놀면서 공부하기

이번 포스트부터는 화학적 시냅스(chemical synapse)를 통한 정보전달과정에 대해 자세히 알아보도록 하자.     chemical synapse와 관련해서 과학자들이 지난 1세기간 답하고자 노력했던 질문들은 위와 같음.  첫 번째 질문은 synapse들의 모양이 neuron들 간에 얼마나 다른지와 관련된 것임. 사실 이는 아직도 명확한 답을 찾지 못한 질문임. 두 번째 질문은 NT가 어떻게 synthesize되고 store되는지임. 세 번째 질문은 NT가 어떻게 action potential의 결과 synaptic cleft로 release되는지임. 네 번째 질문은 NT가 어떻게 postsynaptic membrane에 인식되고, 이후 신호는 어떻게 전달되는지임. 마지막 질문은 1000개 이상의..

이번 포스트부터는 신경세포 사이에서 일어나는 정보전달의 과정에 대해 알아보자.  action potential은 자극이 왔을 때 자극을 전달하는 신경세포의 방법임. 한편 neuron에서 neuron으로 정보를 전달할 때의 과정 전체를 일컬어 synaptic transmission이라 부름.   synapse는 실체가 있으며 눈으로 볼 수 있음. synapse의 틈은 15-25nm 정도이므로 실제로 electron microscopy를 이용해야 synapse를 관찰할 수 있음.    위 그림에 나와있는 Charles Sherrington이 책에서 처음으로 synapse라는 용어를 쓰기 시작했고 학계에 synapse라는 용어를 유행시킴. 이 사람은 synapse를 통해서 synaptic transmissio..

이번 포스트에서는 전압의존성 포타슘 채널(voltage-gated potassium channel)의 특징에 대해 알아보자.   voltage-gated potassium channel 또한 4개의 subunit으로 구성되어 있으며, 이 녀석의 경우 초반부에 상당한 delay를 두고 open되지만 동시에 꽤나 오래 열려있게 됨. 그래서 이 녀석을 delayed rectifier라 부름. (delayed는 말 그대로 delay가 큰 채로 open된다는 것이고, rectifier는 depolarized된 것을 다시 repolarized시켜준다는 의미로 사용된 용어임)      위 그림은 voltage-gated potassium channel의 작동 양상을 보여주고 있음. 보면 자극이 오고난 후 상당한 de..

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 aci..

이번 포스트에서는 물리화학적 관점에서 활동전위를 자세히 이해해보도록 하자.     일단 이에 대한 이해를 위해 크게 두 가지 수식을 이해해야 함. 이전 포스트들에서 V=IR=1/g임을 배웠고, 이로부터 I=Vg라는 것을 알 수 있었음. 한편 특정 이온, 위 그림의 경우 K+ ion인데, 이 ion 하나에 대한 V는 Vm-Ek임.  이 수식들을 염두에 둔 상태에서 위 그림을 살펴보자. 일단 맨 처음 경우에서는 Ek가 -80mV이며, 외부전압 Vm은 0mV인 상황임. 이 경우 Vk는 80mV가 될텐데, 이 말인즉슨 I=Vg에서 g만 있다면 K+ ion은 세포 안에서 밖으로 엄청나게 많이 빠져나갈 것임. 그러나 위 그림 (a)에서는 g=0이므로 결국 K+가 하나도 빠져나가지 못함.  한편 동일한 상황에서 g가..

action potential(활동전위)은 spike, nerve impulse, discharge(역전위) 등으로 불리기도 함.     위 그림은 이전 포스트들에서 살펴본 것처럼 threshold를 넘지 못한 신호가 거리 증가에 따라 점점 희미해지는 것을 보여주고 있음. 이 경우, 먼 거리에서 신호를 측정할 시 이 신호가 얼마나 적은지를 바탕으로 원래 신호의 강도를 예상해볼 수 있고, 인접한 두 지점에서의 신호 세기와 거리를 비교해서 시작 위치도 짐작하는 것이 가능하기는 함. 그러나 이동거리에 한계가 분명하므로 좋은 정보전달 system은 아님.    한편 위 그림은 action potential(AP)을 나타내주고 있음. 보면 이 경우 거리가 멀어져도 신호의 세기와 모양이 그대로임을 알 수 있음. 따..

이번 포스트에서는 이전 포스트에서 살펴보았던 네른스트 방정식(Nernst equation), 골드만 방정식(Goldman equation)에 대해 조금 더 자세히 알아보자.     Nernst equation은 위와 같이 Walther Nernst가 제안한 equilibrium potential을 계산하기 위해 사용될 수 있는 equation임. 이 equation에서는 결과적으로 위 그림 오른쪽에 나타나 있는 것과 같은 electrochemical gradient에 의해 특정 분자가 더 이상 순이동을 하지 않고 평형에 이르렀을 때의 막전위를 계산하게 됨.  참고로 Nernst equation은 볼츠만 equation으로부터 유래된 것인데, 볼츠만 equation은 원래 위치에너지를 계산하는 공식에서 유..

membrane channel을 통한 ion 이동은 diffusion과 electricity에 의해 발생함.    우선 diffusion의 경우 chemical한 농도 기울기에 순행해서 일어나는 단순한 확산현상이며, 위와 같이 특정 ion을 통과시키는 channel이 존재할 시 이 channel을 통해서 membrane 양쪽의 ion concentration이 같아질 때까지 ion들이 이동하는 현상을 의미함.    한편, 위와 같이 cathode(-)와 anode(+)가 있는 경우 Na+는 cathode로, Cl-는 anode로 이동하려 할 것임. 이 과정에서 특히 positive ion이 이동하는 방향으로 electrical current가 생긴다고 이야기함.  ion들이 이동하는 과정과 관련하여 중요..

nervous system에서의 membrane potential(막전위), 즉 세포 안팎의 이온 농도 차이에 의해 형성되는 전위에는 크게 두 가지 종류가 있는데, resting potential, action potential이 그것임. 이 중 resting potential의 경우 외부에서 아무런 자극이 주어지지 않은 상태에서의 membrane potential임.      보통 신경에 대해 설명할 때, 외부 자극에 대한 반사 반응, 즉 reflex를 설명하고 넘어가곤 하는데, reflex로는 조건반사(conditioned reflex)와 무조건반사(unconditioned reflex)가 있음.  위 그림에 나타나 있는 것처럼 걷다가 압정을 밟았을 경우, 이 통증신호는 뇌로 전달될 것임. 그러나 뇌..

Alzheimer's disease는 치매(dementia) 중 50% 이상의 비율로 가장 흔하게 나타나는 치매성 질병임.   Alzheimer's disease의 원인과 관련해 많은 이론들이 존재하는데, genetic cause, Cholinergic hypothesis, Amyloid hypothesis, Tau hypothesis 등이 그것임. genetic cause hypothesis는 ApoE 등의 gene의 유전양상에 의해 알츠하이머가 발생할 수 있음을 나타내주고, Cholinergic hypothesis는 아세틸콜린의 합성량이 감소함에 따라 알츠하이머가 발생할 수 있음을 나타내주며, amyloid hypothesis는 extracellular amyloid beta(A\beta) 누적에 의..