[신경과학] 4.3 : 전압의존성 소듐 채널의 특징

 

 

이번 포스트부터는 활동전위 형성에 있어 매우 핵심적인 전압의존성 채널(voltage-gated channel)에 대해 알아보자.

 

 

그 중에서, voltage-gated sodium channel에 대해 조금 더 자세히 알아보자.

 

 

 

 

 

위 그림에는 voltage-gated sodium channel의 구조가 나타나 있음. 일단 위 그림 아래에서와 같이 voltage-gated sodium channel은 4개의 domain으로 이루어져 있고, 각 domain은 위 그림 (b)와 같은 6개의 alpha-helix로 이루어져 있음. 이 중 특히 5, 6번째 helix가 pore를 형성해서 Na+의 selective한 통과를 매개함.

 

 

한편, 4번째 domain을 보면 + charge를 띄는 amino acid들이 많이 분포하고 있는 것을 볼 수 있음.

 

 

 

이 부분이 바로 위와 같이 voltage를 sensing하는 부분임. V가 낮을 경우 세포 내에 - charge가 많으므로 위 그림 왼쪽과 같은 conformation을 띄고 있는 반면 V가 높을 경우 세포 내에 상대적으로 - charge가 줄어들어서 위 그림 오른쪽과 같이 4번째 helix가 위쪽으로 들어올려지게 되고 이 덕분에 conformational change가 유발되어 channel이 open되게 됨.

 

 

 

 

 

한편, helix 5, 6번째에 의해 형성되는 pore에서는 위와 같이 딱 Na+만이 선택적으로 통과할 수 있는 selectivity filter가 존재하고 있음.

 

 

 

다음으로 voltage-gated sodium channel의 functional property들에 대해 알아보자. voltage-gated sodium channel의 경우 delay가 거의 없이 open됨. 다만 1ms정도만 열려 있다가 다시 close되고 이후 inactive해짐. 사실 inactive해진 직후에는 아무리 강한 자극이 주어지더라도 depolarization이 되는 것이 불가능함. 이 시기를 absolute refractory period라 함.

 

 

 

 

한편, 1개의 voltage-gated sodium channel의 특성을 파악하기 위하여 위와 같이 정말 얇은 pipette를 이용해 membrane channel 하나만을 콕 찝어내는 것이 가능함. (이 기술을 patch clamp라 함)

 

 

그렇지만 일반적으로는 neuron 막에서 이 기술을 이용해 집어내는 channel이 Na+ channel이라는 장담을 하지 못함. 따라서 channel을 아예 발현하지 않는 zenopus oocyte와 같은 cell에 Na+만 과발현시킨 후 이 cell에 대해 patch clamp 기술을 이용하는 방법으로 voltage-gated sodium channel의 활성을 연구 가능함. (물론 이 경우에도 어떤 경우 아예 channel이 안 딸려올라오기도, 어떤 경우 2개 이상이 딸려올라오기도 함)

 

 

 

 

 

 

그 결과 얻은 data가 위와 같음. (참고로 이 때 맨 윗줄같은 경우 2개의 channel이 잡힌 결과 신호가 두 배로 나온 것임) 보면 외부에서 membrane voltage stimulus를 주자 마자 거의 delay 없이 voltage-gated sodium channel이 바로 열림. 한편, 거의 한 1-2ms정도만 open이 유지되다가 바로 다시 닫히는 것을 알 수 있음. (즉, g가 빨리 0이 됨)

 

 

 

 

 

이렇듯 빨리 닫히는 이유는 위 그림 아래와 같이 helix 3, 4 사이 link 부위가 1-2ms정도만 지나고 나면 구멍을 곧바로 막아버리게 되기 때문임.

 

 

 

참고로 이 때 link란 위 그림에서 아래로 삐죽 튀어나와 있는 부분을 말함.

 

 

 

 

 

한편 위 그림에 나와있는 복어(puffer fish)가 가지고 있는 독의 주성분은 tetrodotoxin(TTX)라는 물질임. 이 물질은 Na+ permeable pore를 막아버리게 되고 그 결과 AP가 만들어지지 않게 됨.

 

 

 

다음 포스트에서는 전압의존성 칼륨 채널에 대해 자세히 알아보도록 하자.