☰ خطة العام · الأحياء (بالعربية)

العضلات وكيف تنقبض

الأسبوع 3 · الفصل الأول (٣): الحركة في الإنسان: الجهاز العضلي وتركيب العضلة الهيكلية، وانتقال السيال العصبي إلى العضلة، ونظرية الخيوط المنزلقة، ودور ATP وإجهاد العضلة · 3 دروس
2

من السيال العصبي إلى الانقباض: الخيوط المنزلقة

Biology Sec 3 Term 1, Chapter 1: pp. 15–20
الهدفأتتبّع الخطوات من وصول السيال العصبي الحركي إلى انقباض الليفة، وأفسّر كيف تقصّر الخيوط المنزلقة القطعة العضلية.
كلمات جديدة
الأستيل كولين · الناقل العصبي الذي تفرزه نهاية العصب الحركي على الليفة العضليةاللااستقطاب · انعكاس الشحنة على غشاء الليفة العضلية فيصبح السطح الداخلي موجبًاإنزيم الكولين إستيريز · إنزيم يحطّم الأستيل كولين فيسمح بعودة الغشاء إلى حالة الراحةالروابط المستعرضة · وصلات تمتد من خيوط الميوسين وتتصل بالأكتين وتسحبه إلى الداخل
الشرح

في حالة الراحة يكون السطح الخارجي لغشاء الليفة العضلية موجبًا والداخلي سالبًا، لأن الأيونات غير متساوية التوزيع. ويصل أمر الانقباض من المخ أو الحبل الشوكي عبر خلية عصبية حركية. وتلتقي نهاية العصب بالليفة عند تشابك عصبي عضلي بينهما فراغ دقيق. وتحتوي نهاية العصب على حويصلات مليئة بالناقل العصبي الأستيل كولين. فإذا وصل السيال دخلت أيونات الكالسيوم إلى نهاية العصب، وأفرغت الحويصلات الأستيل كولين فعبر الفراغ. فيغيّر نفاذية غشاء الليفة: تندفع أيونات الصوديوم إلى الداخل وتنعكس الشحنة، وهذا هو اللااستقطاب، فتنقبض العضلة. وبعد جزء من الثانية يحطّم إنزيم الكولين إستيريز الأستيل كولين إلى كولين وحمض خليك، فيعود الغشاء إلى حالة الراحة وتصبح الليفة مهيأة للاستجابة من جديد. فكيف تقصر العضلة؟ وفقًا لنظرية الخيوط المنزلقة لهكسلي، الذي قارن ليفات منقبضة بليفات منبسطة بالمجهر الإلكتروني، تمتد روابط مستعرضة من خيوط الميوسين إلى خيوط الأكتين، بمساعدة أيونات الكالسيوم وجزيئات ATP، فتسحب خيوط الأكتين إلى الداخل من الجانبين. فتقترب خطوط ⁦Z⁩ من بعضها وتقصر القطعة العضلية. والخيوط نفسها لا تقصر، بل تنزلق بعضها على بعض. وعند زوال المنبه تتحرر الروابط وتعود القطعة إلى طولها.

الخطوةما الذي يحدث
1يصل السيال إلى نهاية العصب
2يدخل الكالسيوم ويتحرر الأستيل كولين
3يدخل الصوديوم إلى الليفة: لا استقطاب
4تسحب الروابط المستعرضة الأكتين: انقباض
5يحطّم الكولين إستيريز الأستيل كولين: راحة
أمثلة محلولة
بكم تقصر؟ خذ أرقامًا مفترضة: قطعة عضلية منبسطة طولها ⁦2.5 µm⁩ قصرت إلى ⁦2.0 µm⁩. فهي أقصر بمقدار ⁦2.5 − 2.0 = 0.5 µm⁩، أي ⁦0.5 ÷ 2.5 = 0.2⁩ أو ⁦20 %⁩ من طولها. وصف من 10 قطع كهذه يتحول من ⁦25 µm⁩ إلى ⁦20 µm⁩.
منبسطةمنقبضة
خطوط ⁦Z⁩متباعدةمتقاربة
القطعة العضليةطويلةقصيرة
طول الأكتين والميوسينلا يتغيرلا يتغير
الروابط المستعرضةمتحررةمتصلة وتسحب
منبسطة ومنقبضة، جنبًا إلى جنب. الذي يتغير هو القطعة العضلية وخطوط Z فقط، أما الخيوط فتحتفظ بطولها.
لماذا يجب تحطيم الأستيل كولين؟ لو بقي لظل الغشاء مستثارًا ولم يعد إلى الراحة، فلا تستطيع الليفة أن تستجيب لسيال جديد. وإنزيم الكولين إستيريز يزيله في جزء من الثانية.
نشاط الفصل

نموذج لقطعة عضلية، بمساعدة شخص بالغ. ثبّت شريطين من الكرتون بينهما نحو ⁦15 cm⁩ على حافة طاولة ليمثلا خطّي ⁦Z⁩. وثبّت أربعة خيوط من الخيط الرفيع في كل شريط متجهة إلى الداخل لتمثل خيوط الأكتين الرفيعة، وضع بينهما ثلاث شفّاطات جنبًا إلى جنب لتمثل خيوط الميوسين الغليظة. حرّك الشريطين معًا بحيث تدخل الخيوط في الفراغات بين الشفّاطات دون أن يقصر أي شيء. قِس المسافة بين الشريطين قبل الحركة وبعدها، واكتب ما الذي تغير وما الذي لم يتغير.

تدرّب
1
سمِّ الناقل العصبي الذي يتحرر عند التشابك بين عصب حركي وليفة عضلية.
2
ماذا يحدث للشحنة داخل الليفة أثناء اللااستقطاب؟
3
هل يقصر الأكتين والميوسين أثناء الانقباض؟ فسّر.
4
ماذا يفعل إنزيم الكولين إستيريز ولماذا يلزم؟