골격근 심근 평활근 활동전위, 수축과 이완 기작 비교

 

골격근의 수축기작

 

• 체성신경계 운동뉴련으로부터 화학적 시냅스 전달.
• 체성신경계 운동뉴런과 운동종판(근종판)에서 시냅스 전달이 일어난다. 활동전위가 근소포체에서 칼슘이온을 유출시키고 이때 근소포체의 칼슘 유출은 리아노다인수용체와 디히드로피리딘수용체라는 특수한 단백질의 상호작용(구조변이)에 의해 칼슘이온이 유출된다.
• 칼슘이온이 세포질에 유출되면 칼슘과 트로포닌C가 결합을 하고 트로포미오신의 구조가 변화하여 액틴과 미오신의 결합할 수 있는 자리가 늘어나 가교수가 증가해 장력이 늘어난다. 
• 골격근 수축장력은 운동단위, 연축의 가중, 근 섬유의 길이 변화에 따라 달라진다. 하나의 운동단위가 지배하는 근섬유가 많을수록 장력이 커지고, 고빈도의 활동전위로 인해 세포질에 칼슘이온의 양이 증가하면 세포질 내 칼슘이온의 축적으로 수축 가중이 일어나 강축이 일어난다. 

 

 

심근의 수축기작

 

• 심근은 조율기세포와 수축기세포가 있는데, 활동전위의 모습이 다르다. 
• 조율기세포의 활동전위는 과분극, 절대적불응기, 휴지막 전위가 없다. 교감 자극시 전압의존성 나트륨과 칼슘채널이 열려 탈분극된다. 
• 수축기세포는 전기적 시냅스를 통해 신호가 전달된다. 수축가중이 일어나지 않고, 프랑크-스탈링의 법칙과 교감신경에 의해 심근 수축력이 증가한다. 
  • 프랑크-스탈링 법칙: 정맥 평활근이 수축하면 정맥활류가 증가하고 이완기말 용적이 증가하여 심근의 수축력이 증가한다. 
  • 교감신경에 의한 심근 수축력 증가 : 교감 신경이 흥분하면 세포질의 칼슘농도가 증가하게 되어 일회 수축장력이 증가한다. 또한 교감신경에 의해 일회 수축속도가 증가한다. 

 

심근 수축 기작

 

 

※ 휴지막 전위

º 신경세포에 자극이 주어지지 않으면 이온의 출입이 동적 평형 상태를 이루고 이때 막 전위를 휴지막 전위라고 한다. 
º 휴지막 전위 형성에는 각 이온의 농도 구배 뿐 아니라 이온의 투과성도 매우 중요하다. 
º 항상 열려 있는 칼륨의 밀도가 높아서, 칼륨의 투과도가 높다. 그래서 실제 휴지막 전위는 칼륨의 평형 전위에 더 가깝게 형성된다.

※ 탈분극 과분극 재분극

º 신경세포에서 휴지막 전위보다 전압이 상승하는 것을 탈분극이라하고, 감소하는 것을 과분극이라 한다. 
º 상승했던 막저위가 다시 휴지막전위로 돌아오는 것을 재분극이라고 한다. 

※ 절대적 불응기

º 전압 의존성 Na+채널의 특징으로 휴지막전위에서 전압의존성 Na+채널의 활성화 문은 닫혀 있고, 불활성화문 (=불활성화 고리, H gate)은 열려있다. 

º 전압 의존성 Na+채널의 불활성화문이 열려있는 동안 Na+이 절대 유입될 수 없고, 새로운 활동전위가 생성될 수 없다. 이 구간을 절대적 불응기라고 한다. 

º 절대적 불응기는 활동전위의 최대빈도수를 제한하고, 활동전위의 전도 방향을 한방향으로 고정시킨다. 

 

 

 

골격근 vs 수축기 세포 vs 조율기 세포

특징	골격근	심근 (수축기 세포)	동방결절 (조율기 세포)
휴지막전위	-70mV	-90mV	X
역치전위 도달의 원인	아세틸콜린 신호-> 수용기 전위 -> 역치전위  화학적 시냅스 전달	전기적 시냅스 전달	스스로 조율기 전위 형성 역치 전위 도달
활동전위 유발	전압 의존성 Na+채널	전압 의존성 Na+채널	전압 의존성 Ca+채널
재분극	전압 의존성 K+채널	고평부 상태 Ca+ 추가 유입 K+ 유출 지연	전압의존성 K+채널
과분극	O	X	X
절대적 불응기	O	길다	X

 

 

활동전위 신경세포, 골격근 세포

활동전위 수축기 세포

활동전위 조율기 세포

 

 

 

평활근의 수축기작

 

• 평활근 수축의 원인은 자율신경계, 국소조절자, 자율성 등 다양하고, 트로포닌과 미오신 머리 ATPase 활성이 없다는 특징이 있다. 
• 수축과정은 세포질의 칼슘이온 농도가 증가하면 칼모듈린을 활성화 하고 활성화 된 칼모듈린에 의해 미오신 머리 인산화 효소가 활성화 되어 미오신이 인산화 되어 가교를 형성할 수 있다. 

 

평활근 수축 기작

 

 

 

 

골격근 vs 심근 vs 평활근

 

골격근	심근	평활근
수의적 조절 다핵성	불수의적 조절 단핵성	불수의적 조절 단핵성
가로무늬 발달	가로무늬	민 무늬근
T소관	T 소관	T 소관 없음
활면소포체가 매우 발달	활면소포체	활면소포체이 덜 발달
활면소포체에 의해 세포질 [Ca+] 증가	활면소포체와 세포 외부 유입에 의해 세포질 [Ca+] 증가	활면소포체 보다는 세포외부에서 Ca+유입에 의해 세포질 [Ca+] 증가
트로포닌 존재	트로포닌 존재	칼모듈린

 

 

 

 

 

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골격근, 심근, 평활근의 이완기작

 

골격근과 심근의 이완은 따로 신호가 없고, 세포질의 칼슘이온 농도가 줄어들면 이완된다. 활동전위에 의해 활면소포체나 세포 외부에서 유입된 칼슘이온은 Ca+ ATPase에 의해 다시 활면소포체 또는 세포 외부로 이동한다. Ca+ ATPase의 속도에 따라 세포질 칼슘농도가 줄어드는 속도가 달라지며 이는 근육의 이완속도를 조절한다.

평활근 중 일부는 이완 신호가 있다. 예를 들어 혈관 평활근은 혈관 내피세포 유래 NO라는 산화질소에 의해 이완된다.  

 

혈관 평활근 이완 기작