 دائمًا متوقفة.

2. في المنحنى رقم 2 ، فأنت تنظر في كيفية عمل ملف معدل الامتصاص (التدفق) - المنحدر الأولي للمنحنى # 1 - يختلف عن مختلف بدء تركيزات [X]خارج. نفس فكرة رسم V مقابل S لتفاعل محفز بالإنزيم.

أ. (الضبط الاولي) ميل المنحنى = معدل من الامتصاص (مع [X]خارج كمتغير).

ب. يتوقف هذا المنحنى فقط إذا كان يجب على البروتين الارتباط بـ X و / أو تغيير الشكل بشكل كبير من أجل تحريك X.


II. حركية وخصائص كل نوع من أنواع النقل - كيف تفرق بين الحالات.

تشير جميع الحالات أدناه إلى رد الفعل [X]في & # 8596 [X]خارج. تم تلخيص جميع الميزات الهامة في الجدول الموجود في النشرة 4C.

ألف - الانتشار البسيط (الحالة 1)

1. المنحنى رقم 1 (تركيز المادة X داخل الرسم البياني مقابل الوقت) الهضاب عند [X]في = [X]خارج.

2. المنحنى رقم 2 (معدل امتصاص X المخططة مقابل تركيز X المضاف للخارج) غير مشبع.

3. الطاقة:

أ. انعكاس: آر إكس إن (X في & # 8596 X خارج) قابل للعكس بشكل صارم.

ب. كمكافئ = 1 تغيير الطاقة الحرة القياسي (& # 916G o) = 0 عند التساوي. [X]في = [X]خارج

ج. & # 916G. يعتمد تغيير الطاقة الحرة الفعلي (& # 916G) واتجاه النقل على تركيز X. إذا كان [X] أعلى بالخارج ، فسوف يدخل X والعكس صحيح.

4. الأهمية . تستخدم من قبل هرمونات الستيرويد وبعض الجزيئات الصغيرة والغازات. فقط الأشياء الصغيرة جدًا أو غير القطبية يمكنها استخدام هذه الآلية لعبور الأغشية. المواد (عادة جزيئات صغيرة) يمكن أن تنتشر في الشعيرات الدموية عن طريق الانتشار من خلال السائل في الفراغات ما بين الخلايا. (لا تحتوي الخلايا المحيطة بالشعيرات الدموية على تقاطعات ضيقة ، باستثناء الدماغ).

B. الناقل بوساطة النقل = الانتشار الميسر باستخدام بروتين ناقل (الحالة 3). لاحظ أننا نرجئ القضية 2.

1. المنحنى رقم 1 نفس ما ورد أعلاه (حالة 1)

2. المنحنى رقم 2 المشبعة. انظر بيكر الشكل. 8-6 ، أو شكل سادافا. 5.12 (5.11)

3. الآلية: يعمل الناقل مثل الإنزيم أو permease ، مع V.الأعلى، كم إلخ انظر بيكر الشكل. 8-8.

يمكن اعتبار الناقل إنزيمًا يحفز:

Xخارج & # 8596 Xفي

الناقل محدد ، تمامًا مثل الإنزيم. سيحفز فقط حركة X والمركبات وثيقة الصلة.

4. الطاقة على النحو الوارد أعلاه (الحالة 1) - تتدفق المادة إلى أسفل منحدرها ، لذلك يكون النقل قابلاً للانعكاس ، اعتمادًا على التركيزات النسبية للداخل والخارج.

5. اللائحة: يمكن تنظيم نشاط بروتينات النقل بثلاث طرق على الأقل - الطرق a-c أدناه. الطرق a & amp b شائعة في العديد من البروتينات ويتم سردها هنا بشكل أساسي للمقارنة (مزيد من التفاصيل في مكان آخر). الطريقة ج فريدة بالنسبة لبروتينات الغشاء.

أ. ردود فعل allosteric - تثبيط / تنشيط البروتينات الحاملة

ب. التعديل التساهمي (قابل للعكس) من البروتينات الحاملة - التعديلات الشائعة هي

(1). الفسفرة - إضافة مجموعات الفوسفات - محفزة بالكينازات.

Kinases تحفز: X + ATP & # 8594 X-ص + ADP

(2). نزع الفسفرة - إزالة مجموعات الفوسفات - محفز بالفوسفاتازات.

تحفيز الفوسفاتيز: X-ص + ح2O & # 8594 X + P.أنا

ص (عريض) = مجموعة فوسفات مرتبطة بالجزيء
صأنا = مجموعة الفوسفات غير العضوية (في محلول)

(3). التفاعلات التي تقوم بها الفوسفاتيز والكينازات بشكل عام لا رجعة فيها. ومع ذلك ، يمكن عكس التعديلات التساهمية للبروتينات الحاملة - باستخدام كلا النوعين من الإنزيمات.

ج. إزالة / إدخال الحامل في الأغشية .

(1). يتم إدخال بروتينات الغشاء المصنوعة حديثًا في غشاء الحويصلة ، من خلال آلية ستتم مناقشتها لاحقًا.

(2). يمكن أن تندمج الحويصلة مع غشاء البلازما وهي عملية قابلة للعكس.

(أ). يؤدي اندماج الحويصلة مع غشاء البلازما إلى إدخال بروتين النقل في غشاء البلازما حيث يمكن أن يعزز النقل.

(ب). إن تبرعم (الالتقام الخلوي) للحويصلة مرة أخرى في السيتوبلازم يزيل بروتين النقل ويوقف النقل.

(3). يتم تنظيم بعض القنوات و / أو البروتينات الحاملة بهذه الطريقة - يمكن إدخال بروتينات القناة أو الحاملة في الغشاء (أو إزالتها) استجابة للإشارات الهرمونية المناسبة. أمثلة --

(أ). GLUT4 - ناقل الجلوكوز الحساس للأنسولين. يعزز الأنسولين إدخال الناقل في غشاء البلازما لبعض الخلايا ، مما يسمح بزيادة امتصاص الجلوكوز. التفاصيل في المرة القادمة.

(ب). قنوات الماء (أكوابورينات) في خلايا الكلى. يعزز هرمون ADH (الهرمون المضاد لإدرار البول) إدخال القنوات في غشاء البلازما. لذلك يتم استعادة المياه ، ولا تضيع. مزيد من التفاصيل عندما نصل إلى الكلى.

ملاحظات: (1). هذه المناقشة حول تنظيم نشاط من جزيئات البروتين الموجودة مسبقًا. تنظيم كمية من البروتين عن طريق تعديل معدلات التوليف ، والتحلل ، وما إلى ذلك ، سيتم مناقشتها لاحقًا.
(2). تنطبق الطريقة c على الحالتين 2 و 3. يمكن أن تنطبق على الحالتين 4 و 5 أمبير ، لكني لا أعرف أي أمثلة.

لمعرفة كيفية تحليل الاستيعاب ، جرب المشكلة 2-1. لتلخيص كل شيء حتى الآن ، جرب 2-4.

النقل النشط (الحالات 4 و 5 أمبير)

1. ما هو نفس الشيء؟ منحنى # 2 مشبعة كما في الحالة السابقة.

2. ما هو مختلف؟ المنحنى رقم 1 : عندما تكون عند الهضاب ، [X]في أكبر من [X]خارج - لأن حركة المادة مرتبطة ببعض تفاعلات إطلاق الطاقة الأخرى. (هذا يفترض أننا نتبع رد الفعل Xخارج & # 8594 X في).

3. آلية - يشارك بروتين نقل يشبه الإنزيم كما في الحالة السابقة.

أ. يتحرك X لأعلى في تدرجه. يعمل البروتين كناقل أو مضخة تحفز حركة X فوق انحداره. لذلك يجب أن يتم تشغيل عمل الناقل ، بشكل مباشر أو غير مباشر ، عن طريق انهيار ATP.

ب. تتضمن معظم عمليات النقل الأولية النشطة حركة الكاتيونات. (لكن انظر ناقلات ABC أدناه.) يمكن بعد ذلك استخدام تدرج الكاتيونات للقيام بعمل ، مثل النقل النشط الثانوي.

4. علاقات الطاقة:

أ. انعكاس: رد الفعل لا يمكن عكسه بسهولة. يتم نقل X دائمًا تقريبًا في نفس الاتجاه (إما داخل أو خارج أي ناقل نشط معين).

ب. كمكافئ لا = 1 والطاقة الحرة القياسية (& # 916G o) ليست = صفر. في حالة توازن. [X]في لا يساوي [X]خارج

ج. اقتران: عادةً ما يكون رد الفعل العام كبيرًا وسلبيًا & # 916 G o (& amp & # 916 G) لأن في رد الفعل العام، يقترن انتقال X (صعودًا ، مقابل الانحدار) برد فعل شديد الانحدار. رد فعل الانحدار إما

(1). انقسام ATP (في النقل النشط الأساسي) ، أو

(2). تشغيل بعض الأيونات (قل Y) أسفل منحدرها(في النقل النشط الثانوي).

5. النقل النشط الثانوي (غير المباشر) - كيف تتناسب ATP مع؟ تحدث العملية في خطوتين:

أ. الخطوة الأولى: المرحلة التحضيرية: يُنشئ انقسام ATP تدرجًا لبعض الأيونات (على سبيل المثال Y) ، عادةً ما يكون الكاتيون (Na + أو H +).

ب. الخطوة 2. النقل النشط الثانوي الصحيح: Y يدير تحت تدرجه ، والطاقة التي تم الحصول عليها تستخدم لدفع X فوق انحداره. انظر بيكر الشكل. 8-10.

ج. شاملة: الخطوة (1) هي خطوة نقل أولية نشطة (2) وهي ثانوية ويمكن أن تستمر (في حالة عدم وجود ATP) حتى يتبدد التدرج Y. لاحظ أن الخطوة (1) لا يمكن أن تحدث على الإطلاق بدون ATP ولكن الخطوة (2) يمكن أن تستمر بدون أي ATP (لفترة).

جرب المشكلة 2-2 & amp 2-10.

6. بعض الأمثلة والآليات الممكنة (تتم مناقشة النماذج أدناه). انقر على الروابط للرسوم المتحركة.

نوع النقل النشط

1. المنحنى رقم 1

أ. معدل نقل مرتفع للغاية - الانحدار الأولي للمنحنى رقم 1 شديد الانحدار.

ب. النقل سلبي

(1). إذا كانت X محايدة، القوة الوحيدة التي تدفع X عبر القناة هي تركيز X.

(2). إذا تم شحن X (أيون) عليك أن تأخذ في الاعتبار القوى الكهربائية وكذلك التركيز. (التفاصيل أدناه حول كيفية القيام بذلك.)

(3). باختصار ، المنحنى رقم 1 الهضاب مع [X]في = [X]خارج فقط لو X محايد أو لا يوجد جهد كهربائي.

2. المنحنى رقم 2 : شكل مثل الانتشار البسيط (خطي ، لا تشبع) في فسيولوجي تركيزات. هضاب المنحنى فقط بتركيزات عالية بشكل غير عادي ، لذلك نحن نفترض عدم وجود تشبع.

3. البوابة / التنظيم

أ. معظم القنوات لها بوابات =٪ يتم التحكم في الوقت الذي تكون فيه أي قناة / بوابة معينة مفتوحة (ولكن كل بوابة فردية إما أن تكون مفتوحة بالكامل أو مغلقة).

(1). يجند بوابات- يفتح أو يغلق استجابة للروابط (= المواد الكيميائية التي ترتبط بمادة قيد المناقشة). المواد النموذجية التي تفتح قنوات الربط الترابطية هي الهرمونات ، والناقلات العصبية ، وما إلى ذلك. للحصول على صورة ، انظر شكل Sadava. 5-10 (5.9).

(2). الجهد بوابات - يفتح أو يغلق استجابة للتغيرات في الجهد. يسمح بنقل الإشارات الكهربائية كما هو الحال في العضلات والأعصاب - انظر بيكر التين. 13-8 أمبير 13-9.

(3). بوابات ميكانيكيا - يفتح أو يغلق استجابة للضغط. مهم في اللمس والسمع والتوازن.

ب. وسائل التنظيم الأخرى - يتم تنظيم بعض القنوات عن طريق إدخالها في الغشاء أو إزالتها من الغشاء كما هو موضح أعلاه للأكوبورينات في الكلى.

ج. بعض القنوات مفتوحة طوال الوقت (ungated) مثال = قنوات التسرب K +. هذه تسمح لـ K + بمغادرة الخلايا أو & quot؛ التسرب & quot؛ مما يتسبب في أن يكون للخلايا شحنة سالبة شاملة طفيفة. هذا أمر بالغ الأهمية لتوصيل النبضات بواسطة العصب والعضلات كما سيتم شرحه بالتفصيل لاحقًا. لماذا قنوات التسريب تسمح فقط & quota little & quot K + بالمغادرة؟ لماذا لا يكون تركيز K + على جانبي الغشاء متماثلًا؟ انظر أدناه.

4. المنحنى رقم 1 للأيونات. معظم القنوات عبارة عن قنوات أيونية - تنقل الجسيمات المشحونة ، وليس الجزيئات المحايدة. يثير هذا اعتبارات طاقة جديدة:

أ. دور المسؤول: إذا تم شحن X ، فعليك التفكير في كل من التدرج الكيميائي والجهد الكهربائي (تدرج الشحنة أو الجهد الكهربائي). يمكن للتركيز والجهد الكهربائي & quot؛ دفع & quot الأيونات بنفس الطريقة أو الدفع في اتجاهين متعاكسين.

ب. نتيجة الشحن: كمكافئ لا تساوي عادةً 1 هنا - هضاب المنحنى رقم 1 عندما يكون التدرج الكيميائي والجهد متوازنين (ليس بالضرورة عند [X]خارج = [X]في). مثال: تتوقف أيونات K + عن التسرب خارج الخلية وتصل إلى التوازن لـ K + عندما يوازن فرق الشحنة عبر غشاء الخلية (الذي يدفع K + in) فرق التركيز عبر الغشاء (الذي يدفع K + للخارج).

5. آلية.

أ. سعة عالية: يشير عدم التشبع وارتفاع معدل النقل إلى أن الحد الأقصى. سعة القناة كبيرة جدًا ولا يمكن الوصول إليها بسهولة. يُفترض أن يكون هذا بسبب أحد الأمرين التاليين أو كليهما:

(1). ارتباط الأيونات ببروتين القناة ضعيف (Km & gt & gt 1) و / أو

(2). لا يلزم إجراء أي تغيير توافقي كبير في بروتين القناة حتى يمر الأيونات.

ب. النوعية: القنوات محددة جدًا - تنقل كل قناة واحدة فقط أو عددًا قليلاً جدًا من المواد ذات الصلة.

ج. نموذج واحد (لمعلوماتك). كيف نفسر الجمع بين السرعة العالية (والقدرة أمبير) والخصوصية العالية؟ تم تحديد آلية الخصوصية مؤخرًا لقناة واحدة. للصور ، انظر شكل Sadava. 5.11 (5.10) & أمبير ؛ شكل بيكر. 13-8 أمبير 13-9. للمزيد ، راجع جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2003 ، أو مقابلة مع رود ماكينون حول القناة. هذا موضوع بحث ساخن حاليًا ، ويمكن مناقشته مرة أخرى عندما نصل إلى وظيفة العصب.

انظر شكل Sadava. 44.6 (44.5) لمقارنة المضخات الأيونية والقنوات الأيونية بيكر ص. 199 (203) للمقارنة بين البروتينات الحاملة والقناة.

6. المصطلحات. (تذكير من آخر مرة)

أ. نشر الميسر؟ عادةً ما يُطلق على الانتشار عبر قناة & quotfacilitated diffusion & quot لأن هناك حاجة إلى بروتين (كـ & quotFacilitator & quot لتشكيل القناة) للنقل عبر الغشاء. (كما في نصوصك وفي النشرة 4 ب.)

ب. انتشار بسيط؟ الانتشار على الرغم من أن القناة تسمى أحيانًا & quotsimple diffusion & quot لأن معدل النقل كدالة لـ [X] يكون خطيًا بشكل عام ، كما هو الحال بالنسبة للانتشار البسيط ، للتركيزات الفسيولوجية لـ X. (انظر أعلاه والنشرة 4C ، الحالة 2.) بمعنى آخر ، حركية المرور عبر قناة خطية (بتركيزات فسيولوجية لـ X) ، مثل الانتشار البسيط - وليس القطعي ، كما هو الحال في النقل بوساطة الناقل أو التفاعلات المحفزة بالإنزيم القياسي.

ج. مصطلحات أفضل: لذلك ، من أجل الوضوح ، غالبًا ما يُطلق على النقل عبر قناة & quot؛ قناة الانتشار الوسيط & quot؛ أو & quot الانتشار عبر قناة. & quot

ارى المشكلة 2-6 ، أ. هل يمكنك استبعاد النقل عبر قناة؟ (في هذه المشكلة "الانتشار الميسر" = "النقل بوساطة الناقل.")

ثالثا. النقل النشط - كيف يعمل؟ انظر أعلاه للحصول على روابط للرسوم المتحركة ومراجع للصور في النصوص.

1. مثال على النقل الأساسي النشط: مضخة Na + / K + موجودة في جميع الخلايا حقيقية النواة (انظر النشرة 5B).

أ. للمضخة / الإنزيم شكلين رئيسيين: وجه واحد في (E.1) ، يواجه أحدهم (E.2).

ب. الأشكال لها صلات مختلفة لـ K + و Na +. (انظر النشرة)

ج . دور الفسفرة: تؤدي إضافة / إزالة الفوسفات إلى تبديل المضخة من شكل إلى آخر.

د. دور أنشطة المضخة كيناز و فوسفاتيز

(1). هذا مثال على استخدام الكينازات والفوسفاتازات (لإضافة / إزالة الفوسفات) لتنظيم نشاط البروتين عن طريق التعديل التساهمي القابل للعكس.

(2). نتيجة عمل الانزيم في هذه الحالة:

نشاط كيناز (يحفز الفسفرة) يقلب المضخة & الاقتباس & quot (E.1 & # 8594 هـ2)

نشاط الفوسفاتيز (يحفز إزالة الفوسفات) يقلب المضخة & quotin & quot (E.2 & # 8594 هـ1)

ه. دور الربط الأيوني: ينشط إنزيم أو كيناز أو فوسفاتيز مناسب

F . موقع الانزيمات: كيناز والفوسفاتيز جزء من المضخة نفسها. لا تفصل بين البروتينات.

ه1 & # 8594 هـ2: ربط Na + على الداخل ينشط كيناز. مضخة فوسفوريلات كيناز. تقلب المضخة ، تفريغ Na + ، تلتقط K +.

ه2 & # 8594 هـ1: ربط K + على الخارج ينشط الفوسفاتيز. مضخة الفوسفاتيز دي-فوسفوريلاتس. تقلب المضخة ، تفريغ K + ، تلتقط Na +.

ز. قياس العناصر المتكافئة: 3 Na + خارج لكل 2 K + في لكل تحلل ATP. يتم موازنة بعض تفاضل الشحنة بواسطة نقل الأنيون. الخلايا سالبة من الداخل بالنسبة للخارج ، ولكن معظم عدم توازن الشحن لا يرجع إلى المضخة. (يرجع معظم عدم توازن الشحن إلى قنوات تسرب K + كما هو موضح أعلاه.)

ح. انعكاس - هذه المضخة تفريغ بمعنى أن جميع التفاعلات قابلة للانعكاس: يمكن استخدام تدرجات Na + و K + العالية لصنع ATP من ADP و Pأنا ، على الرغم من أن هذا لم يحدث أبدًا في الجسم الحي (انظر 4 أدناه). ومع ذلك فإنه لا رجعة فيه في ذلك لا يمكن استخدام ATP لضخ Na + in و K + out. يمكن استخدامه فقط لضخ K + in و Na + out. (على عكس الوضع مع النقل المشترك لـ Na + / الجلوكوز.)

2. مثال على النقل الثانوي النشط: النقل المشترك للصوديوم / الجلوكوز

أ. يحتوي البروتين الناقل على شكلين لهما ارتباطات مختلفة للجلوكوز. يمكن لأي من النموذجين مواجهة الداخل أو الخارج.

ب. دور Na +: يؤدي ارتباط Na + بتبديل البروتين من شكل إلى آخر يغير تقارب الجلوكوز.

ج. تغيير متعلق بتكوين: من المحتمل أن يؤدي ارتباط كل من الجلوكوز و amp Na + إلى قلب البروتين ، لذا فهو يواجه خسارة & quotother & quot في كل من الجلوكوز & amp Na + يفعل نفس الشيء - يقلب البروتين بحيث يواجه & quotother & quot الطريق.

د. اتجاه نقل الجلوكوز واتجاه ثنائي مضخم الصوت: يمكن أن يكون أي من النموذجين (مع أو بدون Na +) مواجهًا للداخل أو للخارج. لذلك ، يمكن عكس هذه المضخة بمعنى أنه يمكن نظريًا استخدام Na + لضخ الجلوكوز داخل الخلية أو خارجها. ومع ذلك ، في الخلايا الطبيعية ، عند استخدام هذا البروتين ، يذهب الجلوكوز دائمًا إلى الخلية مع Na +. لماذا ا؟ (آلية التفكير ، وليس المنطق).

ب. ميزات أخرى للنقل النشط (كمرجع)

1. ناقلات ABC

أ. عائلة سوبر كبيرة من الناقلين. يمكن نقل مجموعة واسعة من المواد ، وليس الكاتيونات فقط. تنقل البروتينات المختلفة فئات مختلفة من المواد. جميع ناقلات ABC متشابهة في الهيكل.

ب. نوع النقل الأساسي النشط. يرتبط ATP بمجال بروتين حشوي يسمى an أTP بإندينغ جAssette. يقود التحلل المائي ATP حركة المادة المنقولة.

ج. أمثلة:

(1). بروتين MDR = بروتين متعدد مقاوم للأدوية. يتسبب ضخ العديد من الأدوية المختلفة الكارهة للماء من الخلايا في عدم الاستجابة للعديد من علاجات السرطان. اكتشاف أول ناقل ABC حقيقي النواة.

(2). CFTR: ينتمي البروتين المعيب في التليف الكيسي (CFTR) إلى نفس العائلة الفائقة مثل ناقلات ABC وهو مشابه في الهيكل ، ولكنه يعمل كقناة (لـ Cl -) ، وليس ناقل. ربما يفتح ATP ويغلق القناة. انظر بيكر بوكس ​​8 ب.

(3). بعض flippases - ناقلات تنقل دهون معينة من الجانب P (أو السيتوبلازم) إلى الجانب E (أو التجويف) من أغشية الخلايا.

لمعلوماتك: يستدعي بيكر جميع البروتينات الناقلة التي تساعد على تحريك الدهون عبر الغشاء "flippases" الكتب الأخرى تستخدم مصطلحات مختلفة للتمييز بين أنواع مختلفة من الناقلات.

2. هل المضخات قابلة للعكس؟

أ. نظريًا ، جميع المضخات (مثل مضخة Na + / K +) تفريغ - يمكن للمضخة تحطيم ATP واستخدام الطاقة لدفع الأيونات إلى أعلى منحدرها ، أو (إذا كان التدرج الأيوني كبيرًا بدرجة كافية) ، يمكن للأيونات التي تنزل من التدرج أن توفر طاقة حرة كافية لدفع فسفرة ADP إلى ATP. لذلك ، تسمى أحيانًا البروتينات التي تحفز النقل النشط & quotATPases & quot أو مضخات ، سواء كانت وظيفتها الطبيعية هي التحلل المائي لـ ATP أو تصنيع ATP.

ب. من الناحية العملية ، داخل الخلايا ، معظم المضخات أحادي الاتجاه. معظم (وليس كل) البروتينات الفردية & quotpump & quot تعمل بطريقة واحدة فقط في الخلايا ، لأن الطاقة الحرة القياسية لاتجاه & quotusual & quot الاتجاه سلبي للغاية. لذلك ، يتطلب الأمر تركيزات عالية جدًا من المنتجات (عالية جدًا من ATP أو تراكيز أيونية عالية جدًا ، اعتمادًا على التفاعل) لدفع التفاعل في الاتجاه & quotreverse & quot. لا يتم الوصول إلى التركيزات اللازمة لعكس التفاعل في الخلايا ، ولكن يمكن تحقيقها في أنابيب الاختبار (عن طريق إضافة ATP ، وإعداد التدرجات الأيونية ، وما إلى ذلك). وبالتالي في المختبر (في أنابيب الاختبار) ، لكن لا في الجسم الحي (في الخلايا الحية) ، يمكنك جعل المضخات تعمل في أي اتجاه. مثالان على المضخات الهامة التي يمكن عكسها (في المختبر) ، ولكن عادةً ما تعمل في اتجاه واحد (في الجسم الحي):

(1). في الأغشية الداخلية للميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء ، تُستخدم الطاقة الكيميائية أو الضوئية عبر نقل الإلكترون لإنشاء تدرج بروتوني ، والذي ينساب بعد ذلك إلى أسفل يقود الفسفرة لـ ATP. لذلك تعمل هذه الأنظمة دائمًا تقريبًا إلى جعل ATP بينما تعمل الأيونات تحت انحدارهم. (تُستخدم البروتينات المختلفة في العضيتين).

(2). المضخة Na + / K + في غشاء البلازما دائمًا تقريبًا يستخدم ATP - يقود هذا النظام الأيونات فوق تدرجاتهم على حساب ATP.

لمزيد من الأمثلة ، انظر جدول بيكر 8-3.

جرب الآن المسائل 2-3 و 2-5.

رابعا. الجمع بين كل طرق نقل الجزيئات الصغيرة أو ما هو جيد كل هذا؟

أ. كيف يحصل الجلوكوز من تجويف الأمعاء & # 8594 العضلات والخلايا الدهنية. مثال على كيفية استخدام أنواع النقل المختلفة. (المنشور 5 أ) خطوات العملية:

1. كيف يخرج الجلوكوز التجويف. يعبر الجلوكوز السطح القمي للخلايا الظهارية بشكل أساسي عن طريق النقل المشترك للصوديوم / الجلوكوز. (2 س قانون النقل)

2. دور مضخة Na + / K +. تحافظ المضخة في السطح الجانبي السفلي (BL) على انخفاض الصوديوم في الخلية ، لذا يفضل Na + التدرج دخول الصوديوم. (1 س قانون النقل)

3. كيف يخرج الجلوكوز من الخلايا الظهارية. يخرج الجلوكوز (باستثناء ذلك المستخدم في عملية التمثيل الغذائي للخلية الظهارية) من سطح الخلية BL (ويدخل السائل الخلالي) عن طريق الانتشار الميسر = النقل بوساطة الناقل. (Interst. liquid = سائل بين خلايا الجسم).

4. كيف يدخل الجلوكوز ويغادر الشعيرات الدموية - عن طريق الانتشار البسيط عبر الفراغات بين الخلايا. ملحوظة: هذا ليس بالانتشار عبر الغشاء.

5. كيف يدخل الجلوكوز خلايا الجسم - عن طريق الانتشار الميسر (= النقل بوساطة الناقل). يتم فقط إدخال الحامل في الغشاء (عن طريق اندماج الحويصلات كما هو موضح سابقًا) في بعض أنواع الخلايا (العضلات الدهنية والأمبير) في وجود الأنسولين. يكون الناقل بشكل دائم في غشاء الخلية في أنواع الخلايا الأخرى (الدماغ والكبد). انظر أدناه على ناقلات GLUT.

6. دور الفسفرة الجلوكوز. يحبس تحويل G & # 8594 G-6-phosphate G داخل الخلايا.

للحصول على أمثلة إضافية لاستخدامات الأنواع المختلفة لعمليات النقل ، انظر شكل بيكر. 8-1 أمبير 8-2. للحصول على صور للخطوات 1-3 ، راجع http://www.biology.arizona.edu/cell_bio/problem_sets/membranes/graphics/cotransport_sys.gif أو

لاحظ أن كلاهما يأتي من فصول تحتوي على ملاحظات موسعة عبر الإنترنت. تتضمن دورة الكيمياء الحيوية العديد من الرسوم المتحركة لبروتينات النقل.

ب. كيف يصل الجلوكوز إلى خلايا الجسم - نظرة أخرى على النشرة 5-أ. تم وصف الخطوات في العملية أعلاه بالترتيب الذي تحدث به. فيما يلي ملخص مع التركيز على أنواع النقل المختلفة المعنية.

1 . دور النقل النشط RT - مطلوب للحصول على الجلوكوز من التجويف إلى داخل الخلية الظهارية.

أ. النقل النشط الأساسي - تحافظ مضخة Na + / K + على انخفاض [Na +] داخل الخلايا.

ب. النقل النشط الثانوي - يدخل الجلوكوز الخلايا الظهارية عن طريق النقل المشترك للصوديوم / الجلوكوز

2. دور النقل السلبي & amp ؛ amp ؛ الفسفرة (للجلوكوز)

أ. النقل السلبي - يستخدم لنقل الجلوكوز بقية الطريق - خارج الخلايا الظهارية ، داخل وخارج الشعيرات الدموية ، إلى خلايا الجسم.

ب. فسفرة الجلوكوز - يستخدم في خلايا الجسم للحفاظ على مستوى الجلوكوز الحر عند & quot ؛ نهاية الطريق & quot ؛ منخفضًا ، والتأكد من أن تدرج الجلوكوز هو & quot ؛ أسفل & quot ؛ من الخلايا الظهارية إلى الشعيرات الدموية إلى خلايا الجسم.

3. دور الانتشار: ينتشر الجلوكوز والجزيئات الصغيرة الأخرى (ولكن ليس الجزيئات الكبيرة) داخل وخارج الشعيرات الدموية من خلال الفراغات المملوءة بالسائل بين الخلايا ، ليس عن طريق الانتشار عبر غشاء الخلية. لاحظ أن البروتينات أكبر من أن تدخل الشعيرات الدموية أو تتركها بهذه الطريقة.

4. دور ناقلات GLUT (عائلة بروتين / جينات أخرى)

أ. بروتينات GLUT هي المسؤولة عن نقل الجلوكوز بوساطة الناقل. يعتمد كل نقل الجلوكوز السلبي عبر الأغشية (الذي يتوسط فيه الناقل) على عائلة من البروتينات تسمى GLUT 1 ، GLUT 2 ، إلخ.

ب. يتم التعبير عن أفراد الأسرة المختلفين (الجينات والبروتينات) في أنواع مختلفة من الخلايا. يوجد بروتين GLUT 1 في غشاء البلازما في خلايا الدم الحمراء وأغلب الخلايا الأخرى ، وبروتين GLUT 2 على سطح BL من الخلايا الظهارية المعوية ، وبروتين GLUT 4 في الأنسجة العضلية والدهنية ، وما إلى ذلك (لاحظ أن جميع الجينات لجميع البروتينات موجودة في كل هذه الخلايا الأنواع - الحمض النووي هو نفسه!)

ج. جميع الجينات والبروتينات المقابلة متشابهة ، لكن لها اختلافات هيكلية ووظيفية كبيرة. هذا مثال آخر على عائلة الجينات / البروتين. جميع البروتينات لها بنية عامة متشابهة - 12 قطعة غشائية ، COOH ونهايات أمينية على الجانب داخل الخلايا من الغشاء ، إلخ. للحصول على صورة ، انقر هنا للحصول على رسم تخطيطي وجدول انقر هنا.

د. موضع وعمل GLUT 4 يعتمد على الأنسولين. GLUT 4 هو العضو الوحيد المعتمد على الأنسولين في الأسرة. يؤدي الأنسولين إلى إدخال بروتين GLUT 4 في غشاء البلازما ، عن طريق تحفيز اندماج الحويصلة ، كما هو موضح أعلاه. توجد جميع البروتينات الأخرى بشكل أساسي في أغشية كل منها.

ه. اتجاه النقل. لاحظ أن أحد أفراد هذه العائلة (GLUT 2) هو المسؤول عن نقل الجلوكوز من الخلايا الظهارية ، والأعضاء المختلفون هم المسؤولون عن مساعدة الجلوكوز في دخول معظم الخلايا الأخرى. يربط جميع أفراد الأسرة الجلوكوز على جانب واحد من الغشاء ، ويغيرون الشكل ويطلقون الجلوكوز على الجانب الآخر من الغشاء. تعتمد الطريقة التي ينتقل بها الجلوكوز (للداخل أو للخارج) على التركيزات النسبية للجلوكوز على جانبي الغشاء المعني ، وليس على بروتين GLUT المستخدم.

جرب المشكلة 2-9 & amp 2-12.

في المرة القادمة -- أي شيء لم نحصل عليه أعلاه سيتم تنفيذه في المرة القادمة. ثم تفاصيل عن كيفية عبور الجزيئات الكبيرة الأغشية. (بعض الأمثلة المحددة - مصائر LDL و EGF و Fe-transferrin.) كيف تدخل الجزيئات الكبيرة إلى الخلايا وتخرج منها؟ كيف تصل البروتينات المصنوعة حديثًا إلى المكان الصحيح؟


البيانات الموسعة الشكل. 1 تماثل الزيجوت لـ نينج 1 ترتبط الطفرة النقطية باستجابة منخفضة لـ LPS.

أ, نينج 1 الأنماط الجينية والأنماط الظاهرية للشاشة من الفئران المشتقة من IGL03767. يتم عرض أرقام تعريف الفئران المفحوصة. G ، جيل. ب، تسعة عشر نمطًا وراثيًا من SNV تحوروا في النسب وأنماطهم الظاهرية. جوالبرية من النوع و IGL03767 نينج 1 الجينات. تسلسل تشفير Exon 2 مكتوب بأحرف كبيرة وطفرة SNV بالخط العريض ومظللة بعلامة النجمة. المربعات الرمادية تمثل exons.

البيانات الموسعة الشكل 2 NINJ1 ضروري للـ PMR المرتبط بالتشحم الشمسي.

أ، Immunoblot لـ NINJ1 و GSDMD في محللات BMDM. ب، يسارًا ، إطلاق DD-150 في تحليل التصوير بالخلايا الحية لـ iMACs بعد التثقيب الكهربائي LPS خلال دورة زمنية مدتها 16 ساعة. صحيح ، لطخة مناعية لـ NINJ1 بوصة نينج 1 –/– أجهزة iMAC المعاد تشكيلها باستخدام NINJ1. البيانات تعني (الدوائر) ± sd. (منطقة مظللة) من ثلاث مكررات فردية. ج، Immunoblot لـ GSDMD و GSDMD-NT و NINJ1 في طاف ومستخلص من BMDMs المحفزة بالنيجيريسين. الأكتين من لطخة منفصلة. د، تم تحفيز إطلاق LDH أو IL-18 من BMDMs كما في الشكل 2 د. هيتم تحفيز إنتاج IL-6 أو TNF من BMDMs باستخدام Pam3CSK4 (TLR2) أو LPS خارج الخلية (TLR4). F، تكوين الدهون من معدة BMDMs. الدهون التي تم تحديدها هي: diacylglycerol (DAG) ، و dihydroceramide (DCER) ، و hexosylceramide (HCER) ، و lactosylceramide (LCER) ، و lysophosphatidylcholine (LPC) ، و lysophosphatidylethanolamine (LPE) ، و phosphatidylcholine (PC) ، و sphinginolamine (PC) ، TAG) ، إستر الكوليستريل (CE) ، والسيراميد (CER). ز، RNA-seq من BMDMs معدة. ح، تحليل التصوير الفاصل الزمني لإمكانات غشاء الميتوكوندريا كما تم قياسه بواسطة رباعي ميثيل رودامين ميثيل استر فوق كلورات (TMRM) في BMDMs معدة بعد التثقيب الكهربائي LPS. البيانات تعني (الدوائر) ± sd. (منطقة مظللة) من ثلاث مكررات فردية. أنا، تحليل التصوير الزمني أحادي الخلية لإطلاق TMRM و DD-150 في BMDMs من النوع البري المجهز بعد التثقيب الكهربائي LPS. النقطة الزمنية "0" تقابل نقطة الانخفاض الأقصى في TMRM لكل خلية. ي، تلطيخ الفضة للبروتينات في ثقافة طاف من BMDMs محفز بالنيجيريسين. ك، مؤامرات البقاء على قيد الحياة في كابلان ماير للفئران التي تواجه تحديًا بـ 54 مجم كجم -1 LPS. ص تم حساب القيم عن طريق اختبار جيهان - بريسلو - ويلكوكسون على الوجهين. ما لم يتم تحديد خلاف ذلك ، فإن البيانات هي وسيلة (أشرطة) لثلاث مكررات فردية على الأقل (دوائر). ن = 2 لكل نوع وراثي. للحصول على بيانات مصدر الهلام ، انظر الشكل التكميلي 1.

البيانات الموسعة الشكل 3 NINJ1 له دور عالمي في تحريض PMR المرتبط بالتضخم ، موت الخلايا المبرمج والنخر.

أ, د, ز، يتم تحفيز إطلاق HMGB1 من BMDMs مع سيسبلاتين ، فينيتوكلاكس ، أوليغوميسين (أ, د) ، أو TNF plus zVAD (ز). ب، قابلية البقاء (يسار) وإطلاق LDH (يمين) من BMDMs المحفزة بفينيتوكلاكس. ج، التعبير عن نصوص gasdermin المشار إليها في تحليل RNA-seq لـ BMDMs. FPKM ، أجزاء لكل كيلو قاعدة من النص لكل مليون قراءة معينة. ه، صور المجال الساطع من BMDMs المزروعة مع الأوليغوميسين. أشرطة مقياس ، 25 ميكرومتر. F، تحفيز تلطيخ البروتينات بالفضة في الثقافة الطافية لـ BMDMs مع TNF و zVAD. ما لم يتم تحديد خلاف ذلك ، فإن البيانات هي وسيلة (أشرطة) لثلاث مكررات فردية على الأقل (دوائر). ن = 2 لكل نوع وراثي. للحصول على بيانات مصدر الهلام ، انظر الشكل التكميلي 1.

البيانات الموسعة الشكل. 4 شجرة النشوء والتطور ومحاذاة تسلسل الأحماض الأمينية لـ NINJ1 و NINJ2.

أ، Immunoblot of Flag-NINJ1 من الشكل 4 أ ممثل تجربتين مستقلتين. ب، إصدار LDH من خلايا HEK293T المنقولة من Flag-NINJ1. البيانات هي وسيلة (أشرطة) لثلاث مكررات فردية على الأقل (دوائر) ج، السمية الخلوية للإنسان والفأر غير الموسوم NINJ1 و NINJ2 و dNINJ-A و B و C في خلايا HEK293T. البيانات هي وسيلة (أشرطة) لأربعة مكررات فردية على الأقل (دوائر). د، شجرة النشوء والتطور لـ NINJ1 و NINJ2. تمثل الأرقام درجات المسافة المعيارية (عدد بدائل الأحماض الأمينية لكل طول المحاذاة). ه، المحاذاة المتعددة لتسلسل الأحماض الأمينية NINJ1 و NINJ2 مع مجال الحلزون خارج الخلية الذي تنبأ به JPred المميز باللون الأزرق. F، المحاذاة المتعددة لتسلسل الأحماض الأمينية NINJ1 مع مجال الحلزون α خارج الخلية الذي تنبأ به JPred. ز، أطياف ثنائية اللون دائرية لببتيد منطقة NINJ1 α-helix الذي يظهر نمط α-helix مميز (انخفاضان عند 208 نانومتر و 222 نانومتر). ح، اللطخة المناعية للعلم – NINJ1 من الشكل 4 ب تمثل تجربتين مستقلتين. للحصول على بيانات مصدر الهلام ، انظر الشكل التكميلي 1.

البيانات الموسعة الشكل. 5 التحليل البيوكيميائي لـ NINJ1.

أ، أعلى ، هيكل المجال NINJ1. السمية المتوسطة للخلايا من النوع البري NINJ1 أو NINJ1 الموسوم بعلامة العلم مع طفرات نقطة البرولين في خلايا HEK293T. تشير الأرقام إلى مواضع بقايا الأحماض الأمينية التي تم استبدالها بالبرولين. تم تطبيع السمية الخلوية (درجة القتل) ضد التحكم من النوع البري NINJ1. أسفل ، طعمة مناعية للعلم – NINJ1. البيانات هي وسيلة (أشرطة) لثلاث مكررات فردية على الأقل (دوائر). ب، يسار ، السمية الخلوية لطفرات NINJ1 أو NINJ1 من النوع البري الموسومة بعلامة العلم في خلايا HEK293T. صحيح ، لطخة مناعية للعلم – NINJ1. البيانات هي وسيلة (أشرطة) لأربعة مكررات فردية على الأقل (دوائر). ج، يسار ، إطلاق DD-150 في تصوير الخلايا الحية لـ نينج 1 –/– أعيد تشكيل أجهزة iMAC باستخدام NINJ1 بعد التثقيب الكهربائي LPS. صحيح ، لطخة مناعية لـ iMACs مع جسم مضاد متعدد النسيلة مضاد لـ NINJ1. البيانات تعني (الدوائر) ± sd. (منطقة مظللة) من ثلاث مكررات فردية. د, ه، اللطخة المناعية لـ NINJ1 في معدة BMDMDs محفزة باستخدام LPS electroporation أو nigericin (د) ، أو في BMDMDs غير معدة مزروعة بالمنبهات المشار إليها (ه). F، تحليل SDS-PAGE لعلامة الفوسفات من LPS electroporation- أو BMDMs المحفزة بالنيجيريسين مع أو بدون المعالجة المسبقة للستوروسبورين. S6 ، بروتين الريبوسوم S6. النتائج في دF تمثل تجربتين مستقلتين. للحصول على بيانات مصدر الهلام ، انظر الشكل التكميلي 1.

البيانات الموسعة الشكل 6 توطين الخلايا الفرعية لـ NINJ1.

الفحص المجهري المناعي لـ NINJ1 والعلامات الموضحة في BMDMs معدة. أشرطة مقياس ، 25 ميكرومتر. تمثل الصور المجهرية تجربتين مستقلتين.

البيانات الموسعة الشكل. 7 توصيف المجال الحلزوني α خارج الخلية NINJ1.

أ، النموذج الحسابي للمجال خارج الخلية NINJ1. بقايا رمادية ، كارهة للماء أزرق ، بقايا مشحونة سالبة أزرق فاتح ، بقايا قطبية حمراء ، بقايا موجبة الشحنة. ب، لطخة مناعية للعلم – NINJ1 في خلايا HEK293T من الشكل 4 هـ ، ممثل تجربتين مستقلتين. ج، إطلاق شحنة الجسيمات الشحمية بواسطة الببتيد NINJ1 α-helix area peptide ، أو متغير التسلسل المخفوق ، أو Melittin (ببتيد سم النحل الحلزوني ألفا). البيانات هي وسيلة (أشرطة) لأربعة مكررات فردية (دوائر). ص تم حساب القيمة باستخدام الطالب غير المزاوج ثنائي الذيل ر-اختبار. د، إطلاق DD-150 في تصوير الخلايا الحية لـ BMDMs بعد التحفيز بواسطة nigericin في وجود 20 ميكروغرام مل من الأجسام المضادة أحادية النسيلة المشار إليها. البيانات تعني (الدوائر) ± sd. (منطقة مظللة) من أربعة مكررات فردية. mAb ، جسم مضاد أحادي النسيلة. للحصول على بيانات مصدر الهلام ، انظر الشكل التكميلي 1.

البيانات الموسعة الشكل. 8 توصيف غسدمد –/– Gsdme –/– BMDMs والأجسام المضادة أحادية النسيلة المضادة لـ NINJ1.

أ، Immunoblot لـ GSDME في BMDMs. GSDME من لطخة منفصلة. ب، اللطخات المناعية مع استنساخ الأجسام المضادة أحادية النسيلة NINJ1 المضادة للفأر 25 في خلايا HEK293T المنقولة باستخدام التركيبات ذات العلامات المشار إليها. النتائج في أ و ب تمثل تجربتين مستقلتين. للحصول على بيانات مصدر الهلام ، انظر الشكل التكميلي 1.


تأثير التيارات الأيونية لغشاء البلازما على مضان الكلوروفيل وإخماد الإثارة في شارا البلاستيدات الخضراء

تُظهر الخلايا العملاقة المضيئة من الطحالب الشارسية استثارة الغشاء بالإضافة إلى الأنماط المكانية لعملية التمثيل الضوئي وتدفق الغشاء H +. ينتج عن إثارة البلازما في ظل هذه الظروف تدهور عابر للمناطق القلوية والحمضية الخارجية ويمنع التمثيل الضوئي في المناطق القلوية. يتبع توليد جهد الفعل في interodes المنقوشة فرط استقطاب الخلية الذي يبلغ ذروته في دقيقة واحدة ويستمر حتى 15 دقيقة. من أجل استبعاد تأثير إمكانية الانجراف على استجابة البلاستيدات الخضراء لإثارة غشاء البلازما ، تم تطبيق وضع مشبك الجهد في هذا العمل ، وتم رصد تغيرات الكلوروفيل الفلورية الناتجة عن نبضة إزالة الاستقطاب القصيرة. تم العثور على إزاحة الاستقطاب لإمكانات الغشاء تحت ظروف مشبك الجهد لإحداث انخفاض كبير في (F _ << text)>> ^ <<< >>> ) تألق الكلوروفيل ونشاط التمثيل الضوئي ، بشرط أن يتم تشغيل تيارات Ca 2+ و Cl الداخلية وأن حالة ثابتة إلى الداخل H + تدفق (أو OH - تدفق) استمر قبل التطبيق من المحفز الكهربائي. تم العثور على التيارات الأيونية التي يسببها نزع الاستقطاب والتي تم قياسها في مناطق الخلايا القلوية والحمضية تحت الضوء وفي الظلام اختلافًا كبيرًا. تتوافق النتائج مع الفكرة القائلة بأن التدفق الهائل للداخل H + الذي يحدث في مناطق الخلايا القلوية تحت الإضاءة يرتبط بالتحول الحمضي لدرجة الحموضة السيتوبلازمية. يمكن تحديد السعات المتباينة للتيارات الأيونية في أجزاء الخلية المختلفة جزئيًا من خلال وجود العديد من الانغماسات البلازمية ، والكرزومات الموضعية على وجه التحديد في المناطق الحمضية ، بالإضافة إلى التغيرات الموضعية الحادة في الأس الهيدروجيني الخارجي في المناطق الحمضية أثناء انثقاب جدار الخلية مع قياس microelectrode.


ما العوامل التي تؤثر على نفاذية غشاء الخلية؟

تتأثر نفاذية غشاء الخلية بالقطبية والشحنة الكهربائية والكتلة المولية للجزيئات التي تنتشر من خلاله. تؤثر الطبقات الفوسوليبيدية التي يتكون منها غشاء الخلية أيضًا على نفاذه.

يتكون غشاء الخلية من طبقتين من الفوسوليبيد. تحتوي كل طبقة على رأس مشحون كهربائيًا ومحبة للماء ، في حين أن الذيل غير مشحون ومقاوم للماء. وتتجه الرؤوس المشحونة كهربائياً لهذه الطبقات نحو الماء. ذيول غير مشحونة تواجه بعضها البعض. هذا يسهل على الجزيئات الصغيرة المشحونة بشكل محايد المرور عبر غشاء الخلية على عكس الجزيئات المشحونة والأكبر. تمنع طبقات الفوسوليبيد أيضًا المواد غير الدهنية القابلة للذوبان من المرور عبر غشاء الخلية.

يقول موقع Physiology Web إن أغشية الخلايا قابلة للاختراق بشكل انتقائي ، مما يسمح لبعض المواد بالمرور مع تقييد مرور الآخرين. هذا ضروري لتزويد الخلية بالعناصر الغذائية ، والقضاء على النفايات ومنع الجزيئات غير المرغوب فيها من دخول الخلية. يقول WiseGeek إن طبقات الفسفوليبيد المزدوجة لغشاء الخلية تشمل رؤوسًا قطبية وذيولًا غير قطبية. يقول موقع Physiology Web إن أغشية الخلايا منفذة جدًا للجزيئات غير القطبية ، مثل الأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون والمنشطات. على العكس من ذلك ، تكون الأغشية أقل نفاذية للجزيئات القطبية الصغيرة ، مثل الماء والجليسرول واليوريا والإيثانول ، وهي غير منفذة بدرجة كبيرة للجزيئات القطبية الكبيرة ، مثل الجلوكوز والسكروز.

تقول شبكة علم وظائف الأعضاء إن الشحنة الكهربائية تلعب أيضًا دورًا مهمًا في نفاذية الأغشية. لا تستطيع الجسيمات المشحونة أو الأيونات اختراق غشاء الخلية. تتطلب هذه الجسيمات المشحونة ، مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والهيدروجين وأيونات الكلور ، بروتينات نقل متخصصة لنقلها عبر الغشاء. تحمل بروتينات النقل أيضًا جزيئات مثل الجلوكوز والماء والإيثانول عبر الأغشية. هذا يعني أن الخلية لديها سيطرة أكبر على عدد الجزيئات التي تمر عبرها ، وعدد المرات.


أساليب

الاستنساخ الجزيئي

استخدمنا استنساخ الفئران AnkG (270 كيلو دالتون) لجميع التجارب في هذه الدراسة. تم تضخيم الحمض النووي المقابل لأول خمسة تكرارات ankyrin لمجال ربط الغشاء (R1-R5: البقايا 38-200) بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل وربطه في ناقل مشتق من pCold (Takara Bio Inc. ، اليابان) ، حيث يوجد موقع انقسام أصلي لعامل Xa تم استبدال البروتياز بموقع انقسام البروتياز لفيروس التبغ (TEV). يشفر التركيب الناتج بروتينًا يحتوي على بقايا إضافية فقط ، Gly-Thr ، عند الطرف N بعد انشقاق TEV.

تعبير البروتين وتنقيته

تم التعبير عن بروتينات AnkG (R1-R5) في الإشريكية القولونية [BL21 (DE3) pLysS] المزروعة في وسط 2YT عند 16 درجة مئوية ويتم تحفيزها باستخدام 0.4 ملي مولار من IPTG لمدة 20 ساعة. تم حصاد الخلايا عن طريق الطرد المركزي ، وبعد ذلك تم فصل كريات الخلية عن طريق الصوتنة في محلول تحلل (10 ملي مولار كلفن).2HPO4، pH 7.3 ، 250 ملي بوكل ، 1 ملي مولار EDTA ، 5 ملي مولار- ME ، 1 ملي مولار PMSF) وتمت إزالة المادة غير القابلة للذوبان عن طريق الطرد المركزي. تم تطبيق الجزء القابل للذوبان المتبقي ، والذي يحتوي على بروتينات AnkG الموسومة ، على عمود مشحون بالنيكل بحجم 20 مل من HisPrep FF (GE Healthcare Japan ، اليابان) وتم التصفية باستخدام 500 ملي إيميدازول على نظام تنقية ÄKTA (GE Healthcare Japan ، اليابان) ). بعد تحلية الإيميدازول ، تم شق البروتينات التي تحمل علاماته باستخدام بروتياز TEV (

300 ميكرومتر لمدة 24 ساعة عند 4 درجات مئوية). تم جمع بروتينات AnkG في التدفق من خلال عمود النيكل Hisprep وتم تمديدها إلى عمود الترشيح الهلامي superdex200 (GE Healthcare Japan ، اليابان). تم بعد ذلك تركيز البروتينات المنقاة بشكل أكبر من خلال التبادل المؤقت باستخدام مرشح Amicon للطرد المركزي (Merck Millipore Corp. ، الولايات المتحدة الأمريكية) إلى 10 مجم / مل [مذاب في 50 ملي كلوريد الصوديوم ، 5 ملي مولار Tris-HCl (pH 7.5)] ثم تم استخدامها من أجل خطوة التبلور.

التبلور وجمع البيانات وتحديد الهيكل

نمت بلورات AnkG (R1-R5) على ألواح فحص بلورية عند 20 درجة مئوية باستخدام انتشار بخار الجلوس. نمت بلورات الشكل المخفض لـ AnkG من خليط 1: 1 من محلول البروتين ومحلول الخزان المحتوي على 50 ملي مولار من كلوريد الكالسيوم2، 100 ملي Bis-Tris (درجة الحموضة 7.0) ، 30٪ وزن / حجم PEG550 MME (الفهرس رقم 26 ، Hamptom Research ، الولايات المتحدة الأمريكية) (الشكل 1). نمت بلورات الشكل المؤكسد لـ AnkG من خليط 1: 1 من محلول البروتين ومحلول الخزان الذي يحتوي على 10 ملي MgCl2-هكساهيدرات ، 50 ملي تريس- حمض الهيدروكلوريك (درجة الحموضة 7.5) ، 1.6 م (NH4)2وبالتالي4 (Natrix # 26 ، Hamptom Research ، الولايات المتحدة الأمريكية) (الشكل 2). لجمع البيانات ، تم نقل البلورات إلى 20-25٪ PEG200 واقي من التجمد وتبريدها بالفلاش في نيتروجين سائل. تم جمع البيانات في BL44XU SPring-8 (هيوغو ، اليابان) ، وهي مجهزة بكاشف MX-225HE CCD (Rayonix ، الولايات المتحدة الأمريكية) ومدعومة مالياً من Academia Sinica والمركز الوطني لأبحاث الإشعاع السنكروتروني (تايوان ، جمهورية الصين). تنتمي بلورة الشكل المصغر إلى P21212 مجموعة الفضاء والأشعة السينية المنعكسة إلى 1.62 Å ، بينما تنتمي بلورة الشكل المؤكسد إلى المجموعة الفضائية C121 والأشعة السينية المنعكسة إلى 1.83 Å.

تمت معالجة جميع البيانات باستخدام HKL2000 (HKL Research Inc. ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم حل الهيكل الأساسي للشكل المخفض لـ ANKG (R1-R5) عن طريق الاستبدال الجزيئي بـ Phaser 39 باستخدام هيكل مجال ربط غشاء AnkR كقالب (1N11 ، المخلفات 637-791) وتم بناء نموذج هيكلي أولي باستخدام البرنامج ارب / انفتل 40. تم استخدام الهيكل الأولي بعد ذلك كقالب في الاستبدال الجزيئي لتحديد البنية المؤكسدة وتم بناء نموذج بنجاح باستخدام Arp / Warp ، على الرغم من الهيكل غير المطوي للتكرار الأول (الشكل 2 أ). P2121احتوت الوحدة غير المتماثلة للمجموعة الفضائية من الشكل المختزل على جزيئين ، بينما احتوت الوحدة غير المتماثلة للمجموعة الفضائية C121 للشكل المؤكسد على جزيء قاتم واحد. تم تنفيذ المباني النموذجية في Coot 41. تمكنا من تجميع 158 من البقايا في كل من السلسلتين بالشكل المختزل و 134 من البقايا في كل سلسلتين في هيكل الشكل المؤكسد. تم تنقيح جميع النماذج باستخدام REFMAC5 42 وتم تضمين معلمات TLS عندما تم تنقيح الهيكل المؤكسد (الجدول 1).

تم إجراء المقارنة الهيكلية والتراكب بين AnkG (40–194) و AnkB (كود PDB 2030-2184 # 4RLV و # 4RLY) باستخدام lsqkab في مجموعة CCP4 و r.m.s.d. تم حسابه (الشكل 1 د). لمقارنة بنية النموذج الدقيق مع البنية البلورية (الشكل المصغر) ، قمنا بتراكب هياكل الجسم الحلزونية (اثنان من الحلزونات α الخمسة المضادة للتوازي) وحددنا الانحراف الهيكلي للأصابع الحلقية (الشكل 5). تمت مقارنة هياكل الشكل المخفف والمؤكسد لـ AnkG أيضًا في نطاق المخلفات 68-194 (الشكل التكميلي S3). تم أيضًا تحليل الجزء الأولي من R2 (المخلفات 95-100) ، حلقة الإصبع لـ R4 (المخلفات 168-175) وحلقة الإصبع لـ R2 (المخلفات 100-110) لإجراء مقارنات هيكلية (الشكل 1 د والشكل التكميلي S3) ). تم حساب المساحات السطحية لنماذج الهيكل باستخدام areaimol في مجموعة CCP4 (الشكل التكميلي S6).

تحليل الترشيح الهلامي للثنائي المعتمد على الأكسدة والاختزال

تم تحديد الأوزان الجزيئية للبروتينات المؤكسدة / المختزلة المنقاة كما هو موضح سابقًا 21،43،44. تم تحضين بروتينات AnkG (R1-R5) المنقية (0.5 مجم / مل) أولاً بـ 100 ميكرومتر H2ا2 لمدة ساعة أو 4 ساعات عند 4 درجات مئوية ثم مع 5 ملي مولار من DTT لمدة ساعة عند 4 درجات مئوية بعد الأكسدة. تم بعد ذلك تمرير محاليل البروتين (100 ميكرولتر لكل منهما) من خلال عمود ترشيح جل superdex200 (GE Healthcare Japan ، اليابان) تمت معايرته باستخدام مخزن التحميل المؤقت (250 ملي مولار بوكل ، 10 ملي مولار كلفن).2HPO4 [pH 7.3]) على نظام تنقية ÄKTA (GE Healthcare Japan ، اليابان) عند 4 درجات مئوية ومعدل تدفق 0.5 مل دقيقة -1. تمت مراقبة الواتس عند 280 نانومتر وتم تحليل الأوزان الجزيئية وقياس العناصر الكيميائية على أساس قمم المراوغة باستخدام ستة علامات كتلة جزيئية بروتينية قياسية (GE Healthcare Japan ، اليابان) (الشكل 2C).

محاكاة الديناميات الجزيئية

تم إجراء جميع عمليات محاكاة MD باستخدام إصدار حزمة برامج GROMACS 4.6.5 45. لقد أجرينا محاكاة MD ذات الحبيبات الخشنة لثلاثة أنظمة ، نخيل - AnkG ، nonpalmitoylated-AnkG و AnkG dimer ، باستخدام مجال قوة مارتيني 46،47،48 (الإصدار 2.2 للأحماض الأمينية والإصدار 2.0 للدهون والأيونات) لتحليل سلوك AnkG حول الغشاء. تم إنشاء معلمات مجال القوة لـ Cys-palmitoylated عن طريق استبدال ذرة السلسلة الجانبية Cys بسلسلة أسيل بالميتويل. تتكون جميع الأنظمة الثلاثة من بروتين (AnkG) ، وهو طبقة دهنية ثنائية تتكون من 410 جزيئات 1-palmitoyl-2-oleoyl-phosphatidylethanolamine (POPE) وجزيئات الماء والأيونات. كانت أحجام الأنظمة تقريبًا 11 × 11 × 17 نانومتر 3 ، 11 × 11 × 17 نانومتر 3 و 11 × 11 × 20 نانومتر 3 ، على التوالي. تم تطبيق شرط الحدود الدورية على جميع عمليات المحاكاة. من خلال تغيير ترتيب البروتين ، قمنا بإعداد 100 و 10 و 16 هيكلًا أوليًا لأنظمة ثنائيات البلميتويليتيد - AnkG و nonpalmitoylated-AnkG و AnkG ، على التوالي. تم بناء هياكل البروتين الخشنة الحبيبات على أساس هياكل الأشعة السينية باستخدام برنامج martinize.py وتم دمج نموذج الشبكة المرنة مع نموذج Martini للحفاظ على هياكلها من الدرجة الثالثة. تم ضبط قيم القطع السفلية والعلوية للرابطة المرنة على 0.5 و 0.9 نانومتر ، على التوالي ، وتم ضبط ثابت قوة الرابطة المرنة على 5000 كيلوجول / مول 1 نانومتر −2. قللنا طاقة هذه الأنظمة إلى الحد الأدنى ، وقمنا بمعايرتها مع قيود الموضع لذرات العمود الفقري ثم أجرينا عمليات إنتاج 1 ميكرو ثانية بخطوة زمنية قدرها 25 fs في مجموعة NPT (310 كلفن ، 1 بار) باستخدام منظم الحرارة V-resale 49 و بيرندسن باروستات 50. تم حساب التفاعلات الكهروستاتيكية باستخدام طريقة شبكة الجسيمات Ewald (PME) 51،52.

تم تحليل جميع المسارات بفاصل 2 نانوثانية (أي 500 لقطة لكل محاكاة 1 ميكرو ثانية). اعتبرنا اللقطة بمثابة "تلامس" إذا كانت المسافة الدنيا بين ذرات الغشاء وذرات AnkG أقل من 6 Å.تم تعريف "حدث الإدراج" على أنه أول مرة لوحظ فيها التفاعل بين الغشاء و Cys70 من AnkG في ثلاث لقطات متتالية وتم اعتبار المسارات مع "حدث الإدراج" على أنها "مدرجة". تم تعريف احتمال التلامس بين الغشاء و AnkG على أنه احتمال التواجد بالقرب من طبقة ثنائية الدهون وتم حساب الاحتمال لكل بقايا كنسبة اللقطات التي يوجد فيها تفاعل بين البقايا والذرات في رأس دهني- مجموعة مثل C1A و C1B و NH3 و PO4 في مجال قوة مارتيني ، أثناء المسارات بعد "حدث الإدراج" أو "الاتصال" الأول بين AnkG والغشاء.

أجرينا أيضًا محاكاة MD دقيقة الحبيبات (جميع الذرات) لتحليل التفاعل بين طبقة ثنائية الدهون و AnkG في المستوى الذري (الشكل 5). تم اختيار شكل نموذجي لربط AnkG في غشاء POPE وحلها

150 ملي كلوريد الصوديوم في صندوق مستطيل. تم إجراء عمليات المحاكاة باستخدام حالة حد دورية وعولجت التفاعلات الكهروستاتيكية باستخدام طريقة PME. تم تطبيق مجال القوة CHARMM36 53 على الأحماض الأمينية وجزيئات الدهون والأيونات وتم تطبيق نموذج TIP3P 54 على جزيئات الماء. تم إنشاء معلمات لـ s-palmitoylated Cys من خلال الجمع بين معلمات مجال القوة لبقايا Cys في CHARMM مع تلك الخاصة بسلسلة palmitoyl acyl في الدهون. تم تقييد جميع الروابط بواسطة خوارزمية LINCS 55. لقد قمنا بتقليل الطاقة للنظام بأكمله ثم قمنا بزيادة درجة حرارة النظام تدريجيًا باستخدام منظم الحرارة V-resale مع قيود الموضع للذرات الثقيلة في البروتين. تم إجراء تشغيل إنتاج 5-ns بخطوة زمنية 2 fs في مجموعة NPT مع قيود الموضع لذرات العمود الفقري في البروتين لتخفيف توافق السلسلة الجانبية. تم التحكم في درجة حرارة وضغط النظام عند 310 كلفن و 1 بار باستخدام ترموستات Nose-Hoover 56،57 و Parrinello-Rahman barostat 58،59 على التوالي.


شاهد الفيديو: الصيغة الأمبيرية للمواد الأيونية - جزء 2 (قد 2022).


تعليقات:

  1. Ori

    دعونا نناقش هذه المسألة. هنا أو في المساء.

  2. Patrick

    أنا لكم ملزم جدا.

  3. Goktilar

    أعتقد أنك ستسمح بالخطأ. اكتب لي في PM ، سنناقش.

  4. Tygosho

    حسنا شكرا لك. وميض حقا. دعونا نصلحه الآن

  5. Dajar

    أحسنت ، عبارة رائعة وفي الوقت المناسب

  6. Bacage

    بالتاكيد. وقد صادفت مع هذا.

  7. Yrre

    هناك شيء في هذا. اعتدت أن أفكر بشكل مختلف ، شكرًا جزيلاً على المعلومات.

  8. Karayan

    أعتقد أنك مخطئ. يمكنني الدفاع عن موقفي. اكتب لي في رئيس الوزراء ، سنتحدث.



اكتب رسالة