[생리학] 근 수축과 활동 전위 그리고 칼슘채널에 관해서

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[생리학] 근 수축과 활동 전위 그리고 칼슘채널에 관해서에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

부분은 Na+유입으로 세포내 하전이 음성에서 양성으로 바뀌었지만 인접부분은 전기적으로 음성이어서 전류는 섬유 속 +부분에서 -부분으로 흐르게 된다. 이 전류는 세포막을 나와서 세포액을 돌아 다시 흥분된 제자리에 되돌아오는 전류의 회로를 만드는데 이 회로를 국소회로라 하고 이 전류를 국소전류라 하며, 국소전류는 활동전압이 발생된 바로 옆 안정부분의 막 전압에 영향을 미쳐서 이곳도 탈분극 시키고 같은 방식으로 다음 부분도 Na+에 대한 문을 열어주어 활동전압을 유발 한다
*활동전위: 자극
신경섬유와 근섬유는 막전위를 가지고 있고 활동전위라는 전기적 자극을 막표면을 따라 전달시킬 수 있는 능력을 가지고 있다. 그렇기 때문에 활동전위가 운동신경에서 근섬유로 전달되어야 근육수축이 시작된다.
즉, 활동전위는 신경섬유 또는 근섬유의 막표면을 따라 전달되며, 막에서 화학적 변화를 일으키고 반전하는 전기적 분극의 전기화학적 진행이라 한다.
① 휴지상태 - 이온의 확산(분극상태, poarized state)
휴지상태의 축색 : 안족이 바깥쪽에 비해 음전하를 띠고 있는 상태로 평형, 나트륨과 칼륨이온은 크기가 작아 쉽게 이동할 수 있다.
단백질 분자는 크기가 커서 원형질막을 통과할 수가 없으며 축삭안에 그대로 남게 된다.
나트륨이온 농도는 바깥쪽에 약 10:1 정도 많고, 칼륨이온은 축색 내부에 많다.
※ 나트륨/칼륨 교환펌프(sodium/potassium ion exchange pump)
- 한 번 가동될 때마다 나트륨이온 3개, 칼륨이온 2개 수송
※ 막의 투과성과 전하
축색의 원형질막은 Na+에 대한 투과성이 낮은 반면, K+에 대해서는 투과성이 높다
→ 안으로 펌프되어 오자마자 밖으로 확산 그러나 밖에는 양전하를 띤 Na+가 많아 K+를 밀어내고, 막 안에 있는 음전하를 띤 단백질은 K+를 끌어당긴다.
② 휴지전위(resting potential)
내부의 칼륨이온에도 불구하고 바깥에 비해 음전하를 띠고 있음
막 사이의 전위차 : 약 -70mV 정도(마이너스 부호는 바깥에 비해 안쪽이 상대적으로 음전하를 띤다는 것을 의미) ⇒ 전기화학적 기울기(많은 양의 에너지 보유)
③ 활동전위(action potential)의 생성
축삭을 따라 이동해가는 탈분주의 파동 뉴런의 자극 → 수상돌기나 세포체는 수동적인 전기신호를 축색시기구로 전달 → 활동전위 생성 → 축색 → 다른 뉴런 자극
나트륨에 대한 축색의 투과도가 갑자기 증가하기 때문에 발생(Na+가 안으로 유입)
⇒ -70mV에서 약 +30mV로 증가
재분극(repolarization; 휴지상태로 돌아가는 것) 과정이 뒤따른다.
활동전위의 특성 : 실무율(threshold voltage; -40∼-50mV)를 가지며, 자극이 이보다
작은 경우 활동전위를 일으킬 수 없다.
일단 활동전위가 생성되면 크기나 속도는 자극의 변화에 의해 변하지 않는다.
④ 휴지전위의 회복
Na+에 대한 원형질막의 투과도 낮아짐 → 재분극 시작(재분극되는데 필수적인 이온은 나트륨이 아니고 칼륨이다)
K+은 급속히 뉴런 밖으로 확산되어 나가며 유입된 Na+ 수와 평형이 될때까지 지속 K+은 밖에, Na+은 안에 다량 존재 → Na+/K+ 교환펌프에 의해 원상태 회복
- 불응기(refractory period) : K+이 축색에서 나가고 막전위가 다시 -70mV로 이동하는 시간
- 절대불응기(absolute refractory period) : 자극 강도에 상관없이 새로운 활동전위가 생성될 수 없다.
- 상대적 불응기(relative refractory period) : 새로운 활동전위가 생성될 수는 있지만,
아주 강한 자극 필요
활동전압의 전파(propagation of action potential)
A. 축색을 따라 간격을 두고 위치한 세포내 전극세트에서 기록되는 전압을 나타내며(조금 과장되어 있음) 진행되더라도 활동전위는 약화되지 않는다.
B. Na+통로의 변화와 막전위의 진행성 동요를 일으키는 전류흐름(갈색 화살표)을 보여 준다. 축색 중 막이 탈분극된 지역은 분홍색으로 음영되었다. Na+통로의 불활성화가 탈분극이 뒤쪽으로 확산되는 것을 막기 때문에, 활동전위는 탈분극된 지역에서 멀리 진행될 수밖에 었다.
<수축과정>
휴지상태
↓
운동종판에 활동전위가 도달
↓
아세틸콜린의 유리, 근형질막과 막의 탈분극
(Na+이 근섬유내로 이동)
↓
T관을 경유하여 근소포체에 활동전위가 전달
↓
근소포체 종말수조로부터 근형질로 칼슘이온이 유리
↓
트로포닌에 칼슘이온이 결합
↓
Myosin-ATPase의 활성화로 ATP의 가수분해
↓
액틴 결합장소로부터 트로포마이오신의 이동
↓
액틴-마이오신 가교형성
↓
필라멘트 미끄러짐, 근원섬유 마디의 단축
<이완과정>
Cholinesterase의 유리와 아세틸콜린의 분해
↓
근형질막과 T관의 재분극
↓
근소포체의 칼슘펌프 활성화로 칼슘이온이 근소포체 종말조로 복귀
↓
액틴-마이오신 가교형성의 종결
↓
트로포마이오신이 액틴 결합장소로 복귀
↓
Mg2+와 ATP가 Mg2+-ATP 복합체 형성
↓
필라멘트의 수동적 미끄러짐
↓
근원섬유 마디가 휴지상태로 복귀
참고>
인체생리학 이정수외 4명 정담 2002년 발행
필수세포생물학 교보문고 박상대외 34명
http://www.haksungsports.com/training/guide_muscle.htm
http://www.biology.lsu.edu/classes/biol4087/Helpful-links/Action-potential.html
http://www.mrothery.co.uk/muscles/MusclesNotes.htm
http://www.volodalen.com/13physiologie/mouvement.htm
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http://www.benbest.com/science/anatmind/anatmd3.html

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