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1. 생리학 개요
1.1. 항상성과 체액의 조성
1.1.1. 음성되먹임
음성되먹임이란 내환경의 조건이 변화하면 그 변화의 반대방향으로 작용하여 내환경의 변화를 최소화시켜주는 중요한 생리학적 기전이다.
인체에서는 끊임없이 내부 환경이 변화하지만, 음성되먹임 과정을 통해 체온, 혈압, 혈당 등의 생리적 변수들이 정상 범위 내에서 유지된다. 이를 통해 생명체는 급격한 환경 변화에도 불구하고 항상성을 유지할 수 있다.
예를 들어, 체온 조절 시 음성되먹임이 작용한다. 외부 온도가 올라가면 체온이 상승하게 되고, 이를 감지한 온도수용체가 중추신경계에 신호를 보낸다. 중추신경계는 이에 대한 반응으로 발한 기능을 활성화시켜 체온을 낮추게 된다. 이러한 과정에서 체온이 정상 범위에 머무르게 된다.
반대로 체온이 떨어지면 체온 조절 중추가 교감신경을 흥분시켜 혈관 수축, 근육 수축 등의 반응을 유발함으로써 체온을 다시 올리게 된다. 이처럼 음성되먹임은 내부 환경의 변화를 감지하고 이를 상쇄시키는 방향으로 작용하여 항상성을 유지하는 데 핵심적인 역할을 한다.
다양한 생리학적 변수들이 음성되먹임에 의해 조절되는데, 이를 통해 생명체는 급격한 환경 변화에도 불구하고 생명 활동을 지속할 수 있게 된다. 따라서 음성되먹임은 생명체의 항상성 유지에 필수적인 생리학적 기전이라고 할 수 있다.
1.1.2. 세포내액과 세포외액
세포내액과 세포외액은 세포막을 통해 분리된 두 구획으로, 각각의 조성과 특성이 다르다"" 세포내액은 주로 칼륨(K+) 이온이 높은 농도로 존재하며, 단백질과 핵산 등 다양한 세포 내 성분들이 포함되어 있다"" 반면 세포외액은 주로 나트륨(Na+) 이온이 높은 농도로 존재하며, 혈장과 간질액을 포함한다"" 이러한 농도 차이를 유지하기 위해 세포막에는 다양한 운반단백질들이 존재하며, 능동적인 이온 수송 과정을 통해 항상성을 유지한다"" 특히 Na+/K+ 펌프는 세포내외의 이온 농도 차이를 유지하는데 핵심적인 역할을 한다"" 이처럼 세포내액과 세포외액의 구분은 세포의 항상성 유지와 효율적인 생리적 기능 수행을 위해 필수적이다""
1.2. 세포막을 통한 물질이동
1.2.1. 수동이동
수동이동은 화학적 또는 전기화학적 경사도에 의해 이루어지며, 에너지 사용 없이 진행된다"" 수동이동에는 단순확산, 운반체에 의한 촉진확산, 통로확산 등이 있다"" 단순확산은 세포막의 지질층을 통해 일어나는 확산으로, 저용성 물질이 세포 내외의 농도차에 비례하여 움직이는 방식이다"" 운반체에 의한 촉진확산은 특정 운반체를 통해 수용성 물질이 수동적으로 이동하는 것으로, 운반체는 특정 물질에 대한 선택성을 가진다"" 통로확산은 이온 및 작은 분자들이 특정 통로를 통해 농도경사에 따라 이동하는 것으로, Na-K 펌프가 대표적인 예이다"" 삼투압과 삼투에 의한 물의 이동도 수동이동에 속하는데, 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 물이 이동한다""
1.2.2. 능동이동
능동이동은 화학적 경사도나 전기화학적 경사도를 거슬러 물질이 이동하는 현상을 말하며, 에너지가 소모되는 과정이다""
능동이동에는 1차 능동이동과 2차 능동이동의 두 가지 형태가 있다""
1차 능동이동은 에너지를 직접 소모하여 물질을 수송하는 경우로, ATP를 에너지원으로 이용한다""예를 들어 Na+/K+ 펌프, Ca2+ 펌프, H+ 펌프 등이 이에 해당한다""이들 펌프는 농도경사를 거슬러 능동적으로 이온을 수송함으로써 세포내외의 이온농도 차를 유지한다""
2차 능동이동은 1차 능동이동에 의해 형성된 화학 경사도나 전기화학적 경사도를 이용하여 물질을 수송하는 경우이다""예를 들어 세포막의 Na+/glucose cotransporter는 Na+의 농도경사를 이용하여 포도당을 세포 내로 능동적으로 수송한다""또한 H+/amino acid cotransporter나 H+/peptide cotransporter 등은 H+의 농도경사를 이용하여 아미노산이나 펩타이드를 세포 내로 수송한다""
따라서 능동이동은 에너지 소모를 동반하는 물질 수송 과정으로, 세포 내외의 농도차와 전위차를 유지하는 데 중요한 역할을 한다""
2. 신경계의 구조와 기능
2.1. 세포막의 흥분성
세포막의 흥분성은 신경계의 기본적인 특성으로, 신경신호 전달에 중요한 역할을 담당한다"" 세포막은 이온 농도 차이에 의해 일정한 막전위를 유지하고 있는데, 이 ...
