Нейрон

Neuron by PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, licensed under CC-BY-4.0 (https://phet.colorado.edu)

Жоба тақырыбы: Жүйке жасушасының мембраналық потенциалы

Виртуалды зертханалық жұмыстың мақсаты:

  • Жүйке жасушасының мембраналық потенциалының жұмыс істеуінің негізгі принциптерін зерттеу.
  • Сыртқы фактордың мембраналық потенциалға әсерін зерттеу үшін виртуалды тәжірибе жүргізу.
  • Жүйке импульсінің пайда болуы және оны өткізуінде мембраналық потенциалдың рөлі туралы тұжырымдар жасау.

Теориялық бөлім

Әрбір тірі жасуша мембранасының электр заряды бар. Бұл заряд тірі жасуша зарядталған бөлшектер — иондарды сіңіріп және бөліп отыратындықтан түзіледі. Мембрананың электр заряды — жасушаның тірі екендігінің белгісі. Тыныштық күйінде жасуша мембранасының сыртқы жағы — оң, ал ішкі цитоплазма жағы теріс зарядталған. Жасуша тірі кезінде бұл зарядтар айырмашылығы сақталады және мембрана потенциалы(тыныштық потенциалы) деп аталады. Жүйке жасушасында бұл көрсеткіш шамасы 70 мВ құрайды.

Егер жүйке жасушасына жүйке импульсі әсер етсе, мембрананың заряды өзгереді. Бұл өзгеріс әрекет потенциалы деп аталады. Нейрон жасушасының әрекет потенциалы 110-120 мВ құрайды.

Дереккөздер:

  1. Жүйке импульсінің пайда болуы және әртүрлі нейрон типтерінде оларды өткізу көрсеткіштері. (2019). Биология. Жалпы білім беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқулық.

Виртуалды тәжірибе

play-rounded-fill
03:07

Жүйке жасушасының мембраналық потенциалы

Бұл виртуалды симуляцияда жүйке жасушасы арқылы жүйке импульсінің өту процесін бақылайтын боласыз.

1-қадам. Алдымен шартты белгілермен танысып өтейік. Экранның оң жағындағы Legend бөлімінде белгілер және олардың білдіретін атаулары көрсетілген. (төменде берілген терминдер сөздігіне назар аударыңыз).

2-қадам. Ал төменгі Show бөлімінде берілген тармақтарға құсбелгі қою немесе алу арқылы иондарды, мембрана зарядын, иондардың сандық концентрация көрсеткішін және потенциал графигін көрсете немесе жасыра аласыз.

3-қадам. Экранның сол жақ бөлігінде зуммер берілген. Ол арқылы сіз нысанды алыстата немесе жақындата аласыз.

4-қадам. Қазіргі сіз бақылап отырған көрініс бұл тыныштық потенциалы күйіндегі жүйке жасушасының мембранасында болып жатқан процесс, яғни Na+ және K+ каналдарының көпшілігі жабық. Олардың концентрация шамасына назар аударатын болсақ, жасушаның сыртқы бөлігінде Na+  концентрациясы K+ салыстырғанда әлдеқайда жоғары, ал цитоплазмада керісінше екендігін байқауға болады. Сонымен қатар, жасуша мембранасының ішкі жағында -,  ал сыртқы жағында + заряд сақталған.

5-қадам. Енді нейрон жасушасына жүйке импульсінің әсерін бақылап көрейік. Ол үшін Stimulate neuron батырмасын басыңыз. 

6-қадам. Сіз мембрана зарядтарының ауысқанын, яғни тыныштық потенциалының әрекет потенциалына ауысқанын байқай аласыз. Қалыпты жағдайда бұл процесс өте тез өтеді, процессті баяулату үшін Slow motion режимін таңдап, Stimulate neuron батырмасын қайта басыңыз және нысанды ұлғайтыңыз.

7-қадам. Әрекет потенциалының орын алу кезеңдері:

  1. Деполяризация. Na+ каналдары қысқа уақытқа ашылып, нәтижесінде Na+ диффузия жолымен жасушаға енеді. Бұл жасушаның ішкі зарядын терістен оңға ауыстырады.
  1. Реполяризация. Жасуша ішінде Na+ концентрациясының артуы K+ каналдарының ашылуын тудырады, нәтижесінде К+ жасуша сыртына шыға бастайды және жасушаның ішкі заряды қайта теріс зарядқа ауысады.
  1. Гиперполяризация. Na+ каналдары жабылып, мембрана потенциалы тыныштық күйіндегі теріс мәнінен төмен күйге жетеді.
  1. K+ каналдары Na+ каналдарынан сәл кеш жабылады. Сөйтіп, жасуша біртіндеп бастапқы тыныштық потенциалы күйіне келеді.

8-қадам. Әрекет потенциалының жүру кезеңдерін график күйінде көру үшін, Potential chart тұсына құсбелгі қойып, Stimulate neuron батырмасын қайта басыңыз.

Біздің миымызда болып жатқан процесстердің барлығы осы күрделі реакцияға негізделген. Әдетте, мида бірнеше миллисекунд ішінде миллиондаған жүйке импульстері бір нейроннан екінші нейронға беріліп отырады. Сол арқылы мидың ойлауы, бұлшықеттің жиырылуы, жүректің соғуы секілді процесстер жүзеге асады.

Қорытынды

Бұл симуляция оқушыларға нейронда болып жатқан күрделі процестерді көрнекі түрде бақылауға және бұл процестердің жүйке жүйесіне ақпаратты берумен қалай байланысты екенін түсінуге мүмкіндік берді.

Терминдер сөздігі

Neuron-Нейрон-Жүйке жасушасы

Membrane potential-Мембранный потенциал-Мембраналық потенциал

Sodium ion-Ион натрия-Натрий ионы

Potassium ion-Ион калия-Калий ионы

Sodium gated channel-Закрытый натриевый канал-Жабық натрий каналы

Potassium gated channel-Закрытый калиевый канал-Жабық калий каналы

Sodium leak channel-Канал утечки натрия-Ашық натрий каналы

Potassium leak channel-Канал утечки калия-Ашық калий каналы

All ions-Все ионы-Барлық иондар

Charges-Заряды-Зарядтар

Concentrations-Концентрации-Концентрациялар

Potential chart-График потенциала-Потенциал графигі