آلية النقل المشبكي: مقر و آلية تأثير الأستيل كولين

💭الفرضيات: نفترض أنّ الأستيل كولين يتثبّت على مستقبلات غشائية في الغشاء بعد المشبكي، وأنّ هذا التثبيت يفتح قنوات تدخل عبرها شوارد إلى داخل الخلية فيتغيّر الكمون الغشائي.

وقبل الشروع في الأنشطة، لا بدّ من رؤية موضع المشكلة: صورة بالمجهر الإلكتروني لمنطقة اتّصال عصبي تبيّن أنّ الخليّتين قبل مشبكية وبعد مشبكية لا تشكّلان هيولى واحدة.

تكبير الصورة

لدراسة ما يحدث على مستوى الغشاء بعد المشبكي، لا بدّ من أداة تقيس ما يعبر جزءا صغيرا جدّا منه. وتبيّن الوثيقة الموالية ثلاث طرق لعزل هذا الجزء بواسطة ماصّة مجهرية تحتوي على سائل ناقل ومتّصلة بجهاز حسّاس للتيّارات الكهربائية.

تكبير الصورة

لدراسة تيّارات الغشاء دراسة دقيقة، لا يكفي أن نسجّل الكمون: ينبغي أن نفرضه. ويبيّن الشكل ⁦(1)⁩ من الوثيقة الموالية تركيبا يسمح بذلك، بينما يبيّن الشكل ⁦(2)⁩ الكمون المفروض في مثال محدّد.

تكبير الصورة

ينتقل كمون العمل من الخلية قبل المشبكية إلى الخلية بعد المشبكية بفضل مبلّغات كيميائية مثل الأستيل كولين. والتجارب التالية تبيّن أين يؤثّر هذا المبلّغ: استُعملت في الأولى مادة سامّة مشعّة يفرزها ثعبان، وفي الثانية أجسام مضادة مفلورة موجّهة ضدّ مستقبلات الأستيل كولين.

تكبير الصورة

عزلنا جزءا من الغشاء بعد المشبكي، وبقي أن نعرف مصدر التيّارات التي تُسجَّل عليه. لذلك سُجّلت التيّارات المتولّدة في هذا الجزء إثر تنبيه متزايد الشدّة للغشاء قبل المشبكي، علما أنّ حقن كمّيات متزايدة من الأستيل كولين مباشرة في الشقّ المشبكي يعطي النتيجة نفسها.

تكبير الصورة

بقي أن نعرف ما الذي يعبر الغشاء فيولّد هذه التيّارات. لذلك عُزلت قطع من الغشاء بعد المشبكي، وهي تتحوصل تلقائيا، وحُقنت بشوارد الصوديوم المشعّة، ثمّ وُضعت في وسط ملائم خال من هذه الشوارد، وقيس الإشعاع في الوسط قبل إضافة الأستيل كولين وبعدها.

تكبير الصورة

عرفنا أنّ للأستيل كولين مستقبلات في الغشاء بعد المشبكي، وأنّ تثبيته عليها يفتح قنوات الصوديوم. فبقي أن ننظر في بنية هذا المستقبل نفسه، لنرى العلاقة بينه وبين القناة.

تكبير الصورة

لدراسة عبور الرسالة العصبية منطقةَ الاتّصال بين ليفين عصبيين، وهي المنطقة م، نُبّه الليف قبل المشبكي وسُجّل الكمون الغشائي بإلكترود مجهري ج1 مغروس فيه قبل المنطقة م، وبإلكترود مجهري ج2 مغروس في الليف بعد المشبكي بعدها. ثمّ حُقنت في المنطقة م كمّيات متزايدة من الأستيل كولين، وسُجّلت استجابة الليف بعد المشبكي (الوثيقة ⁦(10)⁩).

تكبير الصورة

في تركيب تجريبي مماثل لتركيب الوثيقة ⁦(10)⁩، نُبّه الغشاء قبل المشبكي تنبيها فعّالا وسُجّلت الاستجابة بالإلكترود ج2. ثمّ أُعيدت التجربة بعد أن حُقنت في الشقّ المشبكي للمنطقة م مادة تثبّط إنزيم الأستيل كولين إستراز (الوثيقة ⁦(11)⁩).

تكبير الصورة

سُجّل، على محور الزمن نفسه، الكمون الغشائي للخلية قبل المشبكية وتركيز شوارد الكالسيوم الحرّة في هيولاها، في حالتين: إثر كمون عمل واحد (①)، ثمّ إثر كمونَي عمل متتاليين (②) (الوثيقة ⁦(12)⁩).

تكبير الصورة

سُجّل الكمون الغشائي للخلية قبل المشبكية في ثلاث حالات: في الراحة، ثمّ إثر كمونَي عمل، ثمّ إثر سلسلة من كمونات العمل؛ ولوحظت في كلّ حالة، بالمجهر الإلكتروني، مقاطع في مستوى المشبك (الوثيقة ⁦(13)⁩).

تكبير الصورة

لا يؤثّر الأستيل كولين في أيّ موضع من الخلية بعد المشبكية: مقرّ تأثيره مستقبلات غشائية نوعية له، موجودة في الغشاء بعد المشبكي وحده. وقد أُثبت ذلك بطريقين متكاملين: مادة سامّة مشعّة تثبّتت في هذا الغشاء وحده وأشعّته، وأجسام مضادة مفلورة ضدّ هذه المستقبلات تمركزت في الموضع نفسه. وحين تشغل المادة السامّة هذه المستقبلات، لا يعود الأستيل كولين قادرا على تنبيه الخلية بعد المشبكية.

مستقبل الأستيل كولين بروتين غشائي ذو بنية رابعية: خمس وحدات بروتينية، ثلاث مختلفة واثنتان متماثلتان، مرتّبة ترتيبا دائريا حول قناة مركزية تخترق الغشاء. وتحمل الوحدتان المتماثلتان موقعي تثبيت الأستيل كولين في الوجه الخارجي للغشاء.

وأهمّ ما في هذه البنية أنّ المستقبل والقناة شيء واحد، لا شيئان متجاوران: الجزيء الذي يتعرّف على المبلّغ هو نفسه الجزيء الذي يفتح الممرّ. وفي غياب الأستيل كولين تكون القناة مغلقة، وعند تثبيته على الموقعين تنفتح القناة الموجودة في مركز كلّ مستقبل، فتسمح بدخول شوارد الصوديوم من الشقّ المشبكي، أي من الوسط الأعلى تركيزا إلى الوسط الأقلّ تركيزا.

ولهذا تسمّى هذه القنوات قنوات كيميائية: لأنّ الذي يتحكّم في انفتاحها وانغلاقها مادة كيميائية، هي المبلّغ العصبي، فتنفتح في وجوده وتنغلق في غيابه. وهي بذلك تختلف عن القنوات التي يتحكّم في فتحها تغيّر الكمون.

نجمع الآن ما أعطته الأنشطة في سلسلة واحدة: يبلغ كمون العمل نهاية الخلية قبل المشبكية، فيُحرَّر الأستيل كولين في الشقّ المشبكي. يعبر هذا المبلّغ الشقّ ويتثبّت على موقعي التثبيت في مستقبلاته الغشائية بعد المشبكية. فتنفتح القناة المركزية لكلّ مستقبل، وتدخل شوارد الصوديوم إلى هيولى الخلية بعد المشبكية، فيتولّد تيّار داخل يغيّر الكمون الغشائي.

وسعة هذا التيّار ليست ثابتة: هي تتناسب مع كمّية الأستيل كولين المحرَّرة، أي مع شدّة التنبيه قبل المشبكي. فالرسالة على مستوى الغشاء بعد المشبكي مشفّرة بسعة التيّار المتولّد، لا بمبدأ الكلّ أو اللاشيء. وهكذا تُنقل الرسالة عبر شقّ لا استمرار هيوليا فيه: تُترجَم من ظاهرة كهربائية إلى مادة كيميائية، ثمّ تُترجَم من جديد إلى ظاهرة كهربائية.

ويستغرق هذا العبور وقتا: فكمون العمل المسجّل بعد المنطقة المشبكية له سعة الكمون المسجّل قبلها، لكنّه يظهر بعده بتأخّر زمني. والاستجابة التي يولّدها الأستيل كولين في الغشاء بعد المشبكي متدرّجة، تزداد سعتها بازدياد كمّيته؛ ولا يتولّد كمون عمل في الخلية بعد المشبكية إلّا حين تبلغ هذه الاستجابة العتبة.

في الجهة قبل المشبكية، يتحكّم تواتر كمونات العمل في عدد القنوات الفولطية الخاصّة بشوارد ⁦Ca²⁺⁩ التي تنفتح: فكلّما زاد تواترها زادت كمّية ⁦Ca²⁺⁩ التي تدخل إلى هيولى الزرّ المشبكي. ويُخزَّن الأستيل كولين في حويصلات مشبكية، وتؤدّي كمّية ⁦Ca²⁺⁩ الداخلة إلى اتّحاد عدد موافق من هذه الحويصلات بالغشاء قبل المشبكي، فتُفرَز كمّية معيّنة من الأستيل كولين في الشقّ ويتناقص عدد الحويصلات في الزرّ المشبكي. فالرسالة العصبية المشفّرة في العصبون قبل المشبكي بتواتر كمونات العمل تصير مشفّرة في الشقّ المشبكي بتركيز المبلّغ الكيميائي.

ولا يدوم تأثير الأستيل كولين: فإنزيم الأستيل كولين إستراز يوقف مفعوله بسرعة في الشقّ المشبكي، ولذلك لا يعطي التنبيه الفعّال الواحد إلّا استجابة واحدة. وتثبيط هذا الإنزيم يؤدّي إلى دوام التنبيه في الغشاء بعد المشبكي، فتتكرّر الاستجابة إثر التنبيه نفسه.

تكبير الصورة