본문내용
1. 항상성과 체액의 조성
1.1. 항상성과 음성되먹임
항상성은 내부 환경의 조건이 변화하더라도 그 변화를 최소화하여 일정한 상태를 유지하는 생리적 과정이다. 이는 주로 음성되먹임 기전을 통해 이루어진다.
음성되먹임은 내부 환경의 변화가 있을 때 이에 반대되는 방향으로 작용하여 내부 환경의 변화를 최소화하는 기전이다. 예를 들어, 체온이 상승하면 체온조절 중추에서 발한이 유발되어 체온이 내려가고, 체온이 떨어지면 오한과 오소반사가 유발되어 체온이 올라간다. 이처럼 체온의 변화에 반대 방향으로 작용하여 체온을 일정하게 유지하는 것이 음성되먹임 기전이다.
이러한 음성되먹임 기전은 호르몬 분비 조절, 삼투압 조절, 혈당 조절 등 다양한 생리적 과정에서 나타난다. 내부 환경의 변화에 반대되는 방향으로 작용하여 항상성을 유지하는 것이 음성되먹임의 핵심 기능이다.""
1.2. 세포내액과 세포외액의 구분
세포내액과 세포외액의 구분은 인체 내 체액의 균형과 항상성 유지에 매우 중요한 역할을 한다. 세포내액은 세포 내부의 액체 부분으로 전체 체액의 약 40%를 차지한다. 반면 세포외액은 세포 밖의 액체 부분으로 약 60%를 차지하며, 간질액과 혈장으로 구성된다.
세포막은 지방 이중막으로 이루어져 있으며 운반체, 이온통로, 펌프 등의 단백질이 존재하여 물질의 선택적인 이동이 가능하다. 세포 내부는 K+의 농도가 높고 세포 외부는 Na+의 농도가 높으며, 전기적 중성을 유지하기 위해 음이온이 존재한다. 또한 세포 내부의 Ca2+ 농도는 세포 외부에 비해 1만 배 정도 낮게 유지된다. 이러한 구분은 세포의 삼투압 조절과 신호 전달 등 다양한 생리학적 기능에 필수적이다.""
1.3. 세포막을 통한 물질이동
1.3.1. 수동이동
수동이동은 화학적 또는 전기화학적 경사도에 의해 이루어지는데, 이때 에너지 소모가 없다"".
수동이동에는 크게 세 가지 유형이 있다. 첫째, 단순확산은 세포막의 지질층을 통해 일어나며, 저용성 물질이 세포 안팎의 농도 차에 비례하여 이동한다"". 둘째, 운반체에 의한 촉진확산은 특정 운반체 단백질을 통해 수용성 물질이 이동하는 것으로, 이때 운반체는 특정 물질에 대한 선택성을 가진다"". 셋째, 통로확산은 통로 단백질을 통해 이온과 같은 작은 물질이 이동하는 것으로, 대표적인 예가 Na-K 펌프이다"".
또한 삼투압과 삼투 현상도 수동이동에 포함된다. 즉, 농도가 다른 두 액체가 반투과성 막에 의해 분리되어 있을 때, 물은 농도가 낮은 쪽으로 이동하게 되는데, 이를 삼투라 한다"". 인체 내부의 많은 세포막들은 물에 대한 투과성이 높아 삼투압 변화에 영향을 받는다""()
1.3.2. 능동이동
능동이동은 물질이 농도 또는 압력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하는 현상으로, 이를 위해서는 외부에서 에너지 공급이 필요하다"" 능동이동에는 1차 능동이동과 2차 능동이동이 있다""
1차 능동이동은 물질을 운반하기 위해 에너지 형태인 ATP를 사용하는 이동이다"" 세포 내부에서 세포 외부로의 Na 이동이나, Ca 펌프, H 펌프 등이 이에 해당한다""
2차 능동이동은 1차 능동이동에 의해 형성된 농도경사를 이용하여 물질을 이동시키는 것으로, 에너지를 직접 사용하지 않는다"" 아미노산, 포도당 등이 낮은 농도에서 높은 농도로 이동할 수 있다""
2. 신경계의 구성
2.1. 세포막의 흥분성
세포막의 흥분성은 신경계 기능의 핵심적인 요소이다. 세포막은 분극(polarization) 상태를 유지하다가 자극이 가해지면 탈분극(depolarization), 재분극(repolarization), 과분극(hyperpolarization) 등의 일련의 과정을 거치면서 흥분성을 나타낸다.
우선 분극 상태는 세포 내외의 이온 농도 차이로 인해 세포막에 전위차가 발생하는 것을 의미한다. 안정 상태에서 세포막의 투과도는 칼륨 이온(K+)에 높고, 이로 인해 세포 내부의 K+ 농도가 높은 반면 나트륨 이온(Na+)의 농도는 세포 밖이 높다. 이러한 이온 농도 차이로 인해 세포막 전위는 약 -70mV로 음의 값을 지닌다. 이를 분극 상태라고 한다.
이후 자극이 가해지면 세포막의 Na+ 통로가 열리면서 Na+이 세포 내부로 유입된다. 이에 따라 세포막 전위가 0mV 근처로 상승하는데, 이를 탈분극이라고 한다. 탈분극이 진행되면 K+ 통로가 열리면서 K+이 세포 밖으로 유출되어 막전위가 다시 음의 값으로 회복되는데, 이 과정을 재분극이라고 한다. 재분극이 진행되면 때로는 막전위가 안정 상태보다도 더 음의 값을 가지는데, 이를 과분극이라고 한다.
이러한 일련의 분극-탈분극-재분극-과분극 과정을 거치면서 세포막은 흥분성을 나타내게 된다. 이는 신경세포의 축삭을 따라 활동전위(action potential)로 전도되며, 시냅스에서 신경전달물질의 분비와 수용을 통해 다음 신경세포로 정보를 전달하는 데 중요한 역할을 한다.
또한 이러한 세포막 흥분성은 골격근, 심근 등 다른 세포types에서도 관찰되며, 각 세포의 고유한 기능 수행에 필수적인 메커니즘이다. 예를 들어 심근세포의 리듬적인 수축과 이완은 세포막의 흥분성에 기반한다.
요약하면, 세포막의 흥분성은 분극, 탈분극, 재분극, 과분극의 일련의 과정을 통해 이루어지며, 이는 신경계를 비롯한 다양한 생리적 기능 발현의 핵심 기전이다.
2.2. 축삭, 수상돌기, 시냅스
축삭, 수상돌기, 시냅스는 신경계의 주요 구성요소들이다. 축삭은 신경세포체에서 발생하여 신호를 다음 신경세포로 전달하는 신경섬유이다. 축삭 돌기에는 막전위에 의존적인 나트륨 통로가 밀집되어 있어, 이곳에서 활동전위가 발생한다. 활동전위는 축삭을 따라 전도되어 신경세포 말단에 도달하게 된다.
수상돌기는 신경세포체의 가지들로, 다른 신경세포로부터 정보를 수집하는 역할을 한다. 수상돌기에는 신경전달물질에 반응하는 수용체들이 많이 분포하고 있어, 화학적 자극에 민감하게 반응한다. 따라서 수상돌기는 구심성 신호를 받아들이는 역할을 수행한다.
시냅...
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