[생명과학] 신경 전도의 과정

 

 

뉴런은 신경세포체와 수상돌기, 축삭돌기로 이루어져 있다. 신경세포체에는 핵과 여러 가지 세포 소기관들이 있으며 단백질이 합성된다. 수상돌기는 신경세포체에서 돌기들이 뻗어 나오는 구조로 표면적을 넓히는 역할을 한다. 다른 세포들이 전달하는 정보를 받아들여 수용기 전위를 발생시킨다. 그리고 축삭돌기는 다른 세포로부터 받은 정보를 활동 전위로 전환해서 다른 세포로 전달하는 역할을 한다. 축삭 말단에는 신경 전달 물질이 들어있는 소낭들과 미토콘드리아가 있다.

 

1. 휴지막 전위

(1) 휴지막 전위의 형성

칼륨 누설 채널만 있을 때 평형 전위는 약 -90mV, 나트륨 누설 채널만 있을 때 평형 전위는 약 +60mV다. 세포에는 나트륨 누설 채널과 칼륨 누설 채널이 모두 있기 때문에 단위 시간당 칼륨의 농도 차이에 의한 유출량과 나트륨의 농도 차이에 의한 유입량이 같을 때 형성되는 평형 전위는 약 -70mV다. 세포에는 나트륨/칼륨 펌프가 계속 ATP를 소모하면서 작동하기 때문에 나트륨과 칼륨의 농도 구배는 유지된다.

 

(2) 활동 전위

전기적 신호가 축삭에 도달하면 전압 개폐성 나트룸 채널에 있는 m문이 열리면서 나트륨 투과도가 증가한다. 그러면서 활동 전위가 발생하기 시작한다. 막전위가 +30mV 쯤에 도달하면 나트륨 채널의 h문이 닫힌다. h문이 닫히면 그 채널은 일정 시간 동안 어떠한 자극에도 열리지 않게 된다. 전압 개폐성 나트륨 채널들이 닫힐 때 전압 개폐성 칼륨 채널의 n문이 열리고 칼륨의 투과도가 증가해 재분극이 일어난다. 재분극이 일어나는 과정에서 전압 개폐성 나트륨 채널의 h문이 열리게 되고 m문이 닫히면서 다른 자극을 받을 수 있도록 준비 상태가 된다. 마지막으로 전압 개폐성 칼륨 채널의 n문이 닫혀 휴지막 전위로 돌아온다.

 

2. 축삭돌기의 신호 전달

(1) 무수 신경의 신호 전달

축삭에 있는 전압 개폐성 나트륨 채널들이 열리면 나트륨이 안으로 유입돼 확산된다. 나트륨이 신경 전도 방향의 반대쪽으로 확산될 때는 나트륨 채널들은 h문이 닫혀있는 불응기 상태이기 때문에 활동 전위가 발생하지 않는다. 신경 전도 방향으로 확산될 때는 나트륨이 주변의 막전위를 상승시켜 나트륨 채널의 역치에 도달해 활동 전위를 발생시킨다.

 

(2) 유수 신경의 신호 전달

수초가 있는 축삭돌기는 수초가 없는 결절 부분에만 채널들이 있다. 도약 전도가 나타나기 때문에 신호가 무수 신경보다 더 빠르게 전달된다. 

 

3. 시냅스의 신호 전달

(1) 전기적 시냅스

전기적 시냅스란 간극연접을 통해 이온이 한 세포에서 다른 세포로 직접 확산되면서 신호가 전달되는 것이다. 세포 사이에 신호를 빠르게 전달하기 때문에 여러 세포들이 동시에 활성화되며 신호가 양쪽 방향으로 전도될 수 있다.

 

(2) 화학 시냅스

활동 전위가 축삭 말단에 도달하면 축삭 말단에 있는 전압 개폐성 칼슘 채널이 열리게 된다. 칼슘이 유입되면 말단에 있던 소낭들이 세포막과 융합하면서 그 안에 있던 신경 전달 물질들이 시냅스 틈으로 방출된다. 화학적 시냅스는 신호가 전달되는 속도가 느린 편이며 한 방향으로만 전도될 수 있다.

 

1) 신경 전달 물질

분비되는 신경 전달 물질로는 크게 흥분성과 억제성이 있다. 흥분성 전달 물질은 세포의 나트륨 투과도를 높여 막전위를 상승시킨다. 대표적으로 글루탐산이 있다. 억제성 전달 물질은 세포의 칼륨이나 염소 투과도를 높여 막전위를 하강시킨다. 대표적으로 글리신, GABA가 있다.

 

2) 수용체

신경 전달 물질이 결합하는 수용체는 크게 이온성과 대사성으로 나눌 수 있다. 이온성 수용체는 개폐성 이온 채널로 신경 전달 물질이 직접 결합하면 채널이 열린다. 대사성 수용체는 G-단백질 연결 수용체로 마찬가지로 신경 전달 물질이 결합하면 개폐성 채널이 열려 활동 전위가 발생한다.

 

3) 분비 물질의 회수

분비된 물질이 주변 환경으로 확산되면 주변에 있던 세포가 재흡수하여 분비 소낭에 채워 넣는다. 가수분해 효소에 의해 물질이 분해되기도 하는데 예를 들어 근섬유 막에 있는 아세틸콜린 에스터라아제는 분비 물질인 아세틸콜린을 아세트산과 콜린으로 분해한다.