세포의 기능은 세포 간의 대화를 통해 유기적으로 연결된다. 즉, 세포 간의 신호전달을 통해 각 장기나 기관에 대화를 통하여 인체가 생명활동을 할 수 있습니다. 세포 간의 신호 전달 방법에는 전기적인 신호 전달과 화학적 신호 전달이 있습니다. 전기적인 신호 전달은 흥분파에 의한 신호 전달로 전달 속도가 빠르지만 장기적으로 유지하기 어려울 수 있다. 화학적 신호 전달은 전기적 신호 전달에 비해 속도는 느리지만 장기간 생리적인 기능을 수행할 수 있게 한다는 특징이 있다. 이 신호전달은 우리가 평소에 걷고, 먹고 외부로부터 어떠한 자극을 받았을 때 나타나는 반응을 이야기할 수 있습니다. 지금부터 전기. 화학적 신호 전달에 대해 알아보도록 하겠습니다.
전기적 신호를 통한 세포 간의 신호전달
전기적 신호 전달에는 안정막 전압과 활동 전압이 있습니다. 먼저 안정막 전압은 세포의 안과 밖에서 전압차가 유지된다는 것을 이야기 합니다. 세포 안쪽에 전압차를 측정된 전압차를 세포막 전압이라고 하며 세포막전압차가 안정된 상태를 안정막 전압이라고 합니다. 안정막 전압은 세포 기능에서 중요한 역할을 합니다. 안정막 전압은 조직에 따라 다르지만 신경세포의 경우 -75mV를 띄고 있을 때 안정상태라고 할 수 있습니다. 안정막 전압이 음의 값을 띄는 이유는 우리 인체에서 가장 중요한 펌프인 Na+-k+(나트륨칼륨) 펌프 때문입니다. 이 펌프는 밑에 내용에서 자세히 이야기해드리도록 하겠습니다.
활동 전압(action potential)이란 안정상태에서 인체에 새로운 자극이 가해지면 안정막 전압은 활동 전압으로 변하게 됩니다. 활동 전압은 자극이 가해진 부분에서 발생하여 인근으로 물결처럼 퍼져나가게 됩니다. 이와 같이 활동접압의 전달을 흥분파(impulse)라고 합니다. 흥분파는 신경 섬유를 통해 정보를 전달하는 역할을 합니다. 근육 세포에서 나타나는 활동 전압은 근육을 수축시키는 역할을 합니다. 흥분파가 발생한 곳에서 신경의 말단까지 흥분파가 전달되면 아세틸콜린이라는 신경전달물질을 분비하여 신경근육접합부에서 근육세포를 흥분시키게 한다. 안정상태에서 세포막의 바깥쪽에는 양이온 안쪽은 음이온을 띄게 되는데 이 상태를 분극상태라고 할 수 있습니다. 분극 상태에서 자극에 의해 양이온이 세포 안으로 들어오면서 분극 상태가 깨어지는 것을 탈분극이라고 합니다. 탈분극 상태에서 다시 분극 상태로 되돌아오는 것을 재분극이라고 합니다. 이때 잠깐 세포막 바깥에 있던 양이온이 증가하여 안정막 전압보다 더 큰 음전압을 띄게 되면 이 상태를 과분극이라고 합니다. 탈분극을 일으키는 최소 전압을 문턱전압(역치전압)이라고 하며 문턱전압이 넘는 자극이 가해졌을 때 탈분극이 일어나게 됩니다. 활동전압을 전달하는 흥분파에 의해 탈분극이 일어난 상태를 절대적 불응기라고 하며 정점전압에서 다시 재분극이 되어가는 상태를 상대적 불응기라고 합니다. 또한 문턱전압 이상의 자극을 주면 탈분극 상태가 나타나지만 문턱전압이하 자극을 주었을 땐 반응이 나타나지 않는 것을 실무율의 법칙(all or none)이라고 합니다.
Na+-K+ 펌프
앞서 설명 드린 내용과 동일하게 세포외액은 양이온의 농도가 높게 유지되고 세포내액은 음이온의 농도가 높게 유지됩니다. 인체는 확산이라는 수동이동을 통해 이온이 높은 곳에서 낮은 곳으로 확산됩니다. 세포 외핵에 있던 Na+가 세포 내액으로 들어오고 K+가 세포 밖으로 나가게 되면서 세포의 부피를 유지하기 위해 K+는 세포 안쪽으로 능동이동을 하는 것을 Na+-K+펌프 라고 합니다. 이때 1개의 ATP를 사용하면서 Na+를 밖으로, 빠져나간 K+를 안으로 능동이동 시키면서 밖으로는 3개를 내보내고 안으로는 2개를 가지고 오면서 결과적으로 세포 내액은 음전하를 띄게 됩니다. 3:2의 비율로 양전하와 음전하를 띄는 상태를 우리는 분극 상태라고 이야기합니다.
화학적 신호를 통한 세포 간의 신호전달
화학물질에 의한 신호전달은 매우 다양하다. 화학물질에 의한 신호전달은 화학전령에 해당하는 전달물질은 주로 호르몬과 신경전달물질이 있는데 신경전달물질은 촉진과 억제를 한다. 호르몬은 내분비세포에서 분비된 후 표적이 된 세포의 수용체와 결합하여 특수한 기능을 수행하는 것을 호르몬이라고 한다. 신경전달물질은 신경말단에서 신경세포와 신경세포사이 시냅스의 신호전달을 하거나 신경과 근육 사이인 신경근육접합부에서 신호전달을 하는 물질을 이야기합니다. 대표적으로는 아세틸콜린이 있습니다.
전기적, 화학적 신호전달은 인체의 기능을 수행할 때 중요한 원인입니다. 대표적인 예로는 근육수축이 있습니다. 이 기본원리를 이해하고 나면 우리는 근수축기전을 이해할 수 있으니 많이 꼼꼼히 읽어주세요! 오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.