תעלות היונים מעורבות בתהליכים רבים בפיזיולוגיה של התא. הן אחראיות על הולכת אותות עצביים, על התכווצות שרירים, על הפרשת הורמונים, על תנועת תאי דם לבנים, על מוות תאי מתוכנן ועוד. לכאורה התעלות היוניות בתאים ממלאות תפקיד פשוט מאוד – הולכת יונים מצד אחד של הממברנה לצד השני שלה, בהתאם למפל הריכוזים והמטענים. הן משמשות למעשה כמעין "חורים בממברנה" – תפקיד פשוט לכאורה אך מבוקר היטב. ביישומון שלפנינו נעמוד על תפקידן הבסיסי של התעלות היוניות ונראה את השפעתן על ריכוזי היונים בתא. לצפייה ביישומון לחצו על התמונה ופתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).
היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.
לפני שנתחיל, בואו נגדיר כמה מושגי יסוד:
ממברנה: קרום התא – מעטפת שומנית המקיפה כל תא חי. תפקידה של הממברנה הוא למנוע כניסה ויציאה של חומרים מסוימים מהתא. היא תוחמת למעשה את התא ומבודדת אותו מסביבתו. למידע נוסף על הממברנה צפו בסרטונים ממברנת התא ודופן התא והממברנה – קרום התא
מפל ריכוזים: ההפרש בריכוז של חומר משני צדי הממברנה. כל חומר שואף לנוע במורד מפל הריכוזים שלו, מהריכוז הגבוה לנמוך, כפי שמים שואפים ליפול למטה במפל. למידע נוסף על השימושים הביולוגיים של למפל ריכוזים, צפו בסרטון מפלי ריכוזים כמקור אנרגיה.
תעלה יונית: חלבון ממברנלי חלול שמוליך יונים (אטומים טעונים) בין שני צדי הממברנה. בניגוד למוליכי יונים אחרים, כמו נשאים (טרנספורטרים) או משאבות, התעלה מוליכה את האטומים באופן פסיבי. היא יוצרת את השער והיונים זורמים דרכו עצמאית לפי מפל הריכוזים או מפל המטענים. יש תעלות יוניות שיודעות להוליך יונים באופן ספציפי לגודל ולמטען, כך שהן מאפשרות רק ליון מסוים לעבור (למשל אשלגן בתעלות אשלגן). בתעלות יונים פועלות בקרות פתיחה ממינים שונים, למשל תלות במתח ממברנה או קישור חומר (ליגנד), ואחרות נשארות פתוחות כל הזמן (תעלות דליפה). למידע נוסף על תעלות ומוליכים ממברנלים צפו בסרטון מעבר חומרים דרך ממברנות ביולוגיות.
כעת בואו נתחיל לעבוד על היישומון. לפני תחילת העבודה סמנו את "הראה ריכוזים" והעמידו את מהירות בסימולציה על המקסימום (משיקולי נוחות). תראו שאת המסך חוצה פס צהוב. זוהי הממברנה – מחסום בלתי עביר לחומרים שאיתם נעבוד. משני צדי הממברנה תראו מעין מזרקי חומרים. כאשר תסמנו באחד המזרקים חומר מסוים (כחול או ירוק) ותלחצו כמה פעמים על הכפתור האדום, הוא יזריק את החומר לאחד מצדי הממברנה. מלאו כל אחד מהצדדים שלה בחומר אחר והתבוננו. החומרים לא יחצו את הממברנה.
כעת הוסיפו כמה תעלות דליפה מסוג אחד. מה קורה לריכוזי החלקיקים בשני צדי הממברנה? האם לחלקיקים יש העדפה לכיוון מסוים? מדוע לדעתכם? ומה יקרה אם תחליפו בין צדי הממברנה – האם כיוון המעבר יישמר?
כעת חזרו על התהליך עם תעלות דליפה משני הסוגים. מה קרה לריכוזי החלקיקים? מה לדעתכם תפקידן של תעלות הדליפה בתא? (רמז: רוב תעלות הדליפה מוליכות אשלגן – היון שקובע את מתח המנוחה של הממברנה).
כעת נקו את הכל ומלאו את שני צדי הממברנה ביונים מסוגים שונים. שימו תעלות מבוקרות משני הסוגים ופתחו תעלות מסוג אחד. מה קורה? סגרו אותן ופתחו את התעלות מהסוג השני. מה קורה עכשיו? מה לדעתכם תפקידן של תעלתו מבוקרות?
כדי להשלים את ההבנה של תפקידן של תעלות יוניות כדאי לכם לעבור ליישומון פוטנציאל פעולה, שעוסק בהולכה העצבית ובתפקידן של התעלות היוניות בתהליך הזה.
שאלה לדיון מדעי: איך לדעתכם יכול התא לרתום את זרימת היונים בתעלות לתהליכים תאיים שונים? (יש כמה וכמה דרכים).
ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
