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47장 근육계 및 뼈
골격근
▶ 골격에 붙어서 골격의 움직임을 담당하는 근육이다.
▶ 긴 원통형 모양을 가진 세포들의 다발인 근섬유로 구성 된다.
원심성 뉴런의 축삭은 각각의 근섬유로 뻗어 축 삭말단은 근섬유와 함께 신경근 접합부를 만든 다.
47.1 척추동물 골격근의 구조는
여러 수준에서 설명된다
근섬유는 매우 많은 핵을 갖고 지름이 약 10~100 mm이다.
▶ 근육의 위치에 따라 근섬유의 크기나 개수가 다르다.
▶ 모든 근섬유들은 결합조직수초에 의해 서로 평행하게 묶 여지고 뼈와 다른 부위에 부착하는 힘줄로 모아지게 된다.
▶ 근섬유는 근원섬유로 채워져 있다.
근원섬유는 굵은 필라멘트와 가는 필라멘트로 구성 되어 있다.
▶ 굵은 필라멘트와 가는 필라멘트는 서로 교대로 배열된다.
▶ 굵은 필라멘트는 미오신분자들이 서로 어긋나며 포개진 구조로 되어 있다.
- 미오신분자는 2개의 단백질 소단위로 구성되어 있다.
- 이 2개의 단백질 소단위는 이중나선형으로 연결된 형 태를 형성하여 볼록한 머리 부분과 긴 꼬리 부분을 형 성한다.
- 머리 부분은 교차다리를 형성한다.
▶ 가는 필라멘트는 두 가닥의 액틴이 이중나선형으로 꼬여 있고 필라멘트를 따라서 이어지는 홈을 가지고 있다.
- 이 액틴에 결합되어 있는 분자는 트로포미오신과 트로 포닌이다.
- 트로포미오신은 홈 바로 옆을 따라 달리는 길게 늘어진 섬유성 단백질이고, 트로포닌은 필라멘트에 따라 대략 서로 간격이 좀 떨어져 위치하는 구형 단백질이다.
굵은 필라멘트와 가는 필라멘트의 특징적인 배 열은 밝고 어두운 띠를 여럿 형성한다.
▶ A대는 비교적 어둡고 이 부분은 굵은 필라멘트와 이중나 선형으로 서로 겹쳐져 있는 가는 필라멘트의 일부분으로 이루어져 있다.
▶ H 영역은 A대 가운데 부분에 있고 이 부분은 굵은 필라 멘트만 가지고 있다.
▶ H 영역 중앙에는 굵은 필라멘트를 더미로 묶는 M선은 단 백질들의 판이다.
▶ I대는 비교적 밝고 가는 필라멘트 부분으로 구성된다.
▶ 각 I대의 중앙에는 가는 필라멘트들이 부착되는 얇은 Z선 이 있다.
▶ 인접한 Z선 사이의 영역을 근절이라 부른다.
▶ Z선에서 원형질막은 근섬유 안쪽으로 주름을 형성하여 T 소관을 이루고, 근소포체라고 하는 것은 A대와 I대 주변 을 둘러싸고 T 소관과는 분리되어 있다.
신경으로부터 신호가 전달되면
▶ 축삭말단에서 아세틸콜린이 분비되고 아세틸콜린은 신 경근 접합 부위로 분비되어 활동전위가 발생된다.
▶ 이 활동전위는 근섬유세포의 원형질막을 따라 T 소관으 로 전달된다.
47.2 근육 수축은 기본적으로 액틴과
미오신의 움직임이다
▶ 이 활동전위는 T 소관의 말단을 거쳐 근소포체로 전달되 면 근소포체에서 세포질로 Ca2+이 방출된다.
▶ Ca2+은 가는 필라멘트에 있는 트로포닌과 결합하고 이 결합은 트로포미오신을 액틴의 연속적인 홈에서 멀어지 게 한다. 따라서 미오신 머리가 결합할 수 있는 부위가 노 출된다.
미오신과 액틴의 결합
▶ 미오신의 교차다리에 ATP 한 분자가 결합되어 있으면 교 차다리는 가는 필라멘트와 접촉하지 못한다.
▶ ATP가 가수분해되면서 에너지가 발생하고 이 에너지를 이용 하여 미오신 머리는 꼬리 부분과 더 멀리 뻗어 액틴의 연속적 인 홈 부위에 결합하게 된다.
▶ 이 결합에서 머리는 꼬리 부분 쪽으로 다시 구부러져 가는 필 라멘트를 끌어당기는 운동을 하게 된다.
▶ 이 머리는 ATP와 결합하여 미오신은 액틴으로부터 분리 된다.
▶ 액틴과 미오신의 결합 및 분리가 반복된다.
▶ 신호가 더 이상 전달되지 않아 Ca2+ 방출이 중단되면 트 로포닌과 트로포미오신이 원래 위치로 돌아가고 수축은 중지된다.
연축, 강축, 점증
▶ 신경근 접합 부위에서 한 번의 활동전위는 한 번의 약한 근섬유 수축인 근육 연축을 일으킨다.
- 이 상태에서 근섬유가 완전히 이완된 후 다시 자극을 받는다면 처음과 동일한 새로운 연축이 생성되지만, - 근섬유가 완전히 이완되기 전에 다시 자극을 받으면 첫
번째 연축에 두 번째 연축이 더해져 연축 점증이 일어 나 좀 더 강하게 수축한다.
▶ 활동전위가 연속적으로 매우 빠르게 도달하면 최대 수준 의 지속적인 수축인 강축을 생성한다.
▶ 이 상태에서 자극이 멈추거나 근육이 피로해지면 수축성 활동은 감소하게 된다.
근섬유의 종류
▶ 근섬유는 수축률과 피로에 대한 저항성에 따라 구분된다.
▶ 느린 연축섬유는 비교적 느리게 수축하고 수축 강도는 낮 다. 비교적 오랫동안 수축한 상태로 남아 있다.
▶ 빠른 연축섬유는 비교적 빠르고 강력하게 수축한다. 느 린 섬유에 비해서 빠르게, 빠른 무산소성근섬유에 비해서 느리게 피로해진다.
▶ 빠른 무산소성 연축섬유는 제한된 혈액공급을 받고 해당 과정만 수행해 ATP 생성 능력이 매우 낮다. 지름이 굵고 미오글로빈이 부족해 쉽게 피로해진다.
골격근의 미세한 조정
▶ 운동단위인 근섬유의 활성화 정도에 의해 이루어진다.
▶ 각각의 운동단위에서 일정 수의 근섬유는 하나의 원심성 뉴런의 축삭가지에 의해 조절된다.
▶ 근섬유는 근육 전체에 퍼져 있어 수축 힘이 근육 전체에 배분된다.
▶ 미세한 운동을 위해서 하나의 근육에만 활동전위를 전달 하여 적은 수의 근섬유들만 수축한다.
▶ 정확하고 미세한 조절이 가능한 손가락의 경우 단위면적 에 비교적 많은 근섬유들이 있다.
다른 종류의 근육, 심장근
▶ 심장근은 가로무늬근이지만 신경계의 입력이 없어도 주 기적인 탈분극이 일어난다.
▶ 심장에만 유일하게 존재하며, 사이원반에 의해서 전기적 으로 서로 연결되어 있는 가로무늬근으로 이루어져 있다.
신경세포의 자극이 없어도 활동전위를 만들어 낸다.
▶ 사이원반은 이웃한 심장근 세포들의 세포막을 연결하는 특수화된 부위이다.
▶ 평활근은 무늬가 없는 근육으로 혈관과 소화관 등에서 발견된다.
▶ 평활근의 수축은 느리게 일어나며 스스로 수축하거나 자 율신경계의 신경세포의 자극에 의해서 수축한다.
골격은
▶ 몸을 지탱하고 형태를 이루며 내부 구조물을 보호할 뿐 아니라 운동의 기능을 한다.
▶ 3가지로 나눌 수 있다: 유체골격, 외골격, 내골격
47.3 골격계는 지지, 보호, 운동 기능을
수행한다
유체골격
▶ 대부분의 자포동물, 편형동물, 선형동물, 환형동물에서 발견된다.
▶ 몸의 빈 공간을 채운 액체가 압력을 만들어 골격역할을 한다.
▶ 환형동물은 근육수축 파동을 몸의 뒤로 흐르게 하여 연 동운동으로 움직인다.
외골격
▶ 대부분의 연체동물과 절지동물에서 발견된다.
▶ 동물의 체외에 단단히 첨착된 큐티클이 몸체를 싸고 있는 형태의 골격이다.
▶ 몸체가 성장하면 외골격을 교체하는 탈피 과정을 겪는다.
내골격
▶ 해면동물, 자포동물, 척삭동물에서 발견되며 몸 내부에 단단한 지지체들이 박혀있다.
▶ 포유동물의 경우, 200개 이상의 뼈조각으로 구성된다.
▶ 큰 육상 척추동물에서는 골격 이외에 근육과 힘줄이 지 지작용을 한다.
▶ 관절에 의해 골격의 움직임이 다양해진다.
골격의 크기와 규모
▶ 기본적으로 중력에 대응하여 부피에 대한 표면적 또는 부피에 대한 길이의 비로 결정된다.
▶ 길이가 늘어나면 표면적은 제곱으로 늘어나지만 부피는 세제곱으로 늘어난다. 이때 무게도 부피처럼 세제곱으로 증가한다.
뼈는 움직일 수 있는 관절에 의해 연결된다.
▶ 관절은 가장 잘 움직일 수 있는 부분에 위치하며, 유체로 채워진 결합조직막으로 둘러싸여 있고 두 뼈의 말단으로 구성되어 있다.
▶ 관절은 인대에 의해서 서로 연결되고 인대는 피막 바깥 쪽으로 관절을 가로질러 연장된다.
▶ 인대는 관절 운동을 제한하고 관절이 비틀어지고 꼬이지 않도록 한다.
47.4 척추동물의 근육과 뼈는
상호작용한다
작용근 vs. 길항근
▶ 작용근이 수축하는 운동을 하면 길항근은 수동적으로 이 완하게 된다.
▶ 척추동물에서 대부분의 뼈는 서로 길항작용을 하는 길항 근 쌍으로 배열된 근육에 의하여 움직인다.
▶ 눈을 윗방향으로 움직일 때 상직근이 작용근이고 하직근 이 길항근이며, 눈을 아래방향으로 움직일 때 이와 반대 이다.
유영
▶ 마찰을 극복하는 것이 가장 큰 문제이다.
▶ 날아다니거나 땅 위에서 이동하는 경우에 비해서 중력은 큰 문제가 되지 않는다.
