[생물 임용 노트]근육- 2) 골격근 수축 기작

개요

운동 신경 말단에서 분비된 아세틸콜린이 근육 세포의 막을 탈분극 시키면, 탈분극에 의해 ATP를 소비해서 능동 수송으로 근소포체의 Ca²⁺을 방출해 마이오신을 활성화시킨다.
활성화된 마이오신은 ATPase의 활성으로 ATP를 가수분해한 후, ADP와 P_i가 마이오신 머리에서 분비되면서 생기는 구조적인 변화로 수축을 일으킨다. 근수축 간 A대는 일정하고, I대와 H역이 짧아진다.

과정

1. 운동 뉴런의 활동 전위 전도로 말단에 아세틸콜린의 방출이 일어남
2. 근육 세포막의 니코틴성 아세틸콜린 수용체 결합 시 활동전위 발생
3. 활동 전위가 횡주 소관(T세관)으로 전도되어 근소포체 말단에서 Ca²⁺ 방출을 일으킴
4. 트로포닌의 형태 변화로 마이오신 머리가 붙을 수 있게 되면서 수축 시작
5. 활동 전위가 사라지면 근소포체는 Ca²⁺을 흡수하고 원래 위치로 돌아감

골격근 수축 과정

** 근육의 Ca²⁺에 의한 수축 단계인 근수축 공역 단계로 활동 전위 발생 후 잠복기가 존재한다.

Ca²⁺ 방출 기작

• 아세틸콜린에 의해 발생한 막의 탈분극에 의해 Na⁺ 채널이 열려 Na⁺의 빠른 유입으로 활동전위가 발생한다.
• 발생한 활동 전위는 T세관을 따라 전도되어 T세관 막의 DHP(dihydropyridine) 수용체의 구조 변화를 유발해 이와 연결된 근소포체막의 라노린 수용체(RYRs, Ca²⁺채널)가 열려 Ca²⁺ 방출이 일어남.

칼슘 방출 과정

교차 결합 과정

• Ca²⁺ 농도가 10^-6M 이상의 활성 농도가 되고 Mg²⁺-ATP 존재 시 가능하다.
• 마이오신 머리의 교차 결합 부위는 액틴 결합 부위와 ATPase 부위가 있다.
• 교차 결합 과정
  1. 경직 상태 : 마이오신 머리가 G-액틴 분자에 강하게 결합된 상태이다.
     • ATP 미공급시 경직 상태를 유지함 예> 사후 경직
  2. ATP가 마이오신 머리에 결합하면 떨어지고 ATPase 활성에 의해 ADP와 P_i로 가수분해되어 마이오신 머리에 붙는다.
     • Ca²⁺이 없으면 휴지기로 돌아감
  3. Ca²⁺ 존재시 액틴과 교차 결합 실시
  4. P_i가 분리되면서 파워 스트로크가 일어남
  5. 이후 ADP가 방출되면서 주기가 재시작된다.

교차 결합 과정

근수축의 ATP 공급원

phosphagen-유기인산 화합물

크레아틴 인산은 근육 수축 시 최초로 이용하는 에너지이며 휴식 시 ATP의 5배 이상 존재한다. ATP 재생을 위한 인산 저장고 역할로 CPK(크레아틴인산 카이네이스)가 촉매 한다.

크레아틴-크레아틴 인산의 변환

산화적 인산화

지속적인 수축 활성을 위해 미토콘드리아에서 포도당이나 지방을 소비한다. 하지만 상대적으로 속도가 느리다.

해당작용

• 근육 최대 수축 시 혈관으로 O₂ 공급이 일어나지 않고, 느린 산화적 인산화로 ATP 공급 속도가 낮아진다.
• 이 과정에서 혐기성 해당작용으로 ATP를 생성한다. 다만 효율성이 매우 낮다.

공급원의 회복

• 활동 시 phosphagen과 글리코젠의 양이 줄어들고 젖산이 축적된다.
• 회복 시 산화적 인산화를 통해 phosphagen을 재생하고, 젖산을 포도당으로 전환한다.