1. 신경근육 이음(Neuromusclular junction)
근육의 수축이 일어날 때 근육세포는 신경계에서 온 자극에 반응하여 기능을 수행한다. 그래서 앞의 글에서 근육과 신경 사이의 관계와 작용에 대해 미리 이야기했고, 이 글에서는 신경세포와 근육 섬유의 관계, 그 사이에 어떤 작용이 일어나는지 근육수축 생리학에 대해 알아볼 것이다.
위의 그림에서 볼 수 있듯, 신경세포와 근육 섬유 사이의 연결은 신경 근육 이음(Neuromusclular junction)이라고 한다. 신경세포는 축삭(종말 가지를 통해 세포체에서 다른 세포로 활동전위를 전달하는 가느다란 가지)을 가지고 있는데, 이 축삭은 뼈대 근육 섬유에서 나타난다고 이야기했었다. 활동전위는 다른 종류의 전기 신호와는 다르며, 강하고 불변한 성질을 갖고 있다고 한다. 예를 들어, 발가락의 근육 섬유가 바닥에 떨어진 양말을 잡기로 결정했다면 뇌의 신경세포는 몸의 말초까지 활동전위를 전달할 수 있다.
축삭은 거의 근육 섬유를 지배한다. 그러나 연접(Synapse)이라고 불리는 간극이 근육을 지나는 신호전달을 방지하는 역할을 한다. 이러한 신호는 아세틸콜린(ACh, Acetylcholine)이라는 신경전달물질의 도움을 받는데, 이 아세틸콜린의 도움을 받아 연접이라는 간극의 반응을 생략시켜 넘어갈 수 있다. 아세틸콜린은 축삭의 말단에 위치한 작은 주머니인 연접 소포(Synaptic vesicles)에 저장이 되어있으며, 활동전위가 신경근육이음(Neuromusclular junction)에 도달하면 방출이 된다.
연접을 건너 뛸 때 방출된 아세틸콜린을 근육 섬유의 근육섬유막 안의 수용체들이 받아들이게 된다. 이는 신경근육 연접 측면의 근육 섬유에서 일어나고, 화학적 자극의 변화가 발생해 새로운 활동전위가 시작되는 것이다. 새롭게 발생되는 활동전위는 근육 수축의 화학적 과정이며, 근육수축 생리학에 있어서 아주 중요한 작용이다.
그렇다면 이제 근육수축 생리학에 있어서 필요한 과정을 단계적으로 검토해 보겠다.
첫째, 신경세포는 전기적 신호를 보내 축삭 아래로 활동전위를 일으킨다.
둘째, 전기적 신호가 축삭의 가지 말단에 도달한 후 연접 소포에 자극을 주면 신경전달물질인 아세틸콜린을 방출한다.
셋째, 방출된 아세틸콜린은 연접을 건너뛰고, 근육섬유막 안의 수용체에 의해 받아들여진다.
넷째, 근육의 활동전위는 근육섬유막을 따라 이동해서 가로 세관에 도달하게 된다.
그렇다면 근육에 발생된 활동전위가 근육 수축을 생리학적으로 어떻게 발생시키는지 궁금해질 것이다.
2. 활주필라멘트설(Sliding filament theory)의 기초
근육의 활동전위가 일어난 이후의 과정은 활주필라멘트설로 이야기할 수 있다. 근육섬유 안의 다양한 조직들이 어떻게 수축하고 길이가 변하며 힘을 어떻게 발생시키는지 이야기해 볼 것이다. 우선, 4가지의 수축성 단백질을 알아보겠다.
* 액틴(Actin) : 가는 필라멘트라고 불리며 동그란 모양의 단백질로 긴 사슬이 결합된 형태로 만들어져있다.
* 트로포미오신(Tropomyosin) : 줄기 형태의 단백질로 액틴의 활성부위를 덮고 있으며, 근육의 이완 동안 액틴의 가장자리를 근육의 수축에 영향을 주지 못하도록 막아준다.
* 트로포닌(Troponin) : 트로포미오신의 줄기에 위치하며 트로포닌 클러스터에 의해 조절된다. 트로포닌은 여러 종류가 존재하고 근육이 이완할 때 액틴의 말단 위쪽에서 트로포미오신을 유지시키는 역할을 하며, 근육 수축 이후에는 옆쪽으로 이동한다.
* 미오신(Myosin) : 굵은 필라멘트라고 불리며 동그랗고 납작한 머리를 갖고 있는 끈 형태의 단백질로 만들어져 있다. 이 미오신이 액틴을 잡아야만 근수축이 일어나는 특징이 있다.
근육 수축 생리학에서 중요하게 작용하는 위의 4가지 수축성 단백질을 잘 기억해 두어야 한다. 다음 글에서는 이 4가지 수축성 단백질이 근육수축에 어떻게 기여하는지 알아보겠다.
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