생명과학 고2 항상성과 몸의 조절

근수축

Q: 근육 세포에도 활동 전위가 생기나요?

네. 뉴런과 마찬가지로 막전위가 변하며 활동 전위가 발생하고, 그것이 세포 안으로 전달되어 Ca2+ 방출을 일으킵니다. 전기 신호를 기계적 운동으로 바꾸는 다리 역할을 하는 셈입니다.

근육 세포에서 액틴과 마이오신 필라멘트가 활주하며 ATP를 소비해 근육이 수축하는 과정이다.

운동 뉴런의 신호를 받은 근육 세포에서

C a^{2 +}

이 방출되고, 액틴과 마이오신 필라멘트가 서로 미끄러져 들어가며 ATP를 써서 근육이 짧아지는 과정입니다.

밧줄 당기기와 비슷합니다. 마이오신이라는 손이 액틴이라는 밧줄을 붙잡아 당기고, 놓고, 다시 앞을 잡아 당기기를 반복합니다. 밧줄 자체가 줄어드는 게 아니라 서로 겹치는 부분이 늘어나는 것입니다.

쉽게 말하면

근육이 움직이려면 신경의 명령이 먼저 도착해야 합니다. 운동 뉴런의 축삭 말단이 근육 세포와 만나는 시냅스에서 아세틸콜린이 방출되면, 근육 세포막에 활동 전위가 생깁니다.

이 전기 신호가 근육 세포 안의 저장고(근소포체)에 전해지면 저장돼 있던 $C a^{2 +}$ 이 쏟아져 나옵니다. $C a^{2 +}$ 은 액틴 필라멘트를 덮고 있던 단백질을 밀어내 마이오신이 붙을 자리를 열어 줍니다. 자리가 열려야 비로소 마이오신 머리가 액틴에 결합할 수 있습니다. 즉 $C a^{2 +}$ 은 힘을 내는 물질이 아니라 '스위치'입니다.

그 다음이 실제로 힘을 내는 단계인 활주설입니다. 마이오신 머리가 ATP를 분해하며 액틴을 근절 가운데로 끌어당기고, 다시 새 ATP를 받아 액틴에서 떨어진 뒤 앞을 다시 잡습니다.

신호가 끊기면 $C a^{2 +}$ 은 다시 저장고로 퍼 올려집니다. 그런데 이 퍼 올리는 일에도 ATP가 듭니다. 근육을 수축시키는 데도, 이완시키는 데도 ATP가 필요하다는 점이 이 단원에서 자주 놓치는 대목입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

운동 후 근육이 뻐근한 것과 ATP

격렬한 운동으로 산소가 부족해지면 ATP를 충분히 만들지 못합니다. 힘이 잘 나지 않을 뿐 아니라 이완도 매끄럽지 않게 됩니다. 근육이 편하게 풀리려면 에너지가 남아 있어야 합니다.
예시 2

$C a^{2 +}$ 이 없으면 신호가 와도 수축하지 않는다

근육 세포에 활동 전위가 생겨도 $C a^{2 +}$ 이 방출되지 않으면 액틴의 결합 자리가 계속 가려져 있어 마이오신이 붙지 못합니다. 전기 신호와 실제 수축 사이를 이어 주는 것이 $C a^{2 +}$ 입니다.
예시 3

굽힘근과 폄근

팔을 굽힐 때는 위팔두갈래근이 수축하고 위팔세갈래근은 이완합니다. 근육은 당길 수만 있고 밀 수는 없으므로, 반대 방향으로 움직이려면 반대편에 다른 근육이 필요합니다. 이것도 서로 반대로 작용하는 짝의 한 예입니다.

자주 하는 오해

근육이 수축할 때 액틴·마이오신 필라멘트 자체가 짧아진다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움필라멘트가 고무줄처럼 줄어들어 근육이 짧아진다

실제로는각 필라멘트의 길이는 그대로이고, 서로 겹치는 부분이 늘어나 근절 전체가 짧아집니다.

수축한 근육을 관찰하면 마이오신이 있는 구간(A대)의 길이는 변하지 않고, 겹치지 않은 구간만 짧아집니다. 필라멘트가 줄어드는 게 아니라 미끄러져 들어가는 것이라는 결정적 증거입니다.

이완은 그냥 힘을 빼면 되는 일이라 에너지가 안 든다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움수축에만 ATP가 필요하고, 이완은 저절로 된다

실제로는이완하려면

C a^{2 +}

을 저장고로 다시 퍼 올려야 하고, 마이오신이 액틴에서 떨어지는 데도 새 ATP가 필요합니다.

ATP가 없으면 마이오신 머리가 액틴에 붙은 채로 떨어지지 못합니다. 근육이 '풀리지 않는' 상태가 되는 것이죠. 이완은 에너지를 쓰지 않는 휴식이 아니라, 원래 배치로 되돌리는 능동적인 과정입니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

시냅스고2 ATP고3

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

활주설고2

같은 단원의 개념 — 항상성과 몸의 조절

자주 묻는 질문

Q1근육은 왜 밀지 못하고 당기기만 하나요?

마이오신 머리가 액틴을 안쪽으로 끌어당기는 동작만 할 수 있기 때문입니다. 그래서 반대 방향의 움직임은 반대편 근육이 수축해서 만듭니다. 팔을 굽히는 근육과 펴는 근육이 짝을 이루는 이유입니다.

Q2운동 뉴런 하나가 근육 섬유 하나만 담당하나요?

아닙니다. 운동 뉴런 하나가 여러 근육 섬유를 함께 지배합니다. 힘을 조절할 때는 각 섬유가 조금씩 수축하는 게 아니라, 동원되는 섬유의 수와 신호의 빈도를 바꿉니다.

Q3근육 세포에도 활동 전위가 생기나요?

네. 뉴런과 마찬가지로 막전위가 변하며 활동 전위가 발생하고, 그것이 세포 안으로 전달되어

C a^{2 +}

방출을 일으킵니다. 전기 신호를 기계적 운동으로 바꾸는 다리 역할을 하는 셈입니다.

교육과정 2022 개정 · 고2 생명과학 · 항상성과 몸의 조절 수록 기본 (교육과정 단원)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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