골격근의 생리학

                                       골격근 Skeletal muscle

 

 건(힘줄, Tendon)과 건막 또는 근막(fascia) 등을 거쳐 골격이나 피부에 정지하는 골격근은 운동신경의 지배를 받아 자신의 의지(will)대로

움직일 수 있는 수의근(Voluntary muscle) 이며, 조직학적으로 매우 섬세한 섬유가 밝고 어두운 띠를 번갈아 가면서 가로로 배열되어

횡문근(Striated muscle)이라 한다.

 골격근 세포는 원주상이며 길이는 약 3mm - 20cm이고 직경은 10- 100??이다.

근세포의 핵은 근초(Sarcolemma) 부근에 여러 개가 있고, 세포질인 근형질(Sarcoplasm)에는 특수한 근원섬유(myofibril)가 있는데,

이들 모두는 세포막인 근초(sarcolemma)에 의하여 싸여 있다. 근형질에 있는 근원섬유는 다른 세포에서 볼 수 없는 특이한 구조물로

지름은 평균 1-2??이고 다수의 근세사로 구성되어 있다.

즉, 근육이란 근세포인 수많은 근섬유(muscle fiber)의 집합체이고, 근섬유는 근원섬유가 모여서 이루어지며, 근원섬유는 다시 근수축의

기본 단백질인 근세사(myofilament)의 집합체라고 한다.

 

                                                                              그림1) 골격근의 조직화

 이러한 근세사는 굵고 가는 2종류가 서로 평행하여 배열되어 있는데, 굵은 것은 마이오신이라는 단백질로 구성되어 있어서

마이오신근세사(myosin filament)라고 하며, 가는 것은 액틴(actin), 트로포마이오신(tropomyosin) 및 트로포닌(troponin)이라는

단백질로 구성된 복잡한 구조물로서 액틴근세사(actin filament)라고 한다.

마이오신(myosin)은 머리에서 ATPase의 활성 및 액틴과의 결합부를 갖고 있는 분자량이 약 500,000인 섬유상 단백질로서 2개의 동

일한 큰 사슬(heavy chain)과 2쌍의 작은 사슬(light chain)로 구성되어 있다.

액틴은 분자량이 약 50.000인 단백질로 생체 내에서는 이중나선 구조로 된 긴 섬유성액틴으로 존재한다. 또한 액틴분자들은

마이오신 머리와 결합할 수 있는 활성부위(active site)를 가지고 있다. 트로포마이오신은 분자량이 약 68.000인 긴 단백질 중합체(polymer)로서

액틴의 나선구조 사이에 마이오신과 액틴의 결합을 저해하는 역할을 하고 있다.

트로포닌은 분자량이 70,000정도로 트로포마이오신의 끝에 있는 칼슘친화성의 구형단백질로서 Troponin T(Tn T), troponin I(Tn I),

troponin C(Tn C)라는 3개의 subunit 로 이루어져 있다. 이들 중 Tn T는 트로포닌을 트로포마이오신과 결합하게 되며, Tn I는

액틴과 견고하게 결합하고 있어 마이오신과 횡교(Cross brige)형성을 억제시킨다. Tn C는 근수축과정에서 세포질 내 Ca2+과 결합하여

트로포마이오신과 트로포신의 위치를 변화시켜 액틴과 마이오신이 결합할 수 있도록 한다. 

 

 

                                                                            그림) 근원섬유의 구조

 그림) 근절의 구성과 수축 시 변화

 

 

그림) 가로세관과 근형질세망

 

 근원섬유를 현미경으로 관찰하면 명암의 횡문(Cross striation)이 나타나는데 액틴사만 있어 밝게 보이는 부위를 명대(I band)라고

하고 액틴사와 마이오신사가 겹쳐 있어 어둡게 보이는 부위를 암대(A band)라고 한다. I band의 중앙에 나타나는

어두운 선을 Z선(Z line)이라고 하며, Z선과 Z선 사이를 골격근의 기능상 기본단위인 근절이라 한다. 근절의 한가운데 암대가

위치하게 되며, 암대의 중앙에 마이오신사만 있어서 좀 더 밝게 보이는 부분을 H대 (H zone), H대 중앙에 마이오신사가

부풀어 생긴 것은 M선(M line)이라한다.

또한 암대(A band)와 명대( I band)의 경계 부위에는 근형질막이 함입되어 외부와 교통하는 세관을 형성하여 근

원섬유를 횡으로 감고 있는데, 이를 가로세관(T 세관: transverse tubule)이라고 하며, 이런 T 세관을 통합하여

T 계통(T system)이라고 한다. 각각의 가로세관의 양측에는 근형질세망이 부풀어 형성되며, 세포내 Ca2+을 저장하고

있는 2개의 종말수조(terminal cisterna)가 있는데, 가로세관과 종말수조를 합하여 T 계통의 삼조체(triad)라고 한다.

가로세관을 이루는 세포막들은 자극에 대하여 활동전압을 쉽게 유발하고, 이를 전도함으로써 세포막과 세포내 Ca2+ 저장과

사이의 신호전달체계 상 중요한 연결구조이다.