Animal Physiology Lecture Notes 3rd Biology 2024 PDF
Document Details
Uploaded by AuthoritativeCedar
2024
هبة هللا عبد الرحيم أحمد
Tags
Related
- Zoology 120 (Lec) Topic 3B - Whole-Body Control Systems Peripheral Nervous System PDF
- Libro Base - Fisiología Animal - PDF
- Animal Physiology Chapter 12 PDF
- Animal Physiology, Chapter 12: Neurons PDF
- BIOL 1050 Lecture 2 on Animal Form and Function PDF
- Animal Physiology - Chapter 5 - Nervous System PDF
Summary
Lecture notes on animal physiology for a 3rd year biology course. The notes cover topics relating to neurons, glial cells, nerve impulses, ion channels, and membrane potentials. The document is written in Arabic.
Full Transcript
Animal Physiology 3 rd level (Biology English) هبة هللا عبد الرحيم أحمد/ د الوظائف العامة للخاليا العصبية -1توفير سقاالت داعمة للخاليا العصبية. -2ينتج بعضها مواد كيميائية توجه الخاليا العصبية الشابة إلى الوصالت المناسبة....
Animal Physiology 3 rd level (Biology English) هبة هللا عبد الرحيم أحمد/ د الوظائف العامة للخاليا العصبية -1توفير سقاالت داعمة للخاليا العصبية. -2ينتج بعضها مواد كيميائية توجه الخاليا العصبية الشابة إلى الوصالت المناسبة. -3تعزيز نمو صحة الخاليا العصبية. -4يلتف اآلخرون حول الزوائد العصبية ويعزلونها لتسريع التوصيل المحتمل. االختالفات بين الخاليا العصبية وخاليا الغراء العصبى الخاليا العصبية أصغر من الخاليا العصبية الكمية 5 :إلى 50مرة أكتر من الخاليا العصبية خاليا الغراء العصبى ال تولد أو تنشر action .potential يمكن أن تتكاثر وتنقسم في الجهاز العصبي الناضج. The Neuron ⚫ Dendrites receive signals. ⚫ The cell body integrates signals. ⚫ The axon transmits action potential. The myelin sheath makes the signal travel faster. ⚫ Synaptic terminals transmit signals. الزوائد الشجيرية تتلقى اإلشارات العصبية جسم الخلية يدمج ويعالج اإلشارات حيث الغالف المايلينى يجعل اإلشارةaction potential المحورالعصبي ينقل تنتقل بشكل أسرع تقوم التشابكات العصبية بنقل اإلشارات A progressive wave of electric and chemical activity along a nerve fiber that stimulates or inhibits the action of a muscle, gland, or other nerve cell موجة متصاعدة من النشاط الكهربائي والكيميائي على طول األلياف العصبية التي تحفز أو تمنع عمل العضالت أو الغدة أو أي خلية عصبية أخرى *This is how the information moves from sensory neurons to interneuron to motor neurons هذه هي الطريقة التي تنتقل بها المعلومات من الخاليا العصبية الحسية إلى الخاليا العصبية الداخلية إلى الخاليا العصبية الحركية Factors that determine speed of العوامل التي تحدد سرعة النبضات العصبية Nerve Impulses ⚫ Temperature: The higher the temperature, the faster the speed. ⚫ Axon diameter: The larger the diameter, the faster the speed ⚫ Myelin sheath ⚫ Only vertebrates have a myelin sheath surrounding their neurons. ⚫ The voltage-gated ion channels are found only at the nodes of Ranvier, and between the nodes the myelin sheath acts as a good electrical insulator. ⚫ The action potential can therefore jump large distances from node to node (1mm), a process that is called saltatory propagation. ⚫ This increases the speed of propagation dramatically, so while nerve impulses in unmyelinated neurones have a maximum speed of around 1 m/s, in myelinated neurones they travel at 100 m/s.. زادت السرعة، كلما ارتفعت درجة الحرارة:درجة الحرارة زادت السرعة، كلما زاد القطر:قطر المحورالعصبي.غمد المايلين تمتلك الفقاريات فقط غمدًا من المايلين يحيط بخالياها العصبية action لذلك يمكن أن تقفز. وبين العقد يعمل غمد المايلين كعازل كهربائي جيد، توجد القنوات األيونية ذات الجهد الكهربائي فقط في عقد رانفييه ، هذا يزيد من سرعة االنتقال بشكل كبير.saltatory conduction وهي عملية تسمى، ) مم1( مسافات كبيرة من عقدة إلى عقدةpotential في الخاليا العصبية الميلينية تنتقل، ث/ م1 لذلك في حين أن النبضات العصبية في الخاليا العصبية غير المبطنة لها سرعة قصوى تبلغ حوالي. ث/ م100 بسرعة القنوات األيونية يحتوي الغشاء البالزمى على قنوات أيونية مختلفة القنوات السلبية (قنوات التسرب) وهى دائما مفتوحة القنوات النشطة (القنوات المبوبة) وهى قنوات ذات بوابات Ligand-gatedوهى تفتح عندما يرتبط بمواد كيميائية محددة قنوات ذات بوابات الجهد Voltage-gatedوهى تفتح وتغلق استجابة لجهد الغشاء قنوات ذات بوابات ميكانيكية Mechanically-gated وهى تفتح استجابة للتغير الجسدي للمستقبالت على سبيل المثال ،مستقبالت اللمس والضغط Membrane Potential ⚫ How do we measure potential? ⚫ Milivolts ⚫ Resting state: when a nerve is inactive (not transmitting a signal) the value is –70 mV ؟potentialكيف نقيس ال ميليفولتس مللي فولت70- عندما يكون العصب غير نشط (ال يرسل إشارة) تكون القيمة:حالة الراحة يوجد جهد عبر غشاء البالزما بسبب فصل األيونات المشحونة عكسيا يُطلق على االختالف المحتمل في وقت الراحة اسم resting membrane potential الغشاء مستقطب Changes in the Membrane Potential of a neuron give rise to nerve impulses للخاليا العصبية إلى ظهور نبضات عصبيةmembrane potential تؤدي التغييرات في ⚫ How are the membrane potentials changed? 1. Response to stimuli (ion concentrations) Ex: temperature, light, or pressure 2. Chemical stimuli (neurotransmitters) Ex: dopamine, serotonin, amino acids )االستجابة للمؤثرات (تركيزات األيونات درجة الحرارة أو الضوء أو الضغط:مثال )المنبهات الكيميائية (الناقالت العصبية الدوبامين والسيروتونين واألحماض األمينية:على سبيل المثال Resting Membrane Potential ⚫ Difference in charge between the inside and outside of the cell ⚫ sodium in greater concentration outside ⚫ potassium in greater concentration inside ⚫ anions in greater concentration inside ⚫ Large molecules in the cell maintain a negative charge ⚫ membrane permeability greater for potassium than sodium ⚫ Using active transport (Na+ / K+ pump), the neuron moves sodium outside, potassium inside Outside of cell Na+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ الفرق في الشحنة بين داخل وخارج الخلية Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ channel الصوديوم بتركيز أكبر بالخارج K+ تركيز أكبر من البوتاسيوم في الداخل Plasma membrane Na+ - K+ pump األنيونات بتركيز أكبر في الداخل K+ channel تحافظ الجزيئات الكبيرة في الخلية على شحنة سالبة Na+ K+ K+ K+ Na نفاذية الغشاء أكبر للبوتاسيوم من الصوديوم باستخدام النقل النشط (مضخة Protein K+ K+ تحرك الخاليا العصبية الصوديوم للخارج والبوتاسيوم بالداخل،+ / K +) K+ K+ K+ Inside of cell Na+ K+ تستخدم الخاليا العصبية التغييرات في membrane potentialsكإشارات تستخدم لتلقي اإلشارات ودمجها وإرسالها التغييرات في جهود الغشاء التي تنتجها: أي شيء يغير نفاذية الغشاء لأليونات أي شيء يغير تركيزات األيونات نوعان من اإلشارات: Graded potentials إشارات المسافات القصيرة Action potentials إشارات المسافات الطويلة ناتج عن التغيير في بيئة الخاليا العصبية يؤدي التغيير إلى فتح القنوات األيونية المبوبة تصبح منطقة صغيرة من غشاء البالزما في الخاليا العصبية خالية من االستقطاب بواسطة هذا المؤثر يتدفق التيار على جانبي الغشاء تغييرات محلية قصيرة العمر في membrane potential إما إزالة االستقطاب أو فرط االستقطاب تسبب تدفقات التيار التي تتناقص في المقدار مع المسافة يعتمد حجم potentialعلى قوة التحفيز يؤدي التحفيز األقوى إلى تغيير أكبر في الجهد يؤدي تغيير الجهد األكبر إلى تدفقات تيار أبعد تعمل كإشارات على مسافات قصيرة جدًا مهم في بدء action potentials Phases of an action potential 1. Resting State: Neither channel is open 2. Depolarization: Na+ channels open, K+ remain closed 3. Repolarization: Na+ channels close, K+ channels open 4. Undershoot: K+ channels remain open (slow to close) لم يتم فتح أي من القناتين:حالة الراحة تظل مغلقةK + ، مفتوحةNa قنوات:إزالة االستقطاب K + وفتح قنوات،Na + إغالق قنوات:إعادة االستقطاب )مفتوحة (بطيئة في اإلغالقK + تظل قنوات:undershoot ⚫ A nerve signal begins as a change in the membrane potential ⚫ A stimulus alters the permeability of a portion of the membrane ⚫ Allowing ions to pass through and changing the membrane’s voltage تبدأ اإلشارة العصبية كتغير في جهد الغشاء ⚫ يغير المؤثر نفاذية جزء من الغشاء للسماح لأليونات بالمرور وتغيير جهد الغشاء ⚫ ⚫ A nerve signal, called an action potential Na+ + + + + + + + K+ ⚫ Is a change in the membrane – – – – + + + + – – – – – – + – – + – – + – – + – – + – – + – – + – – + + + + + + + voltage from the resting potential Na+ + + + + + + + 3 Additional Na+ channels open, K+ to a maximum level and back to K+ channels are closed; interior of cell becomes more positive. 4 Na+ channels close and inactivate. K+ channels open, and K+ rushes out; interior of the resting potential Na+ +50 cell more negative than outside. + + + + + + + Action Membrane potential – – + – – – – potential – – + – – – – 0 3 (mV) + + + + + + + 4 2 5 The K+ channels close action potential اإلشارة العصبية تسمى Na+ – 50 Threshold relatively slowly, causing 2 A stimulus opens some Na+ 1 1 a brief undershoot. channels; if threshold is reached, وهو تغير في جهد الغشاء من جهد السكون إلى أقصى مستوى ثم العودة إلى جهد 5 action potential is triggered. Resting potential – 100 Time (msec) السكون + + + + + + + + – – – – – – – – – – – – – – – – + + + + + + + + Neuron – – – – – – – – + + + + + + + + interior Neuron interior – – – – – – – – + + + + + + + + 1 Resting state: voltage-gated Na+ and K+ channels closed; resting potential is maintained. 1 Return to resting state. Action potential ⚫ On receiving a stimulus, sodium gates and potassium channels open briefly, allowing these ions to diffuse. ⚫ The gates close, and active transport restores the resting potential. مما، تفتح بوابات الصوديوم وقنوات البوتاسيوم لفترة وجيزة،عند تلقي التحفيز يسمح لهذه األيونات باالنتشار. ويستعيد النقل النشط الغشاء لحالة الراحة،تُغلق البوابات ليست كل حاالت إزالة االستقطاب المحلية تنتج action potential يجب أن يصل االستقطاب إلى قيم العتبة threshold تنتج المحفزات الضعيفة والقصيرة حاالت إزالة استقطاب تحت العتبة و بالتالى ال تترجم إلى نبضات عصبية تنتج المحفزات األقوى التى تصل للعتبة أحداثًا نازعة لالستقطاب Nerve Impulse Conduction ⚫ The resulting action potential causes an electric current that stimulates adjacent portions of the membrane ⚫ Series of action potentials occurs sequentially along the length of axon as a nerve impulse الناتج إلى توليد تيار كهربائي يحفز األجزاء المجاورة من الغشاءaction potential يؤدي جهد الفعل بالتتابع على طول المحور العصبي كنبضة عصبيةaction potential تحدث سلسلة من جهود الفعل ⚫ The action potential propagates itself along the neuron ⚫ Action potentials ⚫ Are self-propagated in a one-way chain reaction along a neuron ⚫ Are all-or-none events على طول الخلية العصبيةaction potential ينتشر Action potentials يتم نشرها ذاتيًا في تفاعل متسلسل أحادي االتجاه على طول الخلية العصبية هي إحداث الكل أو ال شيء ⚫ Propagation of the action potential along an axon Axon Action potential − − + + + + + + − − − − Na+ Axon 1 + + − − − − segment − − + + + + K+ Action potential + + − − + + − − + + − − + Na 2 − − + + − − + + − − + + + K K+ Action potential + + + + − − − − − − + + + 3 − − − − + Na + + + + + − − + K مستقلة عن قوة المؤثر بمجرد توليدها تولد المنبهات القوية المزيد من النبضات بنفس القوة لكل وحدة زمنية يتم تحديد الشدة من خالل عدد النبضات لكل وحدة زمنية ⚫ The frequency of action potentials, but not their strength ⚫ Changes with the strength of the stimulus ولكن ليس قوتها يتغير مع قوة المؤثرات،action potentials تكرار ال يمكن للخاليا العصبية االستجابة لمحفز ثان بينما ال تزال قنوات Na مفتوحة من المحفز السابق وتسمى هذه الفترة من الزمن refractory period absoluteالمطلقة Relative refractory periodالنسبية تتبع المطلقة والتى تحدث عودة االستقطاب العتبة اتى تولد النبضات تكون مرتفعة فى الفترة النسبية فقط المحفزات القوية يمكنها توليد نبضات عصبية Synapse ⚫ Neurons usually do not connect directly to one another. A Junction between the dendrites of one neuron and the axon of a second neuron called a synapse controls the transmission of signals. ⚫ Neurotransmitters cross the synapse and stimulate the next neuron.. عادة ال تتصل الخاليا العصبية مباشرة ببعضها البعض هناك تقاطع بين الزوائد الشجيرية إلحدى الخاليا العصبية ومحور خلية عصبية.ثانية يسمى التشابك أو السيال العصبى والذى يتحكم في نقل اإلشارات.تعبر الناقالت العصبية منطقة السيال العصبى وتحفز الخلية العصبية التالية Acetylcholine تصل النبضة العصبية إلى النهاية المحورية تفتح قنوات الكالسيوم ذات بوابات الجهد في المحور العصبي يدخل الكالسيوم إلى الخاليا العصبية قبل التشابك العصبى يتم تحرير الناقل العصبي عن طريق exocytosis تندمج الحويصالت مع غشاء المحور يرتبط الناقل العصبي بمستقبالت ما بعد التشابك العصبى تفتح القنوات األيونية في الغشاء بعد التشابك والنتيجة هي التحفيز أو التثبيط ⚫ Neuron communication Sending neuron 1 Vesicles Action Axon of potential sending arrives neuron Synaptic terminal Synapse 2 3 Vesicle fuses Neurotransmitter with plasma is released into membrane synaptic cleft Receiving Synaptic neuron cleft 4 Neurotransmitter Receiving binds to receptor Neurotransmitter neuron Ion channels molecules Neurotransmitter Neurotransmitter broken Receptor down and released Ions 5 Ion channel opens 6 Ion channel closes ⚫ Neuron communication Sending neuron 1 Vesicles Action Axon of potential sending arrives neuron Synaptic terminal Synapse 2 3 Vesicle fuses Neurotransmitter with plasma is released into membrane synaptic cleft Receiving Synaptic neuron cleft 4 Neurotransmitter Receiving binds to receptor Neurotransmitter neuron Ion channels molecules Neurotransmitter Neurotransmitter broken Receptor down and released Ions 5 Ion channel opens 6 Ion channel closes العديد من المستقبالت الموجودة على األغشية بعد التشابك تفتح القنوات األيونية قنوات ligand-gated تحول اإلشارة الكهربائية إلى إشارة كيميائية ثم تحويلها إلى إشارة كهربائية يتم إنتاج graded potentialالمتدرجة حيث تعتمد الشدة على كمية الناقل العصبي المنطلق قد يتم إنتاج Action potential والتى إما محفز أو مثبط التشابكات العصبية المحفزة يؤدي ربط الناقالت العصبية إلى إزالة االستقطاب نوع واحد من القنوات يفتح في الغشاء ينتشر الصوديوم والبوتاسيوم في نفس الوقت عبر الغشاء في اتجاهين متعاكسين يتجاوز تدفق الصوديوم عن تدفق البوتاسيوم فيكون الناتج النهائى عدم االستقطاب تشكل أحداث إزالة االستقطاب المتدرجة المحلية إلى EPSP يؤدي إلى إثارة action potentialعند بداية المحور العصبي axon hillock حيث قنوات بوابات الجهد عند axon hillockمفتوحة التشابكات العصبية المثبطة يؤدي ربط الناقالت العصبية إلى تقليل قدرة الخاليا العصبية بعد التشابك على توليد action potential زيادة نفاذية البوتاسيوم والكلورايد ،وليس الصوديوم تصبح الخاليا العصبية بعد التشابك أقل عرضة لالستثارة ويولد IPSP Summation ال يمكن لـ EPSPواحد أن يحفز action potential يتطلب إطالق نهايات محورية متعددة في تناغم حيث يعمل المئات أو اآلالف من EPSPsمعًان يوجد نوعين: Temporal summationحيث ترسل خلية عصبية واحدة أو أكثر بتتابع سريع Spatial summationحيث التحفيز المتزامن بواسطة العديد من النهايات من خلية عصبية واحدة أو أكثر يمكن أن يحدث summationلكال من EPSPوIPSP Synapse ⚫ Electrical signals ⚫ Pass between cells at electrical synapses اإلشارات الكهربائية تمر بين الخاليا في التشابكات الكهربائية ⚫ At chemical synapses ⚫ The sending cell secretes a chemical signal, a neurotransmitter ⚫ The neurotransmitter ⚫ Crosses the synaptic cleft and binds to a receptor on the surface of the receiving cell في التشابكات الكيميائية وهي ناقل عصبي،تفرز الخلية المرسلة إشارة كيميائية الناقل العصبي يعبر الشق التشابكي ويرتبط بمستقبل موجود على سطح الخلية المستقبلة التشابكات الكهربائية أقل شيوعا ً من التشابكات الكيميائية تتوافق مع االتصاالت gap junctionsالموجودة في مكان آخر سيتوبالزم الخاليا العصبية المجاورة المتصلة عبر قنوات البروتين تتدفق األيونات مباشرة بين الخاليا العصبية الخاليا العصبية مقترنة كهربائيا االنتقال عبر التشابكات الكهربائية سريع جدًا ⚫ Chemical synapses make complex information processing possible ⚫ A neuron may receive information ⚫ From hundreds of other neurons via thousands of synaptic terminals Synaptic terminals Dendrites Inhibitory Excitatory أمرا ممكنًا ً تجعل التشابكات الكيميائية معالجة المعلومات المعقدة قد تتلقى الخلية العصبية المعلومات من مئات الخاليا العصبية Myelin األخرى عبر آالف النهايات المتشابكة sheath Receiving cell body Axon Synaptic terminals SEM 5,500 Neurotransmitters ⚫ Chemicals released from pre- synaptic neuron ⚫ Act to assist, stimulate or inhibit postsynaptic neurons ⚫ ?Where do they come from ⚫ Synthesized in cytoplasm of synaptic knobs ⚫ Or stored in vesicles المواد الكيميائية المنطلقة من الخاليا العصبية قبل التشابك العصبي تعمل على مساعدة أو تحفيز أو تثبيط الخاليا العصبية بعد التشابك من أين أتت النواقل العصبية؟ تصنيعها يتم في السيتوبالزم من االنتفاخات العصبية synaptic knobs و تخزينها في الحويصالت النواقل العصبية في الغالب ،تتواصل الخاليا العصبية في دماغ اإلنسان مع بعضها البعض عن طريق إطالق مراسالت كيميائية تسمى الناقالت العصبية. عدد كبير من النواقل العصبية معروف وال يزال يتعين اكتشاف المزيد. تثير الناقالت العصبية استجابات كهربائية بعد التشابك العصبى من خالل االرتباط بأعضاء مجموعة متنوعة من البروتينات تسمى مستقبالت الناقل العصبي. هناك فئتان رئيسيتان من المستقبالت: ضا قناة أيونية ،والتي تلك التي يكون فيها جزيء المستقبل هو أي ً تسمى مستقبالت أيونوتروبيك أو ligand gated ion ،channelsوتؤدي إلى استجابات سريعة بعد التشابك ال تدوم عادة ً سوى بضعة أجزاء من األلف من الثانية. والثانية metabotropic receptors or G-protein coupled التصنيف CLASSIFICATION: كيميائيا BIOCHEMICALLY الناقالت العصبية الجزيئية الصغيرة (تعمل بسرعة واستجابة حادة) مرسالت الببتيد العصبي الببتيدات العصبية الببتيدات النخامية الببتيدات التى تعمل على القناة الهضمية والدماغ نيوروببتيدات من أنسجة أخرى CLASSIFICATION: Physiologically التصنيف فسيولوجيا EXCITATORY INHIBITORY BOTH Glycine Acetylcholine Glutamate GABA Norepinephrine Aspartate Serotonin Nitric oxide Dopamine Criteria for Neurotransmitters معايير النواقل العصبية 1) Synthesized in the presynaptic neuron. 2) Storage of molecule occurs within the nerve ending.يتم تصنيعها في الخاليا العصبية قبل التشابك prior to release. E.g. in Synaptic vesicles. يحدث تخزين الجزيء داخل العصب المنتهي على سبيل المثال في حويصالت.قبل إطالقه 3) Released from the presynaptic neuron ending occurs in.التشابك response to an appropriate stimulus such as action potential. يتم إطالقه من نهاية الخاليا العصبية قبل التشابك يحدث استجابة لمحفز مناسب مثل.action potential 4) There is binding and recognition of the putative neurotransmitter molecule on the postsynaptic target هناك ارتباط بجزيء الناقل العصبي المفترض cell..على الخلية المستهدفة بعد التشابك توجد آلية لتعطيل وإنهاء النشاط البيولوجي 5) Mechanism exists for the inactivation and termination.للناقل العصبي of the biological activity of the neurotransmitter. كان أستيل كولين أول مادة تم تحديدها كناقل عصبي. يتم تصنيع األسيتيل كولين في نهايات األعصاب من السالئف أسيتيل اإلنزيم المساعد أ (أسيتيل ،CoAالذي يتم تصنيعه من الجلوكوز) والكولين ،في تفاعل محفز بواسطة الكولين أسيتيل ترانسفيراز. الكولين موجود في البالزما بتركيز عا ٍل ويتم أخذه في الخاليا العصبية الكولينية بواسطة ناقل الصوديوم /الكولين عالي التقارب. بعد التصنيع في السيتوبالزم للخاليا العصبية ،يقوم الناقل الحويصلي Achبتحميل ما يقرب من 10000جزيء من Achفي كل حويصلة كولينية. وباقى التفاصيل من على الرسمة.