פרק שני Flashcards
(31 cards)
כיצד פועלות תעלות יונים ומהו מתח תעלת יונים?
תעלות יונים הן חלבונים ממברנליים שמעבירים יונים דרך קרום התא בהתאם למפל הריכוזים שלהם.
תעלות אלו קובעות את הפרש המטענים החשמלי משני צדי הממברנה.
כאשר התעלה סגורה, אין מעבר יונים.
כאשר התעלה נפתחת, יונים יכולים לזרום דרך התעלה לפי מפל הריכוזים שלהם.
חלק מהתעלות נפתחות בצורה סלקטיבית בהתאם לסיגנלים חשמליים או כימיים.
מהי שיטת Patch Clamp, וכיצד היא משמשת לחקר תעלות יונים?
נניח שיש לך בלון קטן מאוד (כמו התא) ואתה רוצה לבדוק אם יש בו חורים קטנטנים שדרכם עוברים מים (כמו היונים בתעלה). איך תעשה את זה?
אז המדענים המציאו דרך חכמה – הם לוקחים צינור זכוכית מאוד קטן ושקוף, מצמידים אותו לתא כמו מדבקה, ויוצרים חיבור מאוד חזק (עם וואקום). כך אפשר למדוד אם יונים (כמו המים שלנו) נכנסים או יוצאים דרך ה”חורים” האלו – שזה התעלות.
🔹 כמה שואבים? מאוד בעדינות – עם כוח של 50 עד 100 ג’יגה-אוהם (שזה מלא התנגדות חשמלית).
🔹 איך יודעים שהתעלה פתוחה או סגורה? לפי הזרם החשמלי שעובר דרכה!
יש כל מיני דרכים לבדוק:
* cell attached / on-cell patch configuration – התעלה עדיין בתא, ואנחנו רואים איך היא עובדת טבעית.
* Whole cell configuration – במקום לראות רק תעלה אחת, אנחנו מודדים את כל החשמל שעובר דרך התעלות של התא כולו.
* exised space configurations – במקרים מסוימים מוציאים חלק קטן מהתא כדי לבדוק איך תעלה מתנהגת מחוץ לסביבה שלה.
מהו מבנה התעלות, ואילו תת-יחידות הן המרכיבות אותן?
תעלות יונים מורכבות ממספר תת-יחידות, שלכל אחת תפקיד שונה:
תת-יחידות אלפא (alpha subunits):
מורכבות מ-2 עד 6 יחידות חלבון שונות.
נקראות גם Pore-Forming Subunits כי הן יוצרות את תעלת המעבר ליונים.
אם תעלה מורכבת מתת-יחידת אלפא אחת בלבד, היא נקראת תעלה הומומרית.
אם התעלה מורכבת מכמה תתי-יחידות אלפא שונות, היא נקראת תעלה הטרומרית.
תת-יחידות בטא וגמא (beta/gamma subunits):
יחידות עזר שאינן יוצרות את מעבר היונים עצמו.
תורמות לייצוב מבני של התעלה ולתפקוד התקין שלה.
אחראיות על רגולציה ושליטה בפעילות התעלה.
מהו ההבדל בין תעלת יונים למשאבה?
תעלות יונים פועלות באופן פסיבי, ואילו משאבות דורשות אנרגיה לפעולתן.
התעלות מאפשרות זרימה טבעית של יונים לפי מפל הריכוזים שלהם.
משאבות, לעומת זאת, פועלות כנגד מפל הריכוזים ודורשות השקעת ATP.
קיימות תעלות מים מיוחדות (Aqueous Pores) שמעבירות מים ויונים בזרימה מבוקרת.
מעבר יונים דרך התעלות גורם ליצירת זרם חשמלי שמוביל לתגובות פיזיולוגיות בתא.
מהו מבנה תת-יחידות אלפא, וכיצד הן נוצרות?
יצירת תת-יחידת אלפא מתחילה בתוך גרעין התא, שם נמצא הגן המקודד לחלבון זה ב-DNA.
אם התעלה היא הטרומרית, כל תת-יחידה תקבל תפקיד ייחודי לפי המבנה שלה.
כאשר החלבון מסונתז בריבוזום, הוא מתחיל להתקפל לפי רצף חומצות האמינו שלו.
מתקבלת מבנה סלילי מסוג α-helix, אשר חוצה את הממברנה מספר פעמים.
החלבון מועבר לרשת האנדופלזמתית, שם הוא מתקפל סופית ומוחדר לממברנה
כיצד נבנית תת-יחידת אלפא ומהו מבנה הסלילים החוצים את הממברנה?
קיים רצף בדיאןאי שמכתיב כיצד תיראה תת-יחידת אלפא.
היחידה מכילה סלילים חוצי ממברנה, אשר משמשים כשערים למעבר יונים.
מספר הסלילים החוצי-ממברנה נע בין 24-26 סלילים, והם קובעים את התפקוד הספציפי של התעלה.
תת-היחידה מסוגלת לזהות יונים מתאימים ולהעבירם במהירות דרך התעלה.
חומצות אמינו הידרופוביות מאפשרות שילוב של החלבון בתוך שכבת השומן של הממברנה.
חומצות אמינו קוטביות משתתפות בקביעת הסלקטיביות של התעלה למעבר יונים מסוימים בלבד.
כיצד מסווגות תעלות יונים לפי סוג המטען שהן מעבירות?
התעלות מסווגות לשתי קבוצות עיקריות:
תעלות קטיונים (Cation Permeable) – מעבירות רק יונים חיוביים:
תעלות נתרן בלבד.
תעלות אשלגן בלבד.
תעלות סידן בלבד.
תעלות המעבירות מספר קטיונים בעלי מטען חיובי +1.
תעלות אניונים (Anion Permeable) – מעבירות רק יונים שליליים:
תעלות כלור.
תעלות ביקרבונט.
תעלות אחרות המתמחות ביונים שליליים מסוימים.
כיצד תעלות יונים מבצעות סלקטיביות ומונעות כניסה של יונים לא רצויים?
כל תעלה מותאמת לגודל וסוג היון שהיא מעבירה.
יונים עטופים במולקולות מים, מה שמשפיע על היכולת שלהם להיכנס לתעלה.
תעלות מסוימות מכילות מסננים מולקולריים המסוגלים להבחין בגודל ובמטען היון.
לדוגמה, תעלות עם 6 מולקולות מים סביב היון יאפשרו מעבר של יונים בגודל המתאים בלבד.
אם יון מסוים אינו מתאים במדויק, התעלה לא תאפשר את המעבר שלו.
מהו מסנן הסלקטיביות (Selectivity Filter) בתעלות יונים?
סנן הסלקטיביות הוא אזור בתוך התעלה המכיל 4-6 חומצות אמינו ייחודיות, היוצרות אינטראקציה מדויקת עם היונים.
רק יונים בעלי גודל וסידור מתאים יכולים לעבור דרך התעלה.
לדוגמה, תעלת אשלגן מאפשרת רק לאשלגן לעבור, אפילו אם נתרן קטן יותר, בגלל ההתאמה המרחבית המדויקת.
כיצד יונים נעים בתוך התעלה, ומה משפיע על מהירות המעבר שלהם?
כאשר תעלה פתוחה, היונים נעים במהירות גבוהה מאוד לאורך מפל הריכוזים שלהם.
היונים מתקדמים בגלל כוחות אלקטרוסטטיים שמושכים אותם לצד השני של הממברנה.
מעבר היונים יכול להיות חד-כיווני או דו-כיווני, בהתאם למצב החשמלי של הממברנה ולתנאים הסביבתיים.
בזמן המעבר, היונים עוברים בתוך מסנן סלקטיבי, שם הם מתקשרים עם חומצות אמינו קוטביות שמוודאות שהם היונים הנכונים למעבר.
מהו Gating וכיצד הוא משפיע על פתיחה וסגירה של תעלות יונים?
Gating הוא המנגנון ששולט על פתיחת וסגירת תעלות יונים, ולכן הוא חיוני לקביעת זרם היונים בתא.
התעלות אינן פתוחות כל הזמן, אלא נפתחות רק בתגובה לגירוי מסוים.
קיימים סוגים שונים של Gating, בהתאם לסיגנל שמפעיל את התעלה.
מהן הקבוצות העיקריות של תעלות יונים לפי מנגנון ה-Gating שלהן?
תעלות תלויות מתח (Voltage Gated)
נפתחות כאשר יש שינוי במתח הממברנה.
דוגמה: תעלות נתרן, סידן ואשלגן.
כל תעלה מגיבה לערך מתח שונה, מה שמכתיב את תזמון פתיחתה.
התעלות משתתפות בהעברת אותות חשמליים, כמו בפוטנציאל פעולה בתאי עצב.
תעלות תלויות ליגנד (Ligand Gated)
נפתחות כאשר מולקולה חיצונית (ליגנד) נקשרת אליהן.
דוגמה: קולטנים נוירונליים שנפתחים בנוכחות מוליכים עצביים.
הליגנד קובע אם התעלה תיפתח או תישאר סגורה.
תעלות תלויות אות (Signal Gated)
מופעלות על ידי שינוי פנימי בתוך התא, כמו קישור של חלבון או מולקולת סיגנל.
מאפשרות ויסות של מעבר יונים בתגובה לאותות תאיים.
תעלות תלויות מתיחה (Stretch Gated)
מגיבות למתח פיזי על קרום התא, כמו לחץ מכני או מתיחה.
משמשות לחישה של שינויים מכניים, כמו תגובה ללחץ דם.
דוגמאות: תעלות המגיבות לאצטילכולין (acetylcholine), GABA, Glycine, Glutamate במערכות עצבים ושרירים.
כיצד נשמר מפל ריכוזים בין פנים התא לחוץ התא?
מבנה הממברנה שומר על הבדלים בין הסביבה החיצונית לפנימית.
חומרים נכנסים ויוצאים בהתאם למפל הריכוזים שלהם.
מעבר חומרים מתבצע דרך:
דיפוזיה – מעבר חופשי של מולקולות קטנות.
תעלות יונים – מעבר מבוקר של יונים.
משאבות – העברת חומרים נגד מפל הריכוזים באמצעות ATP.
כיצד פועלת בקרת לחץ הדם, ואילו קולטנים משתתפים בתהליך?
בקרת לחץ הדם מתבצעת באמצעות קולטנים בדם שמרגישים שינויים בלחץ.
הקולטנים שולחים אותות למוח, והוא מפעיל תגובה מתאימה:
אם לחץ הדם גבוה, תופעל האטת קצב הלב.
אם לחץ הדם נמוך, תופעל הגברת קצב הלב והיצרות כלי הדם.
ברורצפטורים (Baroreceptors) – קולטנים שנמצאים ברוב העורקים הראשיים ומזהים שינויים בלחץ.
ויסות הלחץ מתבצע דרך שינויים בפעילות מערכת העצבים, הורמונים וכלי הדם.
איך עובדת רגולציה של חמצן ופחמן דו חמצני?
היא מתבצעת בגזע המוח, הנשימה מופעלת בעקבות רמת פדח גבוה בדם,
אשר יש ריכוז חמצן נמוך, הגוף מגיב במספר דרכים:
נושמים מהר ועמוק יותר – תגובה מהירה שמספקת יותר חמצן לרקמות.
הורדת ה-pH על ידי העלאת הקרבונט – תגובה לטווח של ימים המאפשרת שמירה על איזון חומצה-בסיס בגוף.
עלייה בכמות כדוריות הדם האדומות – תגובה לטווח ארוך המסייעת להובלת יותר חמצן ברקמות.
מהו משוב שלילי (Negative Feedback) וכיצד הוא פועל בגוף?
מערכת הבקרה בגוף בנויה על עקרון של משוב שלילי.
כאשר מתרחש שינוי (כמו עלייה בלחץ הדם), הגוף מזהה את השינוי ופועל להחזיר את המצב לקדמותו.
דוגמה:
עלייה בלחץ הדם גורמת להאטת קצב הלב, מה שמוריד חזרה את הלחץ לערכים תקינים.
מתבצע תהליך מחזורי של זיהוי השינוי ותגובה שמפחיתה אותו.
מהו בקרת משוב מקדימה (Feed Forward Regulation)?
מערכת זו מזהה שינוי קרב לפני שהוא קורה בפועל.
דוגמה: כאשר הגוף מתכונן לפעילות גופנית, הוא מגביר את זרימת הדם והחמצן מראש, עוד לפני שהשרירים מתחילים לעבוד.
מאפשר תגובה מהירה ויעילה יותר לשינויים צפויים.
מהו משוב חיובי (Positive Feedback), ואיך הוא פועל בגוף?
שוב חיובי מחזק את השינוי ולא מחזיר את המערכת לנקודת האיזון.
דוגמה:
קרישת דם – כאשר יש פציעה, תאי הדם משחררים חומרים שמעודדים קרישה, וכך הקרישה מתגברת עד שהפצע נסגר.
לידה – התכווצויות הרחם גורמות לשחרור הורמון אוקסיטוצין, שמגביר עוד יותר את ההתכווצויות עד שהתינוק נולד.
משוב חיובי משמש במצבים בהם נדרש תהליך שמתחזק מעצמו ולא חוזר לאיזון מיידי.
מהי התאקלמות, וכיצד היא קשורה להומאוסטזיס?
התאקלמות היא תהליך שבו הגוף מסתגל לשינויים חיצוניים:
לדוגמה, כאשר אדם עובר לאזור קר או חם יותר, הגוף משנה את קצב ייצור החום או הזיעה.
חלבונים מסוימים משתנים כדי להתאים את התא לתנאים החדשים.
במקרים קיצוניים, התאים עלולים לעבור שינוי קבוע במבנה שלהם כדי להסתגל לטווח הארוך.
pacemakerעקרון ה
מנגנון השולט בקצב הפעילות של מערכות פיזיולוגיות בגוף.
לדוגמה, קוצב הלב הטבעי מווסת את קצב פעימות הלב באופן עצמאי, תוך התאמה לצורכי הגוף.
פועל על בסיס אותות חשמליים שנשלחים לתאים מתמחים, אשר מפעילים את מערכת השרירים או העצבים.
קוצבי קצב קיימים גם במערכות אחרות בגוף, כמו קוצבי קצב נשימתיים במוח, השולטים על קצב הנשימה.
השפעת ה-Pacemaker תלויה בהומאוסטזיס ובבקרת משוב שלילי, כך שהקצב מותאם לדרישות הגוף בזמן מאמץ או מנוחה.
מהן התיאוריות להזדקנות, וכיצד הן משפיעות על ההומאוסטזיס?
קיימות שתי תיאוריות עיקריות:
תיאוריית ה-DNA (Genome Based Theory)
קובעת שההזדקנות מושפעת מהשינויים המצטברים ב-DNA, שעלולים לפגוע בתפקוד התאים.
תיאוריית העקה החמצונית (Oxidative Stress Hypothesis)
טוענת כי רדיקלים חופשיים מצטברים בגוף עם הזמן, וגורמים לנזק מצטבר לתאים ולמערכות.
בשני המקרים, כאשר הנזקים מצטברים לרמה קריטית, הגוף אינו מצליח לשמור על ההומאוסטזיס, מה שמוביל להזדקנות ולתפקוד ירוד של המערכות.
מהו לחץ (Stress), אילו סוגים קיימים, וכיצד הגוף מגיב אליו?
לחץ נגרם כתוצאה מחשיפה לגורמים חיצוניים או פנימיים המכונים stressors.
סוגי לחץ:
פיזי – פציעה או עומס גופני.
פסיכולוגי – לחץ נפשי, חרדה או מתח.
ביולוגי – שינויים הורמונליים או חוסר איזון כימי בגוף.
הגוף מגיב ללחץ באמצעות שחרור הורמונים כמו אדרנלין וקורטיזול, אשר מכינים את הגוף להתמודד עם המצב:
עלייה בקצב הלב ולחץ הדם.
הגברת זרימת הדם לשרירים לצורך תגובה מהירה.
האטת מערכות פחות חיוניות, כמו מערכת העיכול.לחץ מתון (סטרס קל) יכול להיות חיובי, מאחר שהוא מגביר ערנות ותגובה מהירה.
לחץ כרוני או קיצוני פוגע בבריאות, מחליש את מערכת החיסון, ויכול להוביל למחלות.
מהן מערכת העצבים המרכזית וההיקפית, וכיצד הן פועלות?
מערכת העצבים מחולקת ל-2:
מערכת העצבים המרכזית (CNS - Central Nervous System)
מורכבת מהמוח וחוט השדרה.
אחראית על עיבוד מידע, קבלת החלטות ושליחת פקודות לגוף.
מערכת העצבים ההיקפית (PNS - Peripheral Nervous System)
מורכבת מעצבים היקפיים המחברים את ה-CNS לאיברי הגוף.
מחולקת לשתי תת-מערכות:
מערכת סומטית – שולטת בתנועות רצוניות (כמו תנועות ידיים ורגליים).
מערכת אוטונומית – שולטת בתהליכים לא רצוניים, כמו נשימה, דופק ועיכול.
כיצד בנוי תא עצב (נוירון), ומה תפקיד כל חלק?
Soma (גוף התא):
מכיל את גרעין התא ואת אברוני התא, כמו מיטוכונדריה, ריבוזומים ו-ER.
מרכז הבקרה של הנוירון.
Dendrite (דנדריטים):
שלוחות קצרות המתפצלות מגוף התא.
קולטות אותות חשמליים מתאים אחרים ומעבירות אותם לגוף התא.
Axon (אקסון):
שלוחה ארוכה המעבירה אותות עצביים מגוף התא לכיוון תא המטרה.
יכול להגיע לאורך של עד 1 מטר, כמו בתאי עצב מוטוריים.
הקוטר נע בין 1 מ”מ ל-25 מ”מ, מה שמשפיע על מהירות ההולכה העצבית.
Axon Hillock (גבעת האקסון):
אזור בו מתחיל פוטנציאל הפעולה (האות החשמלי).
Axon Terminal (קצות האקסון):
האזור בו מתבצע שחרור הנוירוטרנסמיטרים לסינפסה (נקודת החיבור עם תא המטרה).
