پاسخ مستقیم: پتانسیل آرامش نورون اختلاف پتانسیل دو سوی غشای یاخته عصبیِ تحریک‌نشده است که در کتاب حدود ۷۰- میلی‌ولت بیان می‌شود. در این حالت، سدیم بیرون یاخته و پتاسیم درون آن بیشتر است. کانال‌های نشتی اجازه می‌دهند پتاسیم و سدیم در جهت شیب خود جابه‌جا شوند، اما چون نفوذپذیری غشا به پتاسیم بیشتر است، خروج پتاسیم از ورود سدیم بیشتر می‌شود. هم‌زمان پمپ سدیم‌ـ‌پتاسیم با مصرف ATP، در هر بار فعالیت سه یون سدیم را بیرون و دو یون پتاسیم را درون می‌برد و تفاوت غلظت‌ها را حفظ می‌کند. پس کانال نشتی و پمپ یک کار و یک نوع انتقال ندارند، اما هر دو در ماندگاری حالت آرامش نقش دارند.
پتانسیل آرامش نورون چگونه ایجاد و حفظ می‌شود؟
برای فهم سازوکار، دو موضوع را هم‌زمان ببین: توزیع نابرابر یون‌ها و نفوذپذیری انتخابی غشا. مقدار سدیم در بیرون نورون زنده بیشتر از درون و مقدار پتاسیم درون بیشتر از بیرون است. کانال‌های نشتی راه عبور تسهیل‌شده یون‌ها را فراهم می‌کنند؛ پتاسیم به بیرون و سدیم به درون می‌رود، ولی خروج پتاسیم بیشتر است. در نتیجه مقدار بار مثبتِ از‌دست‌رفته از درون، از مقدار بار مثبتِ واردشده بیشتر می‌شود و داخل نسبت به بیرون منفی‌تر می‌ماند. پمپ سدیم‌ـ‌پتاسیم نیز با بازگرداندن پیوسته یون‌ها در خلاف شیب غلظت، این آرایش نابرابر را نگه می‌دارد.
- سدیم: مقدار بیشتر در بیرون نورونِ در حالت آرامش.
- پتاسیم: مقدار بیشتر درون نورونِ در حالت آرامش.
- کانال نشتی: عبور یون در جهت شیب به روش انتشار تسهیل‌شده.
- پمپ سدیم‌ـ‌پتاسیم: انتقال فعال در خلاف شیب با مصرف ATP.
کانال نشتی و پمپ سدیم‌ـ‌پتاسیم چه تفاوتی دارند؟
کانال نشتی مسیر عبور غیرفعال یون است و ATP را مستقیماً مصرف نمی‌کند. یون‌ها از این کانال‌ها در جهت شیب غلظت جابه‌جا می‌شوند؛ در بیان کتاب، پتاسیم از نورون خارج و سدیم وارد می‌شود. پمپ سدیم‌ـ‌پتاسیم یک ناقل فعال است: انرژی ATP را به کار می‌گیرد تا سه سدیم را از یاخته بیرون و دو پتاسیم را وارد کند. بنابراین جهت حرکت هر دو یون در پمپ، خلاف جهت حرکت همان یون از کانال نشتی است. واژه «نشتی» نیز به معنی سوراخ بی‌قاعده در غشا نیست؛ با یک پروتئین غشایی روبه‌رو هستیم که عبور نوع معینی از یون را ممکن می‌کند.
- کانال نشتی پتاسیم: پتاسیم را در جهت شیب به بیرون راه می‌دهد.
- کانال نشتی سدیم: سدیم را در جهت شیب به درون راه می‌دهد.
- پمپ: سه سدیم به بیرون و دو پتاسیم به درون جابه‌جا می‌کند.
- مصرف مستقیم ATP مربوط به پمپ است، نه عبور یون از کانال نشتی.
چرا در پتانسیل آرامش، داخل نورون از بیرون منفی‌تر است؟
علامت منفی یعنی پتانسیل الکتریکی داخل نسبت به بیرون کمتر است؛ نه اینکه درون یاخته هیچ یون مثبتی ندارد. در حالت آرامش، هم سدیم و هم پتاسیم در هر دو سوی غشا وجود دارند، اما شکل کتاب همه یون‌ها را نمایش نمی‌دهد. چون نفوذپذیری غشا به پتاسیم بیشتر است، تعداد یون‌های مثبت پتاسیمی که از راه کانال نشتی خارج می‌شوند از یون‌های مثبت سدیمی که وارد می‌شوند بیشتر است. جابه‌جایی نامتقارن سه سدیم به بیرون و دو پتاسیم به درون به‌وسیله پمپ نیز با حفظ بار مثبت بیشتر در بیرون سازگار است. پس برای توضیح منفی‌بودن، «نبود بار مثبت» ننویس؛ تفاوت نسبی بار دو سوی غشا را بیان کن.
آیا در حالت آرامش، غشا و نورون هیچ فعالیتی ندارند؟
خیر. «آرامش» یعنی نورون در آن نقطه تحریک نشده و پتانسیل عمل در حال رخ‌دادن نیست؛ نه اینکه همه پروتئین‌های غشا متوقف شده باشند. کانال‌های نشتی باز هستند و یون‌ها از آن‌ها عبور می‌کنند و پمپ سدیم‌ـ‌پتاسیم نیز با مصرف انرژی کار می‌کند. پتانسیل آرامش یک وضعیت پایدارِ پویاست: جابه‌جایی ادامه دارد، اما سازوکارهای غشا اختلاف غلظت و اختلاف پتانسیل را در محدوده حالت آرامش نگه می‌دارند. بنابراین عبارت «در آرامش هیچ یونی از غشا عبور نمی‌کند» با سازوکار کتاب ناسازگار است.
شکل پتانسیل آرامش و پروتئین‌های غشا را چگونه بخوانیم؟
نخست بیرون و درون یاخته و سپس غشای آسه را روی شکل مشخص کن. کنار هر پیکان سه برچسب بنویس: نام یون، جهت حرکت و نوع پروتئین. اگر سه سدیم رو به بیرون و دو پتاسیم رو به درون همراه با مصرف ATP دیده می‌شود، پمپ را یافته‌ای. اگر یک یون در جهت شیب خودش از مجرای پروتئینی می‌گذرد، کانال نشتی مطرح است. نمایش‌ندادن یک نوع یون در یک سمت شکل به معنی نبودن آن نیست؛ زیرنویس شکل ۴ و ۵ کتاب نیز درباره نمایش گزینشی یون‌ها هشدار می‌دهد. از تعداد نمادهای پراکنده، غلظت عددی تازه نساز.
- مرز درون، بیرون و خود غشا را مشخص کرده‌ام؟
- پیکان مربوط به سدیم است یا پتاسیم؟
- حرکت در جهت شیب است یا خلاف آن؟
- ATP یا نسبت سه‌به‌دو، پمپ را نشان می‌دهد؟
- نبود یک نماد را با نبود واقعی آن یون اشتباه نگرفته‌ام؟
یک عبارت تستی درباره پتانسیل آرامش را مرحله‌به‌مرحله حل کنیم
فرض کن گزینه می‌گوید: «در نورونِ آرام، پمپ سدیم‌ـ‌پتاسیم بدون مصرف انرژی پتاسیم را به بیرون می‌برد و چون همه بارهای مثبت خارج می‌شوند، داخل یاخته منفی است.» جمله را به سه ادعا تقسیم کن. نخست، پمپ ATP مصرف می‌کند؛ پس «بدون مصرف انرژی» نادرست است. دوم، پمپ پتاسیم را وارد یاخته می‌کند، نه خارج؛ خروج پتاسیمِ مطرح در حالت آرامش از کانال نشتی است. سوم، همه بارهای مثبت از درون خارج نمی‌شوند؛ هر دو یون در دو سوی غشا وجود دارند و منفی‌بودن، یک مقایسه نسبی میان پتانسیل داخل و بیرون است. پس هر سه بخش گزینه خطا دارند، هرچند نام پمپ و نتیجه منفی‌بودن داخل به‌تنهایی آشنا به نظر می‌رسند.
خطاهای رایج تست‌های پتانسیل آرامش کدام‌اند؟
دام اصلی، جابه‌جاکردن کانال و پمپ یا تبدیل یک تفاوت نسبی به حکم مطلق است. برای هر فعلِ «واردشدن» و «خارج‌شدن»، نام یون، پروتئین و مصرف انرژی را جدا بنویس.
- حالت آرامش را توقف همه جابه‌جایی‌های یونی ندان.
- ورود سریع سدیم در پتانسیل عمل را با ورود سدیم از کانال نشتی یکی نگیر.
- خروج پتاسیم از کانال نشتی را کار پمپ سدیم‌ـ‌پتاسیم معرفی نکن.
- برای کانال نشتی مصرف مستقیم ATP در نظر نگیر.
- منفی‌تر بودن داخل را به معنی نبود همه یون‌های مثبت درون نورون ندان.
- نمایش‌ندادن یون در شکل را دلیل غلظت صفر آن فرض نکن.
- عدد حدود ۷۰- میلی‌ولت را بدون توجه به واحد و مرجع داخل نسبت به بیرون نخوان.
چک‌لیست ۳۰ ثانیه‌ای تحلیل پتانسیل آرامش چیست؟
پیش از انتخاب گزینه، یک جدول دو ردیفی برای سدیم و پتاسیم بساز و ستون‌های «غلظت بیشتر، حرکت از کانال نشتی و حرکت از پمپ» را پر کن. سپس ببین گزینه درباره بار نسبی داخل و بیرون چه ادعایی دارد.
- نورون تحریک‌نشده است یا پتانسیل عمل رخ می‌دهد؟
- سدیم بیرون و پتاسیم درون بیشتر در نظر گرفته شده‌اند؟
- خروج پتاسیم از کانال نشتی از ورود سدیم بیشتر است؟
- پمپ سه سدیم را بیرون و دو پتاسیم را درون می‌برد؟
- مصرف ATP فقط به انتقال فعال پمپ نسبت داده شده است؟
- علامت منفی به اختلاف پتانسیل داخل نسبت به بیرون اشاره دارد؟
- جزئیات شکل با چاپ ۱۴۰۵ کتاب زیست یازدهم تطبیق دارد؟
پتانسیل آرامش نورون حاصل توزیع نابرابر یون‌ها و کار هم‌زمان پروتئین‌های غشاست. در حالت آرامش، سدیم بیرون و پتاسیم درون بیشتر است؛ کانال‌های نشتی پتاسیم را بیشتر به بیرون و سدیم را به درون راه می‌دهند و پمپ با مصرف ATP سه سدیم را بیرون و دو پتاسیم را درون می‌برد. برای حل تست، کانال را از پمپ، جهت شیب را از خلاف شیب و «منفی‌تر بودن داخل» را از «نبود بار مثبت» جدا کن.
جزئیات این درس‌نامه با زیست‌شناسی ۲ پایه یازدهم، کد ۱۱۱۲۱۶، چاپ دهم ۱۴۰۵ و شکل‌های ۴ و ۵ فصل تنظیم عصبی تطبیق داده شده است؛ در پرسش‌های وابسته به شکل، همان نسخه رسمی کتاب را مبنا قرار بده.