생명과학 ① 6-9. 자극과 반응 - 분극과 휴지 전위

생명과학 ① 6-9. 자극과 반응 - 분극과 휴지 전위

◈ 자극의 전달과 신경계

1. 흥분의 전도와 전달 A

① 흥분의 전도

뉴런 내에서 흥분이 전해지는 현상이다.

ⓐ 분극과 휴지 전위

> 분극

뉴런이 세포막을 경계로 안쪽은 음(-)전하, 바깥쪽은 양(+)전하를 띠고 있는 상태를

‘분극’ 또는 ‘휴지 상태’라고 한다.

분극 현상이 나타나는 것은 음(-)전하를 띠는 단백질이 세포 안에만 높은 농도로 존재하고, 세포막의 이온 투과성이 달라서 세포막 안팎의 이온이 불균등하게 분포하기 때문이다. 분극 상태일 때 농도는 세포 밖보다 안이 높고, 농도는 세포 안보다 밖이 높다.

이온	뉴런 내부	뉴런 외부
	15 mM	150 mM
	150 mM	5 mM
	10 mM	120 mM
	100 mM	-

> -펌프(나트륨 펌프)

휴지 상태의 뉴런에서는 막투과성의 차이는 있지만 농도 차에 따라 은 세포 밖으로, 은 세포 안으로 확산된다. 세포막 안팎의 이온 농도 차는 -펌프에 의해 유지된다. 뉴런의 세포막에 있는 -펌프는 은 세포 밖으로, 은 세포 안으로 이동시킨다. -펌프에 의한 이온의 이동은 저농도에서 고농도로 농도차를 거슬러서 일어나는 능동 수송이기 때문에 ATP가 소모된다. (생물②에서 자세히 배운다.)

> 휴지 전위

분극 상태에서 세포막 안팎의 전위차를 휴지 전위라고 한다. 뉴런의 휴지 전위는 보통 -70mV이다. (-)는 세포 내부가 (-)전하를 띠고 있다는 것을 의미한다.

ⓑ 활동 전위의 생성

뉴런이 역치 이상의 자극을 받았을 때 나타나는 파동성의 막전위의 변화를 ‘활동 전위’라고 한다. 활동 전위는 축색 돌기를 따라 정보를 전달하는 신호로 작용하며, 지속 시간은 1~2밀리초(0.001~0.002초)로 매우 짧다. 활동 전위는 막전위가 상승하는 탈분극 단계와 막전위가 다시 낮아지는 재분극 단계로 구분할 수 있다.

> 탈분극

분극 상태의 뉴런이 역치 이상의 자극을 받으면 세포막의 투과성이 변하여 의 통로가 열려 세포 안으로 빠른 속도로 확산되어 들어온다. 세포 안으로 들어온 에 의해 세포막의 전위를 음성에서 양성으로 바꾸어 -70mV이던 막전위가 +35mV로 역전되는데, 이 과정을 탈분극이라고 한다.

> 재분극

탈분극에 의해 막전위가 최고점에 이르면 대부분의 통로가 닫혀 의 유입이 줄어들고 통로가 열려 이 세포 밖으로 확산되어 나간다. 그에 따라 막전위는 빠른 속도로 원래의 휴지 전위 이하로 떨어지는데, 이 과정을 재분극이라고 한다. 재분극 이후 세포막의 투과성이 원래대로 회복됨에 따라 -펌프가 을 세포 밖으로, 을 세포 안으로 이동시켜 이온을 재배치함으로써 막전위는 휴지 전위 상태를 회복한다.

탈분극될 때 세포 안으로 유입된 의 일부가 축색을 따라 인접부로 확산되면서 주변 세포막의 투과성을 변화시켜 통로를 열어 이 유입되게 함으로써 인접부도 탈분극시켜 활동 전위를 발생시키는데, 이를 흥분의 전도라고 한다. 흥분이 전도될 때, 활동 전위의 크기는 줄어들지 않고 일정하게 유지된다.

ⓓ 흥분 전도 속도에 영향을 주는 요인

> 수초의 유무

유수 신경이 무수 신경보다 흥분 전도 속도가 빠르다. 은 수초가 있는 부분에서 세포 안으로 유입될 수 없고 랑비에 결절에서만 유입될 수 있는데, 이것은 통로가 수초에는 없기 때문이다. 따라서 유수 신경의 축색 돌기에서는 랑비에 결절과 다음 랑비에 결절 사이를 징검돌을 뛰어 넘듯이 활동 전위가 생기는데, 이를 도약 전도라고 한다. 막에 있는 통로가 열리고 닫히는 데 걸리는 시간보다 세포 안에서 이 확산되는 속도가 더 빠르기 때문에 도약 전도가 형성되면 흥분 전도 속도가 빨라진다.