عبد العزيز: بوت: أضاف قالب:معرفات مركب كيميائي

2022-12-14T00:40:49Z

صفحة جديدة

{{عن|جهد غشائي||جهد (توضيح)}}
'''الجهد الغشائي''' {{إنج|membrane potential}} (أو '''الجهد عبر الغشائي''') الكهربائي [[خلية|لخليّة]] ما هو الفرق ب[[كمون كهربائي|الكمون الكهربائي]] بين داخل وخارج الخلية، أي بين جهتي [[غشاء خلوي|الغشاء]].<ref>{{استشهاد بدورية محكمة |عدة مؤلفين=Laughlin SB, de Ruyter van Steveninck RR, Anderson JC | تاريخ = May 1998| عنوان = The metabolic cost of neural information| صحيفة = Nat. Neurosci.| المجلد = 1| العدد = 1| صفحات = 36–41|pmid = 10195106 | doi = 10.1038/236}}</ref><ref>{{استشهاد بدورية محكمة |عدة مؤلفين=Mummert H, Gradmann D | سنة = 1991 | عنوان = Action potentials in Acetabularia: measurement and simulation of voltage-gated fluxes |مسار=https://archive.org/details/sim_journal-of-membrane-biology_1991-12_124_3/page/265 | صحيفة = Journal of Membrane Biology | المجلد = 124 | صفحات = 265–73 | pmid = 1664861 | doi = 10.1007/BF01994359 | العدد = 3}}</ref><ref>{{استشهاد بكتاب | مؤلف = Eisenman G | سنة = 1965 | الفصل = Some elementary factors involved in specific ion permeation | عنوان = Proc. 23rd Int. Congr. Physiol. Sci., Tokyo | ناشر = Excerta Med. Found. | مكان = Amsterdam | صفحات = 489–506}}</ref> إنّ السائل أو المحلول الموجود داخل أو خارج الخلية عادة ما يكون [[موصلية (كهرباء)|موصلاً جيّدًا]] لكثرة [[أيون|الأيونات]] فيه، في حين يكون غشاء الخلية [[سيتوبلازم|الهيولي]] عادة ذا [[مقاومة كهربائية]] مرتفعة. لذا، فإنّ التغيير ما بين الكمون خارج الخلية وداخلها يحدث في طبقة الغشاء الدقيقة ولهذا السبب يدعى جهد الغشاء كذلك الجهد '''عبر''' الغشاء.

وإن وجود الغشاء الهيولي حول الخلية يوفّر بيئة مناسبة لحدوث كل العمليات البيولوجية. وللمحافظة على تراكيز أيونات معيّنة في داخل وخارج الخلية الحيّة، فإنّ الغشاء نفسه يحتوي على الكثير من [[قناة أيونية|القنوات الشاردية]] و[[مضخة أيونية|مضخات أيونيّة]] و[[تبادل أيوني|ناقلي أيونات]] التي تقوم بنقل الأيونات (أحيانًا بعكس [[قانوني فيك للانتشار|تدرج التركيز]] لكل أيون). في ال[[فيزيولوجيا عصبية|فيزيولوجيا العصبية]]، فإنّ المحافظة على [[جهد الراحة]] هو خطوة أساسيّة لما يسمى [[جهد الفعل|كمون الفعل]] المساهم بنقل الشارة الكهربائية بشكل [[سيال عصبي]] أو انقباض [[عضلة|عضلي]].

== جهد الاعتكاس ==

{{مفصلة|جهد الاعتكاس}}

يعرّف '''[[جهد الاعتكاس]]''' (أو '''جهد التوازن'''، في بعض الحالات) لأيون معيّن على أنّه الجهد عبر الغشائي اللازم ليكون هنالك توازن بين [[قانون كولوم|القوة الكهربائية]] الناتجة عن [[انتشار]] الأيون بحسب تدرج التراكيز خاصته وبين القوة النابعة من حركة الجزئيات نفسها بفعل الانتشار. بما معناه أنّ الجهد عبر الغشائي يطابق (يكون معاكسًا بالضبط) لقوة انتشار الأيونات، بحيث يكون تيّار الأيونات الكلّي ثابتًا ومساويًا لصفر. [[معادلة نرنست]] تستخدم لحساب جهد الاعتكاس لأيون واحد، وإذا كان هو الأيون الوحيد الموجود في المحلول داخل وخارج الخلية، يكون الجهد هو نفسه جهد التوازن للخلية. على سبيل المثال، فإنّ جهد الاعتكاس لأيون [[بوتاسيوم|البوتاسيوم]] هو:

:<math>E_{eq, K^+} = \frac{RT}{zF} \operatorname{ln} \frac{\left[K^+\right]_o}{\left[K^+\right]_i}</math>،

حيث:
* <math>E_{eq,K^+}</math> هو جهد الاعتكاس لأيون البوتاسيوم، بوحدات [[فولت]]؛
* ''R'' هو [[ثابت الغازات العام]]، وهو مساوٍ لـ [[جول|J]] [[كلفن|K-1]] [[مول|mol-1]] 8.314؛
* ''T'' هي [[درجة حرارة|درجة الحرارة]] المطلقة، أي بوحدات [[كلفن]]؛
* ''z'' هي [[شحنة كهربائية|الشحنة الكهربائية]] للأيون - أي z = +1 بالنسبة لأيون البوتاسيوم؛
* ''F'' هو [[ثابت فاراداي]]، ويعادل [[كولوم|C]] [[مول|mol-1]] 96,485 ؛
* <math>\ [K^+]_o</math> هو [[تركيز مولي|تركيز]] أيونات البوتاسيوم في الوسط خارج الخلية، بوحدات [[مول|mol]] [[متر|m-3]]، و
* <math>\ [K^+]_i</math> هو تركيز أيونات البوتاسيوم في الوسط داخل الخلية.

كما يبدو من المعادلة أعلاه، فحتّى إذا كان لأيونين مختلفين ذات الشحنة الكهربائية (كأيون البوتاسيوم، <math>K^+</math>، وأيون الصوديوم، <math>Na^+</math>، على سبيل المثال)، ممكن أن تكن لهما جهود اعتكاس مختلفة تمامًا، حتّى بالإشارة. فمثلاً، في حالة أيون الصوديوم وأيون البوتاسيوم في [[عصبون]]، فإنّ جهد الاعتكاس للبوتاسيوم هو <math>\ -84 mV</math>، حيث أن تركيزه خارج العصبون في الوضع الطبيعي هو [[تركيز مولي|mM]] <math>\ 5</math> وmM <math>\ 140</math> داخله. بالمقابل، فلأيون الصوديوم هنالك جهد اعتكاس يعادل <math>\ +40 mV</math>، حيث أنّ تركيزه خارج الخلية هو mM <math>\ 140</math> وفي داخلها mM <math>\ 12</math> تقريبًا.

وتجدر الإشارة إلى أنّ [[جهد الراحة]] الفيزيولوجي أقرب إلى جهد الاعتكاس للبوتاسيوم، في حين أنّ [[جهد الفعل|كمون الفعل]] يحدث عادة لدى تنشيط [[قناة أيونية|القنوات الشاردية]] التي تدخل الصوديوم إلى العصبون، بحيث يرتفع الجهد الغشائي للخلية ليقترب أكثر فأكثر إلى جهد الاعتكاس الخاص بالصوديوم، خاصة في ذروة [[جهد الفعل|كمون الفعل]].

== جهد الراحة ==

{{مفصلة|جهد الراحة}}

عندما يكون جهد الغشاء ثابتًا، نسبيًا، وتكون الخليّة هامدة (أي في حالة غير فعّآلة كهربائيًا)، ينعت هذا الجهد ب'''جهد الراحة للغشاء'''، وهذا بعكس حالات أخرى ك[[جهد الفعل|كمون الفعل]] أو التغيير التدريجي في الجهد الغشائي والتي هي بمثابة ظواهر كهركيميائية ديناميّة. من ناحية [[فيزياء حيوية|فيزيائية-حيوية]]، ليس هنالك أي فرق بين جهد الراحة والظواهر الديناميّة ك[[جهد الفعل|كمون الفعل]]، فكل هذه الظواهر سببها الأساسي هو التغييرات في نفاذية غشاء الخلية لأيونات [[بوتاسيوم|البوتاسيوم]] و[[صوديوم|الصوديوم]] و[[كالسيوم|الكالسيوم]] و[[كلور|الكلور]]، والتي تحدث جراء التغييرات المتناسقة في القدرات الوظيفية ل[[قناة أيونية|لقنوات الشاردية]] و[[مضخة شاردية|المضخات الشاردية]] و[[ناقل الأيون|ناقلات]] و[[حامل الأيون|حاملات]] الأيونات.

إذا وجدت عدة أنواع من الأيونات في الوسط الخارجي للعصبون وفي [[سيتوبلازم|الهيولى]]، فيكون لكل منها جهد اعتكاس الذي يتحدد وفق [[معادلة نرنست]]. لكنّ جهد الراحة للغشاء، أي الجهد الذي لا يوجد فيه أي تيّار أيونات صافٍ عبر الغشاء يختلف عادة عن أي من جهود الاعتكاس. عوضًا عن ذلك، فإنّ جهد الراحة يتحدد وفق [[معادلة غولدمان]] التي تأخذ بالحسبان كل أنواع وتراكيز الأيونات الموجودة، بالإضافة إلى النفاذية النسبية لكل أيون عبر الغشاء الهيولي. وإنّ معادلة غولدمان بالنسبة لثلاثة الأيونات وحيدة القيمة (صوديوم وبوتاسيوم وكالسيوم) الأهم بالنسبة لجهد الغشاء في كمون الفعل:

:<math>E_m = \frac{RT}{F} \operatorname{ln} \left(\frac{P_K [K^+]_o + P_Na [Na^+]_o + P_Cl [Cl^-]_i}{P_K [K^+]_i + P_Na [Na^+]_i + P_Cl [Cl^-]_o}\right)</math>

حيث الإشارات الرياضية مطابقة للإشارات في القسم السابق، و''Pi'' هي النفاذية النسبية للأيون ''i'' عبر الغشاء الهيولي. يجدر الذكر أنّ بسبب كون أيون الكلور ذا شحنة سالبة، فإنّ تأثيره في المعادلة معاكس لتأثير الأيونات الأخرى؛ تركيزه خارج الخلية يظهر في ال[[مقام (رياضيات)|مقام]]، في حين يظهر تركيزه داخل الخلية في [[بسط (رياضيات)|البسط]]. بالإضافة، فإذا أردنا إدراج تأثير أيون الكالسيوم في المعادلة، وهو تأثير بالغ الأهمية إذا ما نظرنا إلى كمون الفعل في [[خلية عضلية]]، فإنّ معادلة جهد التوازن تصبح أكثر معقّدة. بالإضافة، لغالبية الخلايا الحيوانية الهامدة، فإنّ الغشاء الهيولي نَفوذ لأيون البوتاسيوم أكثر بكثير من أي من الأيونات الأخرى المهمة، ولذا يكون جهد الراحة أقرب إلى جهد الاعتكاس لأيون البوتاسيوم منه إلى الأيونات الأخرى.

لتوضيح النقطة السابقة، لنفرض أنّ خلية ما موجودة في وسط يحتوي على أيونات بوتاسيوم وصوديوم فحسب، وأنّ السائل الهيولي الداخلي للخلية يحتوي على هذين الأيونين فقط هو الآخر. بالإضافة إلى ذلك، لنفرض أنّ للأيونات نفاذية نسبية متساوية، وأنّ تراكيزهما متساوية لكنها معكوسة (أي تركيز البوتاسيوم داخل الخلية يساوي تركيز الصوديوم خارج الخلية والعكس أيضًا)، بما معناه أنّ [[قانوني فيك للانتشار|التدفق الصافي]] لكل من الأيونات عبر غشاء الخلية متساوي فيما عدا اتجاه هذا التدفق. في هذه الحالة، سيكون لأيونات البوتاسيوم جهد اعتكاس معيّن، <math>E_K</math>، في حين يكون لأيونات الصوديوم جهد اعتكاس يحقّق: <math>E_{Na} = - E_k</math>. بسبب التماثل بين الأيونين في هذه الحالة، فإنّ جهد الراحة للخلية سيساوي [[متوسط حسابي|المتوسط الحسابي]] لجهدي اعتكاس الأيونين، أي صفر في هذه الحالة. طبعًا، فبالإمكان استخلاص نفس النتيجة من معادلة غولدمان أعلاه.

مع هذا، فيجب التنويه إلى أنّ هذه حالة من التوازن غير المستقر، حيث أنّ جهد يعادل صفرًا لا يؤدي إلى عدم وجود تيارات أيونية عبر غشاء الخلية، بل العكس هو الصحيح، إذ أنّ الأيونات ستستمر في التدفق وفق تدرج تراكيزها، ولكن جهد الغشاء يبقى ثابتًا بفعل [[مضخات شاردية]] تعمل بعكس تدرج التراكيز لأيونات البوتاسيوم والصوديوم، فتعمل على إدخال أيونات البوتاسيوم إلى الخلية وإخراج أيونات الصوديوم منها. عمل هذه المضخات يحتاج إلى جزيئات [[أدينوسين ثلاثي الفوسفات|أدينوزين ثلاثي الفوسفات]]، ولهذا السبب فإنّ مثل الحالة الموصوفة أعلاه والتي تتساوي فيها التفاذية النسبية للأيونات هي ذات فعالية منخفضة. لذا، ففي الخلية الحيوية تكون هنالك نفاذية نسبية عالية لأيون البوتاسيوم (أي أن جهد الراحة يكون قريب لجهد اعتكاس البوتاسيوم)، في حين يتم التلاعب بجهد الغشاء بواسطة تغيير النفاذية النسبية للأيونات الأخرى، كالصوديوم أو الكلور (مثلما يحدث في [[جهد الفعل|كمون الفعل]])، عن طريق فتح أو إغلاق القنوات الشاردية، على سبيل المثال.

في الوضع الفيزيولوجي [[خلية حيوانية|لخلية حيوانيّة]] تعادل نفاذية أيون الصوديوم حوالي %5 من نفاذية أيون البوتاسيوم. هذا الأمر يجعل جهد الراحة للخلية قريبًا من جهد اعتكاس أيون البوتاسيوم مع ميل بسيط نحو الصفر، أي <math>-73 \ mV</math>.

نقطة مهمّة أخرى هي كون [[غشاء خلوي|الطبقة الثنائية الدسمة]] ذات نفاذية صغيرة جدًا للماء ولأيونات البوتاسيوم والصوديوم. مع ذلك، فإنّ الغشاء يحتوي على العديد من قنوات المياه و[[قناة أيونية|القنوات]] و[[مضخة شاردية|المضخات الشاردية]] و[[مبادل أيونات|مبادلات الأيونات]] و[[تبادل أيوني|ناقلات الأيونات]] والتي تمكن من زيادة النفاذية النسبية لبعض الأيونات أو لجزيئات الماء.

== انظر أيضًا ==
* [[جهد الفعل|كمون الفعل]]
* [[معادلة نرنست]]
* [[معادلة غولدمان]]
* [[تأشير الخلية|إشارة (أحياء)]]
[[ريوباز]]

== مراجع ==
{{مراجع}}

{{علوم عصبية}}
{{مصادر طبية}}
{{معرفات مركب كيميائي}}
{{شريط بوابات|الفيزياء|الكيمياء|كيمياء فيزيائية|علم الأحياء|الكيمياء الحيوية}}
{{روابط شقيقة|commons=Membrane potential}}
{{ضبط استنادي}}

[[تصنيف:اتصالات خلوية]]
[[تصنيف:تأشير خلوي]]
[[تصنيف:توصيل الإشارة]]
[[تصنيف:علوم عصبية خلوية]]
[[تصنيف:عمليات خلوية]]
[[تصنيف:علم الأحياء الغشائي]]
[[تصنيف:فيزيولوجيا كهربائية]]
[[تصنيف:كيمياء كهربائية]]

جهد غشائي - تاريخ المراجعة

عبد العزيز: بوت: أضاف قالب:معرفات مركب كيميائي