Role of the Sarcoplasmic Reticulum in Muscle Cells

지난 영상에서 알 수 있듯이

근육 세포 내에 칼슘 이온 농도가
높아지면

칼슘 이온은 트로포닌 단백질과 결합하여

트로포마이오신을 제거하는 형태로
변형이 됩니다

그러면 미오신 헤드는

액틴 필라멘트를 따라 서서히 움직이고

그러면서 근육의 수축이 일어납니다

고농도 칼슘 혹은 칼슘 이온 축적은

수축을 발생시킵니다

저농도 칼슘 이온 축적 상황에서
트로포닌 단백질은

표준 형태로 트로포마이오신을

미오신 헤드쪽으로 다시 당깁니다

그럼 수축이 일어나지 않습니다

그럼 다음 질문은 당연히 어떻게 근육이

고농도 칼슘 축적에서의 수축과

저농도 칼슘에서의 이완을 조절하는가
입니다

좀더 정확한 질문은 신경계가 어떻게

수축과 이완을 조절하는가 입니다

신경계는 어떤 식으로 수축하기 위해서

칼슘 농도를 높여야 하고
이완하기 위해서는

낮춰야 한다고 근육에게 전달할까요?

이를 이해하기 위해 이전에 봤던

뉴런 관련 동영상을 잠깐 리뷰하겠습니다

축삭의 종말 연결부를

그려보겠습니다

다른 뉴런의 수상돌기와
시냅스를 가지는 대신

실제 근육 세포와 시냅스를 가집니다

실제 근육 세포와 시냅스를 가집니다

여기가 실제 근육 세포와의 시냅스입니다

이건 실제 근육세포와의 시냅스입니다

혼동되지 않게 하기위해 각각에
라벨링을 하겠습니다

이것은 축삭입니다

축삭말단이라고 부를 수 있습니다

이것이 시냅스입니다

뉴런 영상에서 봤던 용어 중에서

이 공간은 시냅스 간극이라고 했습니다

이것은 시냅스전 뉴런입니다

이 부분은 이미 본적이 있겠지만

시냅스후 세포입니다

이 경우 뉴런은 아닙니다

그리고 이 부분은

세포 막입니다.

이후 또는 그 다음 영상에서

근육세포 해부학에 관해서

보여줄 예정입니다

이 부분은 칼슘 이온 축적이 어떤 식으로

진행되는지 이해하고자 하는 관점에서는

약간 추상적으로 보일 수도 있습니다

이것은 근초라고 불립니다

발음을 어떻게 할지 약간 헷갈리네요

이것은 근육세포의 막입니다

바로 여기, 근육세포 막이 안쪽으로

접혀있다고 생각하면 됩니다

근육세포막 표면을 관찰한다고 하면

세포 내의 작은 구멍이나 움푹한 모양처럼

보이는 것이 있습니다.

이 그림은 횡단면이기 때문에
안으로 접힌 것처럼 보이거나

바늘 같은 걸로 꾹 찔렀을 때

보이는 모양이라고 생각하면 됩니다

막이 접힌 형태라고 볼 수 있습니다

그리고 이 부분은 T-소관입니다

T는 "transverse"를 의미합니다.

세포막 표면을 가로지른다는 겁니다

이 부분은 이 영상에 정말 중요한 부분이며

정말로 중요한 세포 기관입니다

정말로 중요한 세포 기관입니다

이 세포기관은 근소포체라 불리는

근육 세포 내부에 있습니다.

근세포체 조직은 생김새나

소포체와의 연관성 면에서

소포체와 매우유사 하지만,

이 조직의 주요 기능은 저장입니다

소포체는 단백질을 생성에 관여하고

거기에 부착된 리보솜이 있지만

근소포체는 순수 저장 기관입니다

근소포체의 기능은

막에 칼슘 이온 펌프가 있고 이 펌프는

ATP를 사용해서 동작을 합니다.

즉 ATP가 들어와서 결합이 되면

칼슘 이온도 결합이 될 것이고

ATP가 ADP와 인산염으로
가수분해 되면

이 단백질의 수준을 변화시키고

이 단백질의 수준을 변화시키고

이 변화는 칼슘 이온을
내부로 펌핑합니다

결과적으로 칼슘이온이
내부로 유입됩니다

소포체 막의 칼슘 이온 펌프의
실질적 효과는

근육이 휴식상태일 때

근소포체 내부의 칼슘 이온 농도가

매우 높게 유지되게 하는 것입니다

칼슘 이온 농도가 높아지면 어떻게 될지

알고있을꺼라 생각이 되는데

근육이 수축하게 되면 농축된 칼슘 이온이

세포질 밖으로 내보내지게 됩니다

그러면 트로포닌과 결합할 수 있게 되고

이전 영상에서 이야기했던
모든 동작을 하게 됩니다

여기서 궁금한 점은
근소포체는 어떻게 칼슘을

세포질 밖으로 보낼 시점을
인지하는가 입니다

이 부분은 세포 내부입니다

이 부분에는 액틴 필라멘트, 미오신 헤드

트로포닌, 트로포미오신 등이 전부

이 환경에 노출됩니다

바로 이 부분입니다

충분히 짐작할 수 있겠지만

분명히 하기 위해 여기에 그리겠습니다

매우 개략적으로 그리고 있습니다.

상세 구조에 대해서는
이후 영상에 보도록 하겠습니다

아주 추상적인 그림이지만, 대략적으로

어떤 일이 진행되는지
보여줄 수 있을 것 같습니다

이 뉴런을, 운동 뉴런이라고 하죠

이 뉴런은 근수축 신호를 보낼겁니다

우선 어떤 식으로 뉴런 또는
활동전위를 가진 축삭으로

신호가 전달되는지 알고 있습니다

소듐 채널이 여기 있다고 하죠

게이트 전압이 있어서

약간의 양극을 띄고 있습니다

그럼 소듐 채널 전압 게이트가 열립니다

채널이 열리면 더 많은 소듐이 유입됩니다

그러면 전압이 더 올라가게 됩니다

그럼 다음 전압 게이트 채널을 열게 되고

축삭 막으로 지속적으로 전달됩니다

결과적으로 충분한 전압이 축적이 되면

칼슘 전압 게이트가 열립니다

이 부분은 모두 이전의

뉴런 영상에서 배웠던 것입니다

결과적으로 칼슘 이온 채널 전압이

충분히 높아지면

칼슘 이온이 유입되게 합니다

칼슘 이온이 유입되면 신경 접합부 막 또는

시냅스 전 세포막 근처의 특별한 단백질과

결합하게 됩니다

여기에 칼슘 이온이 있습니다

칼슘 이온은 소낭에 붙어있던
단백질과 결합합니다

알아둘 점은, 소낭은 신경전달물질
주위에 있던

이런 막들이었습니다

칼슘이 단백질과 결합하게 되면

세포외 배출이 일어나게 됩니다

세포외 배출은 소낭막이

활동성 뉴런의 막과 합쳐지게 하고

결과물이 배출되게 합니다

이 부분은 뉴런 영상의 복습입니다

상세 내용은 해당 영상에 설명했지만

위에서도 보았듯이

모든 신경 전달물질이 배출되게 됩니다

뉴런과 신경 세포 사이에 있는

시냅스에 대해서도 이야기 했었습니다

이곳의 신경전달물질은 아세틸콜린입니다

하지만 수상돌기에서 발생하는 것처럼

근초, 즉 근육세포막의 수용체와 결합되고

근육세포의 소듐 채널을 엽니다

근육세포의 소듐 채널을 엽니다

근육세포에도 뉴런과 같이

그러면 근육세포 막에도
전압 구배가 생기는데

뉴런의 전압 구배와 동일한 역할을 합니다

여기에 아세틸콜린이 생기면

소듐이 근육세포 내로 유입됩니다
그럼 내부는 양극을 띄고

근육세포 내부의 잠재적 동작을 유발합니다

약간의 양극성을 띤 상태입니다

양극 전압이 일정 이상이 되면

전압 게이트를 열게 하고

더 많은 소듐이 유입되게 합니다

그러면 이 부분도 양극을 띄게 됩니다

물론 상황을 반대로 만들 수 있는
포타슘도 있습니다

뉴런에서 일어나는 동작과
매우 유사합니다

결과적으로 이쪽에 소듐 채널이 있고

결과적으로 이쪽에 소듐 채널이 있고

이 활동 전위는 양극을 띄게 됩니다

전압이 충분히 높으면 채널이 열리게 되고

더 많은 소듐이 유입됩니다

그러면 활동 전위가 형성됩니다

그런 후 활동 전위는,
여기에 소듐 채널이 있고

T-소관으로 내려옵니다

뉴런에서 오는 정보는,
추측할 수 있겠지만

활동 전위가 화학적 신호로 바뀌고

이 신호가 다른 활동 전위를 자극해서

T-소관까지 오게 됩니다

매우 흥미로운 부분은 단백질 복합체가

필수적으로 근소포체와

T-소관을 연결한다는 것입니다

이 부분은 여전히 연구 중인 분야로
관심이 있으면

몇 가지 정보를 알려주겠습니다

여기에 큰 박스 하나를 그리겠습니다

단백질 복합체 입니다

각 단백질 이름을

여기에 정리하겠습니다

"protein triadin", "junctin"

"calsequestrin", "ryanodine" 입니다

이들은 T-소관과 근소포체를

연결하는데 관여합니다

하지만 중요한 것은 활동 전위가
이쪽으로 이동 될 때

그래서 충분한 전압이
이 주위에 형성되면

"어떤 일이 일어나는가?" 이고

단백질 복합체가 칼슘을
배출하게 합니다

리아노딘이 칼슘을 배출하는
실질적인 부분이라

말하지만, 여기 이 부분에서

촉발된다고 할 수 있습니다

활동 전위가 내려가면

다른 색으로 바꾸겠습니다

보라색을 너무 많이 사용하네요

붉은 색으로 표기하겠습니다

활동 전위가 충분히 올라가면

유입되는 소듐으로 인해
양극을 띄게 되는데

여기 미스터리한 박스,
이 단백질들에 대해서

이 단백질에 대해

웹에서 검색해봐도 됩니다

사람들은 여전히 어떤 식으로
이 박스부분이

근소포체에서 칼슘 이온이
배출되도록 촉진하는지

근소포체 내부의 칼슘이 이온이 모두

근소포체 내부의 칼슘이 이온이 모두

세포질 내부로 배출이 됩니다

그럼 어떤 현상이 일어나게 될까요?

고농도로 축적된 칼슘의 칼슘 이온이

영상 초기에 말한 것처럼

트로포닌과 결합합니다

트로포닌과 결합한 칼슘 이온은
트로포미오신을 제거합니다

전전 영상에 배웠듯이
ATP를 사용하는 미오신이

액틴표면으로 나오고

동시에 신호가 사라집니다

이와 동시에 채널이 닫히고
칼슘 이온 펌프는 칼슘의 농도를

다시 낮춥니다

그럼 수축이 멈추고

근육은 다시 이완됩니다

여기서 핵심은 칼슘 이온 컨테이너는

근육이 이완될 때 필수적으로
칼슘을 세포 내부인

컨테이너 바깥으로 보냄으로써

마이온신이 액틴으로 올라오는 것을 막아

근육이 이완되게 합니다

하지만 다시 신호를 받으면
칼슘 이온이 유입되고

트로포미오신이 트로포닌에 의해
제거되어서

근육 수축이 일어납니다

잘모르겠지만
아무튼 정말 매력적이예요

아직 이 과정이
완벽히 이해되지 않은 것도

그렇고요

생물학자가 되고 싶다면

이 메커니즘을 이해하기 위한 연구 분야도

아주 흥미로운 분야일 수 있습니다

과학적 관점에서 실제 동작이
어떻게 되는지도

흥미롭지만

이 단백질 기능이 정상적이지 않아서
발생하는

병들이 있을 수 있습니다

어쩌면 이런 동작 메커니즘을 향상시키거나

저하시키는 방법을 찾을 수도 있을 겁니다

활동 전위가 나타나고

칼슘 채널이 열릴 때

정확히 어떤 일이 일어나는지를
파악하는 것은

분명히 긍정적인 영향이 있을 겁니다

이제 중요한 부분이 남았습니다

운동뉴런이 어떤 식으로
근소포체가 세포질 내의

칼슘 이온 이동을 조절하여

세포의 수축을 자극하는지

알고 있습니다

이 영상 전에 책을 읽고 왔는데

이 펌프들의 동작이 매우
효율적이라고 합니다

신호가 사라지고 게이트가 닫히면

근소포체는 30ms 만에 다시

이온 농도를 정상화 할 수 있습니다

그런 이유로 쉽게 근육 수축을 멈출 수 있죠

펀치를 날렸다가 당기고 쉬는 동작을

순식간에 할 수 있는 이유도

30분의 1초도 안되는 30ms만에

수축을 멈출 수 있기 때문입니다

그럼 다음 영상인

"The Acutal Anatomy of a muscle cell" 에서

조금 더 자세히 살펴보겠습니다