[축산식품가공학] 3.2 : 근수축의 기작 및 에너지대사 - 1

 

 

앞에서 근육의 구조까지 정리했다면, 이제 근육이 실제로 어떻게 수축하는지, 즉 근수축의 기작에 대해 배워볼게요.

 

 

근수축은 신경 자극에서 시작돼요

 

 

근육은 스스로 움직이는 게 아니라, 신경 자극을 받아야 움직여요.

대부분의 근수축은 뇌나 척수 같은 신경중추에서 시작된 자극이 신경을 따라 이동하면서 시작돼요.

이 자극은 체성운동신경세포를 통해 골격근으로 전달돼요. 신경을 따라 전달될 때는 그냥 흘러가는 게 아니라, 굉장히 빠른 전기적 신호 형태로 이동해요.

특히 신경섬유에는 랑비에르 마디라는 구조가 있어서, 신호가 점프하듯 전달되면서 속도가 더 빨라져요. 이걸 도약전도라고 해요.

 

근육으로 신호가 전달되는 과정

신경을 따라 이동한 자극은 근육과 만나는 지점인 신경근육접합부에 도달해요.

이 지점에서는 전기 신호가 바로 전달되는 게 아니라, 화학적 신호로 바뀌어요. 여기서 등장하는 물질이 바로 아세틸콜린이에요.

아세틸콜린이 근육 세포막에 작용하면, 근육 쪽에서도 다시 전기적 변화가 일어나요. 이게 바로 근수축의 시작점이에요.

 

막전위와 활동전위 이해하기

 

근육 세포는 평소에도 전기적인 상태를 유지하고 있어요. 이걸 휴지기 막전위(resting membrane potential)라고 해요.

세포 안쪽은 음전하, 바깥쪽은 양전하를 띠고 있는 상태예요. 이 상태는 나트륨과 칼륨 이온의 이동으로 유지돼요.

자극이 들어오면 이 균형이 깨지면서 탈분극이 일어나요. 그리고 다시 원래 상태로 돌아가는 재분극 과정이 이어져요.

이 전체 흐름을 활동전위(action potential)라고 하고, 이 신호가 근섬유를 따라 퍼지면서 근육 전체를 자극하게 돼요.

 

T관과 근소포체의 역할

 

근육 안쪽까지 신호를 전달하는 것도 중요한 과정이에요.

근육 세포막에서 발생한 자극은 T-tubule(횡행세관)을 통해 근섬유 내부로 전달돼요.

그리고 이 신호는 근소포체(SR)로 이어지는데, 여기서 중요한 일이 일어나요.

바로 칼슘(Ca²⁺)이 방출되는 것이에요.

 

칼슘이 근수축의 핵심이에요

근소포체에서 방출된 칼슘은 근수축을 시작하게 만드는 핵심 신호예요.

 

칼슘이 나오면 트로포닌(troponin)이라는 단백질에 결합하게 되고, 이로 인해 트로포마이오신(tropomyosin)의 위치가 바뀌어요.

이 변화 덕분에 그동안 가려져 있던 액틴의 결합 부위가 드러나게 돼요.

이제 드디어 본격적인 수축 단계가 시작돼요.

 

 

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액틴과 마이오신이 만나면서 수축이 시작돼요

 

 

근육 수축의 핵심은 액틴(actin)과 마이오신(myosin)의 결합이에요.

마이오신 머리가 액틴에 붙으면서 교차다리(cross-bridge)가 형성돼요.

이 상태에서 ATP가 분해되면서 에너지가 나오고, 이 힘으로 액틴을 안쪽으로 끌어당기는 파워 스트로크가 일어나요.

이 과정이 반복되면서 필라멘트가 서로 미끄러지게 되고, 결국 근절 길이가 짧아지면서 근육이 수축하게 돼요.

 

활주설로 이해하면 쉬워요

 

 

이 전체 과정을 설명하는 이론이 바로 활주설(sliding filament theory)이에요.

이 이론의 핵심은 간단해요.
근육이 줄어드는 게 아니라, 얇은 필라멘트(액틴)가 굵은 필라멘트(마이오신) 사이로 미끄러져 들어간다는 거예요.

실제로 수축할 때 A band는 그대로 유지되고, I band와 H band만 줄어드는 것이 관찰돼요.

 

근육은 어떻게 다시 풀릴까요?

수축이 끝나면 근육은 다시 이완돼야 해요.

신경 자극이 멈추면 아세틸콜린이 분해되고, 근육 세포는 다시 안정 상태로 돌아가요.

그리고 근소포체가 다시 칼슘을 흡수하면서 세포 내 칼슘 농도가 낮아져요. 그러면 트로포닌에서 칼슘이 떨어지고, 액틴과 마이오신의 결합이 끊어지면서 근육이 이완돼요.

 

이번 내용을 한 번 정리해보면 흐름은 이렇게 이어져요.

신경 자극이 전달되고,
활동전위가 발생하고,
칼슘이 방출되면서,
액틴과 마이오신이 결합하고,
필라멘트가 미끄러지면서 근육이 수축한다

이게 근수축의 핵심 흐름이에요.