[신경과학] 12.2 : 근육의 수축과정

 

 

이번 포스트에서는 근육의 수축과정에 대해 알아보자.

 

 

 

 

위 그림에는 muscle의 contraction 과정이 나타나 있음. 이 때 중요한 것 중 하나가, motor neuron의 말단에서 ACh가 분비된다는 것과, 그 결과 근세포 내의 sarcoplasmic reticulum(SR)으로부터 Ca2+가 분비되어서 결과적으로 근육이 수축한다는 것임. 한편 이후 Ca2+는 SR로 다시 reuptake되고 그 결과 muscle fiber는 relax됨.

 

 

 

 

위 그림에는 muscle fiber의 structure가 나타나 있음. 이 때 muscle fiber 하나는 여러 myoblast(muscle precursor cells)가 fusion된 채로 존재하고 있기 떄문에 하나의 fiber에 여러 개의 핵이 존재하고 있음. (multinucleated) 한편 이들의 세포막은 sarcolemma라고, 이들의 ER은 sarcoplasmic reticulum이라고 함.

 

 

그리고 위 그림에도 나타나 있는 것처럼 한 muscle fiber 안에는 myofibril 여러개가 존재하고 있음. 한편 T tubule이라는 안으로 folding된 구조도 존재하는데, 이 존재에 의해서 자극이 근육세포 안으로 효율적으로 전달되는 것이 가능함.

 

 

 

 

 

 

보면 실제로 motor neuron 말단에서 ACh가 분비되고, 그 결과 근세포 막의 ACh receptor가 activation되면서 depolarization이 유발됨. 이 depol은 T tubule을 타고 세포 안 깊숙히 전달되게 되고, 결국 위 그림 왼쪽에 나타나 있는 것과 같이 SR 막에 존재하는 Ca2+ channel에 conformation change가 일어나 Ca2+가 세포질로 방출되게 됨.

 

 

 

 

한편 위 그림에는 muscle fiber 내부에 존재하는 myofibril의 구조가 나타나 있음. 보면 이 경우 Z line들로 구분지어지는 수축의 단위인 sarcomere가 존재하고 있으며, actin으로 이루어진 thin filament, myosin으로 이루어진 thick filament가 서로 일부 교차되어 존재하고 있음. 이 때 만약 motor neuron을 통한 AP 전달에 의해 Ca2+가 분비된다면 myosin head가 actin filament를 안으로 sliding시키게 되고 그 결과 sarcomere의 길이가 짧아지면서 수축이 일어남.

 

 

 

 

 

실제로는 Ca2+의 cytosol 농도 증가에 따라 위 그림과 같이 여러 sarcomere가 동시에 수축되면서 결국 muscle contraction이 일어나게 됨.

 

 

그렇다면 어떻게 Ca2+의 농도 증가가 이러한 일을 가능케 하는걸까.

 

 

 

 

Ca2+가 없을 때는 actin filament 근방에 troponin과 tropomyosin이 결합하고 있음. 이 때 tropomyosin이 actin을 감싸고 있는데, 특별히 actin 중 myosin head와 결합할 수 있는 부위를 물리적으로 block하고 있음. 이런 상태에서 Ca2+가 들어오게 되면 이 녀석은 troponin에 붙게 되고 이어서 tropomyosin의 conformational change가 유발되면서 그 결과 myosin head와 actin이 결합할 수 있게 됨.

 

 

참고로 이 때 myosin head에 ATP가 결합하면 actin과 떨어지고, 이후 가수분해에 이어 release가 일어나면 head가 tilt된 채로 다시 actin과 결합하게 됨. 결국 이러한 과정에서 power stroke이 발생함.

 

 

 

정리하자면 근육 수축 과정에서 ATP는 크게 두 곳에서 사용됨. 첫 번째로는 앞서 말했던 것처럼 power stroke에서 사용되며, 두 번째로는 나중에 Ca2+를 SR로 다시 reuptake하기 위해 Ca2+ pump가 작용하는 과정에서 많이 사용됨.

 

 

참고로 개체가 죽게 되면 ATP가 고갈되게 되는데, 그 결과 myosin head와 actin filament가 계속 붙어있는 상태로 남아있게 되고 사후경직(Rigor mortis)이 관찰됨.

 

 

 

다음 포스트에서는 자기수용감각(proprioception)에 대해 알아보자.