뉴런-시냅스에서의 정보 전달

인체의 신경계(neural system)는 시각, 후각, 청각, 촉각 등 감각기관을 통해서 감지된 신호(자극, 정보)가 두뇌에 전달되고 두뇌의 대응 지시가 다시 감각기관에 전달되어 우리의 신체가 내외부에서 받는 신호에 대해 신속하고 적절하게 반응할 수 있게 해주는 신체 내의 체계이다. 신경계의 신호전달을 담당하는 세포가 뉴런(neuron, 신경세포)이다. 뉴런이 다른 뉴런에게 신호를 전달하는 과정을 간략히 정리하면 다음과 같다.

Image result for neuron

뉴런의 세포체(cell body)는 두 가지의 연장체(extension)를 지니고 있다. 다른 뉴런으로부터 신호를 받아들이는 수상돌기(dendrite)와 다른 뉴런에게 신호를 내보내는 축삭(axon)이 그것이다. 수상돌기는 통상 짧지만 축삭은 긴 경우 1 m 이상이나 된다.

Image result for how does neuron dendrite receive signals

수상돌기에는 이온 수용체들(ion receptors)이 달려 있다. 시냅스 전 뉴런(presynaptic neuron)의 축삭 종말에 활성 전위(action potential)가 이 도달하면 거기에서 글루타민산염(Glutamate)이 방출되고 그것은 시냅스 후 뉴런(postsynaptic neuron)에 해당 신호를 받아들일 수 있는 이온 수용체가 열리도록 작용한다. 만약 시냅스 전 뉴런이 흥분 뉴런(excitory neuron)이면 나트륨을 받아들이는 이온 수용체가 열려서 나트륨()을 받아들이며, 그렇게 되면 수상돌기 끝에서 막탈분극화(membrane depolarization)가 일어난다.

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정지상태(resting state)에 있던 수상돌기 멤브래인(membrane)의 전극은 세포 안쪽이 음극(-), 세포 바깥쪽이 양극(+)으로 되어 있는데, 이온 채널(pump)이 열려서 양극의 나트륨 이온이 경계막 안쪽으로 흘러들어오면 막탈분극화가 일어난다. 점점 양쪽의 전극이 약화되고 종래에 경계막 안쪽은 양극(+)으로, 경계막 바깥쪽은 음극(-)으로 바뀐다. 그러면 옆쪽 부분의 전극이 아직 음극(-)이므로 전위차가 발생하고 신호 이동이 일어난다. 그런 다음 옆쪽 이온 채널이 열리면 그곳에도 나트륨 이온이 경계막 안으로 흘러들어오고 그곳에서도 막탈분극화가 일어난다.

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그러는 동안에 신호 전달을 마친 부분에서는 이온 채널을 통해서 칼륨() 이온이 경계막 바깥으로 배출되며 경계막 내부가 다시 원상태인 음극으로 되돌아가는 막재분극화(membrane repolarization)가 일어난다.  [만약 시냅스 전 뉴런이 억제 뉴런(inhibitory neuron)이면 염화이온(chloride ion, )이 배출되며 시냅스 후 뉴런에서는 그것을 받아들이는 이온 수용체가 열려서 수상돌기 끝에서 막분극화를 강화하여 막탈분극화가 일어날 가능성이 작아진다. 즉, 신호가 전달될 가능성이 작아진다.]

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이러한 과정이 반복되면서 수상돌기에서 세포체로 신호가 전달되며, 신호가 충분히 강하면 세포막에서 축삭으로 신호가 전달되면서[여러 수상돌기로부터 온 신호가 합쳐져서 충분히 강하면 축삭소구(hillrock)에서 활성 전위(action potential)가 발사된다] 막탈분극화-막재분극화가 반복되고 종국에 활성 전위(신호)가 축삭 종말(axon terminal)에 도달한다. 축삭 종말에서 신호가 전달되면 주머니에 쌓여 있는 신경전달물질(neurotransmitter)이 시냅스 틈(synapse cleft)으로 분비되며, 그것이 다음 뉴런의 수상돌기에 있는 수용체(receptors)를 통해서 흘러들어간다. 그리고 위에서와 같은 과정이 반복되면서 뉴런에서 다른 뉴런으로 그리고 거기서 또다른 뉴런으로 신호가 전달된다.

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(윤영민, 2018-04-13)

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