תאי העצב הם מוליכי המידע של גופנו. אפשר לדמות אותם לחוטי חשמל ארוכים המתוחים לאורכה של המערכת המורכבת והמסובכת המוליכה מידע בגוף. בכל מקום שמידע או פקודות מגיעים אליו נמצא גם הקצה של תא עצב. תאי העצב מוליכים את המידע באמצעות אותות חשמליים (פוטנציאל פעולה) שעוברים בין השאר בתיווכם של אותות כימיים (נוירוטרנסמיטורים). פוטנציאל הפעולה נוצר באמצעות תעלות יונים-חלבונים שמוליכים במהירות יונים דרך הממברנה שבדופן התא.
היישומון שלפנינו מסביר איך מועבר האות החשמלי בפוטנציאל הפעולה, תוך מתן דגש לתפקידן של תעלות היונים. לצפייה ביישומון לחצו על התמונה ופתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).
היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.
אם המושגים "תעלות יוניות", "מפל ריכוזי יונים" או "פוטנציאל פעולה" אינם ברורים לכם לגמרי, אני ממליץ לכם לצפות כאן באתר בסרטונים: משאבת נתרן אשלגן – מנוע מפלי ריכוזים; פוטנציאל הפעולה – הולכת אותות חשמליים בגוף; כיצד נוצר מתח הממברנה; ומעבר חומרים דרך ממברנות ביולוגיות.
ביישומון מוצג אקסון התא, כלומר האזור המוארך והמבודד של תא העצב שמשמש כמוליך לאותות מהאזור הקולט (הדנדריטים) לאזור המעביר (קצה האקסון). האזור זה מוצג כמבנה גלילי, שחלקו החיצוני הוא הממברנה, חלקו הפנימי הוא הציטוזול, והצורות שבתוך הממברנה הן התעלות היוניות (מוליכי היונים).
לפני שנתחיל לעבוד עם היישומון התבוננו בתא כולו (תלחצו על סימן המינוס עד הסוף). סמנו את האפשרויות "הצג את כל היונים", "טבלת מתחים" ו"הצג מטענים". לאחר מכן הביטו בתמונה. האם אתם רואים תנועה כלשהי של יונים? באיזה כיוון? דרך אילו תעלות? אם אתם מתקשים לזהות, מקדו את התמונה בעזרת סימן הפלוס. מדוע לדעתכם היונים נעים דווקא בכיוון זה ולא בכיוון ההפוך?
כעת לחצו על "הפעל תא" וצפו ביונים הנעים דרך התעלות. האם קצב התנועה השתנה? האם אותם יונים נעים כל הזמן באותו הכיוון? מדוע לדעתכם? האם אתם רואים תלות בין תנועת היונים לגרף המתחים?
כעת אפסו את הכל, סמנו את אותן אפשרויות שסימנתם קודם והתמקדו בממברנה בעזרת הפלוס. הפעילו את התא שוב. האם אתם רואים שינוי בתעלות היוניות בזמן מעבר פוטנציאל הפעולה? האם הן נפתחות/נסגרת באותו זמן? האם אתם רואים קשר בין מועד פתיחתן (וזרימת היונים בכיוון מסוים) לבין המתח בטבלת המתחים? מה אתם מסיקים על תפקיד היונים השונים בפוטנציאל הפעולה? (רמז, שימו לב לשינוי במטען המופיע על הממברנה). מה לדעתכם תפקידן של תעלות הדליפה שפתוחות כל הזמן? בהתחשב בעובדה שמתח המנוחה הוא שלילי (כמינוס 70 mV) מהי תעלת הדליפה המשפיעה ביותר?
ביישומון הזה זיהינו ראינו את השחקנים המרכזיים בפוטנציאל הפעולה באקסון וראינו איך הם פועלים בתיאום זה עם זה ומה השפעתם על מתח הממברנה ועל התקדמות פוטנציאל הפעולה. התהליך עצמו מורכב יותר ומכיל תעלות יוניות נוספות, משאבת נתרן-אשלגן שבונה את מפל ריכוזי היונים ועוד. תעלות היונים הן שחקניות מפתח בהולכת פוטנציאל הפעולה, ועל כן הן גם משמשות מטרה לרעלנים שונים כמו הטטראודוטוקסין – חסם תעלת נתרן שמופק מדג הפוגו (אבו-נפחא). ברפואה ובמחקר נעשה שימוש רב ברעלנים כאלה. (מדוע לדעתכם?)
שאלה למתקדמים: הביטו בתעלת הנתרן וראו שיש לה שלושה מצבי פתיחה: סגורה עם כדור בחוץ, פתוחה, או פתוחה עם כדור בפנים (שחוסם מעבר יונים). מדוע לדעתכם קיים מנגנון כזה?
ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
