Generation and conduction of Nerve Impulse Questions in Gujarati

(A) વિશ્રામી ચેતાકોષના કોષરસપટલની આરપાર રહેલા વિદ્યુતસ્થિતિમાનના તફાવતને વિશ્રામી કલા વીજસ્થિતિમાન કહેવામાં આવે છે.
વિશ્રામી અવસ્થામાં,ચેતાતંતુનું પટલ પોટેશિયમ આયનો $(K^+)$ માટે વધુ પ્રવેશશીલ અને સોડિયમ આયનો $(Na^+)$ માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
પરિણામે,ચેતાતંતુની અંદરના ભાગમાં $K^+$ અને ઋણ વીજભારિત પ્રોટીનનું પ્રમાણ વધુ હોય છે,જ્યારે બહારના ભાગમાં $Na^+$ નું પ્રમાણ વધુ હોય છે.
$Na^+-K^+$ પંપ દ્વારા જાળવવામાં આવતા આ આયનીય ઢાળને કારણે,પટલની અંદરની સપાટી બહારની સપાટીની સાપેક્ષમાં ઋણ વીજભારિત હોય છે,જે સામાન્ય રીતે આશરે $-70 \ mV$ જેટલું માપવામાં આવે છે.

(B) ધ્રુવીકૃત ચેતાતંતુ એટલે એવી સ્થિતિ જેમાં ચેતાક્ષની પટલ પર વિશ્રામી કલાવીજસ્થિતિમાન જળવાયેલું હોય છે.
આ સ્થિતિમાં,ચેતાક્ષના પટલની બહારની સપાટી ધન વીજભારિત હોય છે,જ્યારે અંદરની સપાટી ઋણ વીજભારિત હોય છે.
આ સ્થિતિને વિશ્રામી અવસ્થા કહેવામાં આવે છે,જેમાં ચેતાકોષ કોઈ પણ ઊર્મિવેગનું વહન કરતો નથી.
તેથી,સાચો જવાબ વિશ્રામી કલાવીજસ્થિતિમાન છે.

(D) ચેતાકોષમાં સક્રિય કલાવીજસ્થિતિમાન કોષની અંદર $Na^{+}$ આયનોના ઝડપી પ્રવેશ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે.
જ્યારે ચેતાકોષ પર કોઈ ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે વોલ્ટેજ-ગેટ્ડ $Na^{+}$ ચેનલો ખુલે છે,જેનાથી $Na^{+}$ આયનો કોષની અંદરના ભાગમાં ઝડપથી પ્રવેશ કરે છે.
આ પ્રવેશને કારણે ચેતાકોષની પટલનું વિધ્રુવીકરણ (Depolarization) થાય છે,જે પટલના વીજસ્થિતિમાનને તેની સ્થિર અવસ્થા (આશરે $-70 \ mV$) થી ધન મૂલ્ય (આશરે $+30 \ mV$ થી $+45 \ mV$) તરફ લઈ જાય છે.
તેથી,સાચો જવાબ $Na^{+}$ છે.

(B) વિરામ અવસ્થામાં,ચેતાક્ષપટલ પોટેશિયમ આયનો $(K^{+})$ માટે વધુ પ્રવેશશીલ હોય છે અને સોડિયમ આયનો $(Na^{+})$ માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
વધુમાં,ચેતાકોષરસમાં રહેલા ઋણભારિત પ્રોટીન્સ માટે પટલ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
સોડિયમ-પોટેશિયમ પંપ દ્વારા જાળવવામાં આવતી આ વિભેદક પ્રવેશશીલતા,વિરામ અવસ્થાના કલા વીજસ્થિતિમાન (resting membrane potential) માટે જવાબદાર છે.

(A) વિરામ અવસ્થામાં,ચેતાક્ષની પટલ $K^+$ આયનો માટે વધુ પ્રવેશશીલ અને $Na^+$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
$Na^+-K^+$ પંપના કાર્યને કારણે,જે દર $2$ $K^+$ આયનો અંદર લાવવા માટે $3$ $Na^+$ આયનો બહાર મોકલે છે,ચેતાક્ષરસમાં $K^+$ અને ઋણભારિત પ્રોટીન્સની ઊંચી સાંદ્રતા હોય છે,જ્યારે $Na^+$ની સાંદ્રતા ઓછી હોય છે.
આ આયનીય ઢાળ (ionic gradient) વિરામ કલા વીજસ્થિતિમાન (resting membrane potential) જાળવી રાખવા માટે જવાબદાર છે.

(C) વિરામ અવસ્થામાં,ચેતાક્ષની પટલ $K^+$ આયનો માટે વધુ પ્રવેશશીલ હોય છે અને $Na^+$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
$Na^+-K^+$ પંપના કાર્યને કારણે,જે કોષની બહાર દર $2$ $K^+$ આયનો અંદર લાવવા માટે $3$ $Na^+$ આયનોને સક્રિય રીતે બહાર મોકલે છે,બાહ્ય કોષીય પ્રવાહી (ચેતાક્ષની બહાર) $Na^+$ આયનોની ઊંચી સાંદ્રતા અને $K^+$ આયનોની ઓછી સાંદ્રતા જાળવી રાખે છે.
તેનાથી વિપરીત,એક્સોપ્લાઝમ (ચેતાક્ષની અંદર) માં $K^+$ આયનોની ઊંચી સાંદ્રતા અને $Na^+$ આયનોની ઓછી સાંદ્રતા હોય છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(C) આ આકૃતિ ચેતાતંતુની પટલના વિધ્રુવીકરણ (depolarization) ને દર્શાવે છે.
$P$ તરીકે ચિહ્નિત થયેલ જગ્યાએ,વોલ્ટેજ-ગેટેડ સોડિયમ ચેનલો દ્વારા સોડિયમ આયનો $(Na^{+})$ ના ઝડપી પ્રવેશને કારણે પટલનું સ્થિતિમાન અંદરની તરફ ઋણમાંથી ધન બને છે.
$Na^{+}$ આયનોનો આ પ્રવેશ ચેતાક્ષ પટલના વિધ્રુવીકરણનું કારણ બને છે,જે ચેતા આવેગ (action potential) ઉત્પન્ન કરવાનું પ્રારંભિક પગલું છે.

(A) સોડિયમ-પોટેશિયમ પંપ એ એક પટલીય પ્રોટીન છે જે ચેતાકોષના સ્થાયી કલા વીજસ્થિતિમાન (resting membrane potential) ને જાળવી રાખે છે.
તે સક્રિય વહન દ્વારા કાર્ય કરે છે,જેમાં $ATP$ સ્વરૂપે ઉર્જાની જરૂર પડે છે.
પંપના દરેક ચક્ર દરમિયાન,$3 Na^+$ આયનોને કોષની બહાર અને $2 K^+$ આયનોને તેમના સાંદ્રતા ઢાળની વિરુદ્ધ દિશામાં કોષની અંદર વહન કરવામાં આવે છે.
તેથી,વિકલ્પ $A$ સાચો જવાબ છે.

(B) ચેતા ઊર્મિવેગ એ મૂળભૂત રીતે એક વિદ્યુત સંકેત છે જે ચેતાકોષના અક્ષતંતુ (axon) પર વહન પામે છે.
આ વિદ્યુત સંકેતને તકનીકી રીતે $Action \ potential$ (સક્રિય કલાવીજસ્થિતિમાન) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
જ્યારે ચેતાકોષ આરામની સ્થિતિમાં હોય છે,ત્યારે તે વિશ્રામી કલાવીજસ્થિતિમાન જાળવી રાખે છે,પરંતુ માહિતીનું વહન કરતો વાસ્તવિક ઊર્મિવેગ એ આ સ્થિતિમાનમાં થતો ઝડપી ફેરફાર છે,જેને સક્રિય કલાવીજસ્થિતિમાન કહેવાય છે.
તેથી,સાચો જવાબ $Action \ potential$ છે.

(A) વિશ્રામી અવસ્થામાં રહેલા ચેતાપટલને વિધ્રુવીકૃત (polarized) અવસ્થા કહેવામાં આવે છે. આ અવસ્થામાં,ચેતાતંતુના પટલની બહારની સપાટી પર ધન વીજભાર અને અંદરની સપાટી પર ઋણ વીજભાર હોય છે. આ સ્થિતિ પટલની આરપાર આયનો,ખાસ કરીને $Na^+$ અને $K^+$ ના અસમાન વિતરણને કારણે હોય છે,જે $Na^+-K^+$ પંપ દ્વારા જાળવવામાં આવે છે. વિકલ્પ $A$ આ ગોઠવણીને યોગ્ય રીતે દર્શાવે છે.

(B) જ્યારે ચેતાકોષ આરામની સ્થિતિમાં હોય છે,ત્યારે અક્ષતંતુનું પટલ $K^{+}$ આયનો માટે વધુ પ્રવેશશીલ અને $Na^{+}$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે. આ પટલની અંદરના ભાગમાં ઋણ વીજભાર જાળવી રાખે છે.
જ્યારે પટલ પર કોઈ ચોક્કસ સ્થળે ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે $Na^{+}$ આયનો માટેની પ્રવેશશીલતા ઝડપથી વધે છે.
આના પરિણામે $Na^{+}$ આયનો કોષની અંદર ઝડપથી પ્રવેશ કરે છે,જેના કારણે પટલની અંદરની સપાટી બહારની સપાટીની સાપેક્ષમાં ધન વીજભારિત બને છે.
ધ્રુવીયતામાં થતા આ ફેરફારને વિધ્રુવીકરણ (depolarization) કહેવામાં આવે છે,જે ક્રિયાત્મક પોટેન્શિયલ (action potential) ઉત્પન્ન કરે છે.

(A) આરામની અવસ્થામાં રહેલા ચેતાકોષમાં,અક્ષતંતુની પટલ સોડિયમ આયનો $(Na^+)$ કરતા પોટેશિયમ આયનો $(K^+)$ માટે નોંધપાત્ર રીતે વધુ પ્રવેશશીલ હોય છે.
$K^+$ માટેની આ ઉચ્ચ પ્રવેશશીલતા અક્ષતંતુની પટલમાં રહેલી અસંખ્ય 'લીક' ચેનલોને કારણે હોય છે.
તેનાથી વિપરીત,આરામની અવસ્થા દરમિયાન પટલ $Na^+$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
આ પસંદગીયુક્ત પ્રવેશશીલતા,$Na^+-K^+$ પંપના કાર્ય સાથે મળીને,આરામની અવસ્થાના પટલ સ્થિતિમાન (આશરે $-70 \ mV$) ને જાળવવામાં મદદ કરે છે.

(B) સાચો જવાબ $(B)$ છે.
આરામની અવસ્થા દરમિયાન,અક્ષતંતુની પટલ $K^+$ આયનો માટે તુલનાત્મક રીતે વધુ પ્રવેશશીલ અને $Na^+$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
વધુમાં,આ પટલ અક્ષરસૂત્ર (axoplasm) માં હાજર ઋણ વીજભારિત પ્રોટીન માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
આ વિભેદક પ્રવેશશીલતા,$Na^+-K^+$ પંપના કાર્ય સાથે મળીને,આરામની અવસ્થાનું કલા વીજસ્થિતિમાન (resting membrane potential) જાળવી રાખે છે.

(A) ચેતાકોષની આરામની સ્થિતિ (resting state) દરમિયાન,અક્ષતંતુનું પટલ ધ્રુવીભૂત સ્થિતિમાં હોય છે.
આ સ્થિતિમાં,લીક ચેનલોની હાજરીને કારણે પટલ પોટેશિયમ આયનો $(K^+)$ માટે નોંધપાત્ર રીતે વધુ પ્રવેશશીલ હોય છે.
તેનાથી વિપરીત,પટલ સોડિયમ આયનો $(Na^+)$ માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે કારણ કે વોલ્ટેજ-ગેટ્ડ સોડિયમ ચેનલો બંધ હોય છે.
આ તફાવતયુક્ત પ્રવેશશીલતા,$Na^+-K^+$ પંપના કાર્ય સાથે મળીને,આરામની સ્થિતિના પટલ પોટેન્શિયલને જાળવી રાખે છે.

(A) વિરામ અવસ્થામાં રહેલા ચેતાતંતુમાં,અક્ષતંતુનું કોષરસસ્તર $K^{+}$ આયનો માટે વધુ પ્રવેશશીલ હોય છે અને $Na^{+}$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
પરિણામે,અક્ષરસ (axoplasm) ની અંદર $K^{+}$ આયનોની સાંદ્રતા વધુ હોય છે,જ્યારે કોષબાહ્ય પ્રવાહીમાં (સ્તરની બહાર) $Na^{+}$ આયનોની સાંદ્રતા વધુ હોય છે.
આયનોનું આ વિભેદક વિતરણ,કોષની અંદર ઋણ વીજભારિત પ્રોટીન અને ન્યુક્લિક એસિડની હાજરી સાથે મળીને,વિરામ કલા વીજસ્થિતિમાન (resting membrane potential) જાળવી રાખે છે,જેમાં બહારની સપાટી ધન વીજભારિત અને અંદરની સપાટી ઋણ વીજભારિત હોય છે.
તેથી,સાચું વિતરણ એ છે કે અક્ષતંતુની બહાર વધુ $Na^{+}$ અને અંદર વધુ $K^{+}$ હોય છે.

(A) ચેતા આવેગના વહન દરમિયાન ઘટનાઓનો સાચો ક્રમ નીચે મુજબ છે:
$1$. શરૂઆતમાં,ચેતાકોષ સ્થિર અવસ્થામાં હોય છે જ્યાં કોષરસ ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ હોય છે અને પોટેન્શિયલ તફાવત $-70 \ mV$ હોય છે $(iii)$.
$2$. ઉત્તેજના આ સ્થિર પોટેન્શિયલમાં ખલેલ પહોંચાડે છે $(v)$.
$3$. આનાથી અક્ષતંતુની અંદર $Na^{+}$ આયનોનો ઝડપી પ્રવેશ થાય છે,જે ડિપોલરાઇઝેશનનું કારણ બને છે $(i)$.
$4$. ધન વીજભારના પ્રવેશના પરિણામે,કોષબાહ્ય પ્રવાહી અંદરના ભાગની તુલનામાં ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ બને છે $(iv)$.
$5$. અંતે,રિફ્રેક્ટરી સમયગાળા પછી પટલને ફરીથી પોલરાઇઝ કરવા માટે $Na^{+}$ ગેટ બંધ થાય છે અને $K^{+}$ ગેટ ખુલે છે $(ii)$.
આમ,સાચો ક્રમ $iii \rightarrow v \rightarrow i \rightarrow iv \rightarrow ii$ છે.

(C) વિશ્રામી અવસ્થા દરમિયાન,ચેતાક્ષની પટલ $K^{+}$ આયનો માટે વધુ પ્રવેશશીલ હોય છે અને $Na^{+}$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
જ્યારે ધ્રુવીકૃત પટલના કોઈ સ્થાન પર ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે $Na^{+}$ આયનો માટેની પ્રવેશશીલતા ઝડપથી વધે છે.
આના પરિણામે $Na^{+}$ આયનોનો ઝડપી પ્રવાહ અંદરની તરફ થાય છે,જેના કારણે તે સ્થાન પર ધ્રુવીયતા ઉલટાઈ જાય છે,જેને વિધ્રુવીકરણ કહેવામાં આવે છે.
આ તબક્કા દરમિયાન,$Na^{+}$ વોલ્ટેજ-ગેટ ચેનલો ખુલે છે,જ્યારે $K^{+}$ વોલ્ટેજ-ગેટ ચેનલો બંધ રહે છે.

(D) વિધાન $i$ સાચું છે: આરામની સ્થિતિમાં પટલનું પોટેન્શિયલ સામાન્ય રીતે $-70 \text{ mV}$ હોય છે.
વિધાન $ii$ ખોટું છે: વોલ્ટેજ-ગેટેડ $Na^{+}$ અને $K^{+}$ ચેનલો અલગ-અલગ (ક્રમશઃ) કામ કરે છે અને તે સ્વયં-બંધ થાય છે.
વિધાન $iii$ સાચું છે: એક્શન પોટેન્શિયલના શિખર દરમિયાન,પટલનું પોટેન્શિયલ $+30$ થી $+60 \text{ mV}$ સુધી પહોંચે છે.
વિધાન $iv$ ખોટું છે: મેડ્યુલેટેડ ચેતાતંતુઓમાં,એક્શન પોટેન્શિયલ 'સાલ્ટેટરી કન્ડક્શન' (saltatory conduction) દ્વારા વહન પામે છે,જે ડિપોલરાઈઝેશનના સતત તરંગ તરીકે વહન પામવાને બદલે રેનવિયરની ગાંઠો (nodes of Ranvier) પરથી કૂદકો મારે છે.
વિધાન $v$ સાચું છે: આરામની સ્થિતિમાં પોટેન્શિયલ પટલની પસંદગીયુક્ત અભેદ્યતા અને વોલ્ટેજ-ગેટેડ $Na^{+}$ અને $K^{+}$ ચેનલોના બંધ રહેવાથી જળવાય છે.
તેથી,વિધાન $i, iii,$ અને $v$ સાચા છે.

(D) જ્યારે ચેતાકોષની પટલ પર ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે પટલની $Na^{+}$ આયનો માટેની પારગમ્યતા નોંધપાત્ર રીતે વધે છે.
આના પરિણામે કોષની બહારના પ્રવાહીમાંથી $Na^{+}$ આયનો કોષની અંદર ઝડપથી પ્રવેશ કરે છે.
આ પ્રક્રિયાને વિધ્રુવીકરણ (depolarization) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે,જે ચેતા આવેગ (action potential) નો પ્રારંભિક તબક્કો છે.
તેથી,સાચો જવાબ $Na^{+}$ છે.

(C) ચેતાકોષનું સ્થાયી કલા વીજસ્થિતિમાન (resting membrane potential) આયનો માટે પટલની વિભેદક પ્રવેશશીલતા દ્વારા જળવાય છે.
જ્યારે ધ્રુવીકૃત પટલના કોઈ સ્થાન પર ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે $Na^+$ આયનો માટે પટલની પ્રવેશશીલતા ઝડપથી વધે છે.
આના પરિણામે કોષની અંદરના ભાગમાં $Na^+$ આયનોનો ઝડપી અંતઃપ્રવાહ થાય છે,જે તે સ્થાન પર ધ્રુવીયતામાં ફેરફાર કરે છે,આ પ્રક્રિયાને ધ્રુવીકરણ (depolarization) કહેવામાં આવે છે.
તેથી,સાચો જવાબ $Sodium$ $(Na^+)$ આયનો છે.