생명과학 고2 항상성과 몸의 조절 심화

활주설

마이오신 머리가 액틴 필라멘트에 결합·당기기를 반복(크로스브릿지 사이클)하여 근절 길이가 짧아지는 근수축 기전이다.

마이오신 머리가 액틴 필라멘트에 붙어 당기고 떨어지기를 반복하며 액틴을 근절 가운데로 끌어들여, 필라멘트 길이는 그대로인 채 근절만 짧아진다는 근수축의 설명입니다.

여러 사람이 밧줄을 손으로 번갈아 잡아당기는 것과 같습니다. 밧줄은 줄어들지 않고, 손이 앞을 잡았다 당겼다를 반복해 밧줄을 끌어옵니다. 마이오신 머리가 그 손입니다.

쉽게 말하면

근수축에서 $C a^{2 +}$ 이 액틴의 결합 자리를 열어 주면, 이제 마이오신 머리가 일할 차례입니다. 마이오신 머리는 액틴에 결합하고 → 고개를 꺾어 액틴을 근절 가운데로 당기고 → 새 ATP를 받아 액틴에서 떨어지고 → ATP를 분해해 고개를 다시 젖혀 앞쪽 자리를 잡습니다. 이 네 단계가 쉬지 않고 되풀이됩니다.

수많은 마이오신 머리가 제각각 이 주기를 돌기 때문에, 어떤 머리가 액틴에서 떨어져 있는 동안에도 다른 머리들이 붙잡고 있습니다. 그래서 필라멘트가 뒤로 미끄러지지 않고 한 방향으로 계속 끌려 들어옵니다.

이 설명이 옳다는 증거는 근절의 무늬 변화에서 나옵니다. 근육이 수축해도 마이오신 필라멘트가 놓인 구간(A대)의 길이는 변하지 않습니다. 반면 액틴만 있는 구간(I대)과 겹치지 않은 가운데 구간(H대)은 짧아집니다. 필라멘트 자체가 줄어든다면 A대도 짧아져야 하는데 그렇지 않으니, 필라멘트는 '미끄러진' 것입니다.

활주설은 신경 신호 → $C a^{2 +}$ → 결합 자리 노출 → 마이오신의 반복 동작이라는 사슬의 마지막 고리이고, 화학 에너지가 기계적인 힘으로 바뀌는 바로 그 지점입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

수축할 때 짧아지는 구간과 그대로인 구간

근절이 짧아질 때 A대의 길이는 변하지 않고, I대와 H대는 짧아집니다. 문제에서 '수축했을 때 길이가 변하지 않는 부분은?'이라고 물으면 답은 A대입니다. 마이오신 필라멘트의 길이가 그대로이기 때문입니다.
예시 2

ATP가 고갈된 근육이 굳는 이유

마이오신 머리가 액틴에서 떨어지려면 새 ATP가 필요합니다. ATP가 없으면 머리가 액틴에 붙은 채로 남아 근육이 굳습니다. 수축에만 ATP가 드는 게 아니라 '떨어지는 데'도 든다는 것을 극단적으로 보여 줍니다.
예시 3

근육을 지나치게 늘리면 힘이 약해진다

액틴과 마이오신이 겹치는 부분이 있어야 마이오신 머리가 액틴을 붙잡을 수 있습니다. 근육을 너무 늘려 겹침이 거의 없어지면 붙잡을 자리가 줄어 힘이 잘 나지 않습니다.

순서대로 하면

크로스브리지 주기 한 바퀴

1 $C a^{2 +}$ 덕분에 드러난 액틴의 결합 자리에 마이오신 머리가 결합합니다.
2마이오신 머리가 고개를 꺾으며 액틴을 근절 가운데 쪽으로 끌어당깁니다(여기서 실제 힘이 납니다).
3새 ATP가 마이오신 머리에 결합하면 머리가 액틴에서 떨어집니다.
4ATP를 분해한 에너지로 머리가 다시 젖혀지고, 앞쪽의 새 결합 자리를 잡을 준비를 마칩니다.
5 $C a^{2 +}$ 이 남아 있는 동안 이 주기가 반복되어 근절이 계속 짧아집니다.

자주 하는 오해

ATP가 마이오신을 '당기는' 데 쓰인다고만 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움ATP는 액틴을 당기는 힘을 내는 데 쓰인다

실제로는ATP는 마이오신 머리를 액틴에서 떼어 내고, 다시 젖혀 준비 상태로 돌려놓는 데 쓰입니다.

당기는 동작 자체는 이미 젖혀져 있던 머리가 원래 자세로 돌아가며 일어납니다. 그래서 ATP가 없으면 근육이 힘을 못 내는 게 아니라, 붙잡은 채로 떨어지지 못해 굳습니다. 어느 단계에 ATP가 들어가는지가 이 개념의 핵심입니다.

C a^{2 +}

이 액틴을 당기는 힘을 낸다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움

C a^{2 +}

이 필라멘트를 끌어당겨 근육을 수축시킨다

실제로는

C a^{2 +}

은 액틴을 덮고 있던 단백질을 치워 결합 자리를 여는 스위치일 뿐, 힘은 마이오신이 냅니다.

C a^{2 +}

은 '허가'를 내주는 역할입니다. 그래서 신호가 끊겨

C a^{2 +}

이 회수되면 결합 자리가 다시 가려지고 수축이 멈춥니다. 힘의 원천(마이오신+ATP)과 스위치(

C a^{2 +}

)를 구분해야 합니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

근수축고2

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

없음 — 이 개념이 마지막입니다

같은 단원의 개념 — 항상성과 몸의 조절

자주 묻는 질문

Q1근절이 무엇인가요?

근육 원섬유에서 반복되는 기본 단위입니다. 이 단위 하나하나가 조금씩 짧아지고, 그것이 수천 개 이어져 있어 근육 전체가 눈에 띄게 짧아집니다.

Q2마이오신 머리는 왜 여러 개인가요?

머리 하나가 액틴을 놓는 순간 필라멘트가 뒤로 밀려나면 안 되기 때문입니다. 머리들이 서로 다른 시점에 주기를 돌아서, 항상 일부는 붙잡고 있는 상태를 유지합니다.

Q3A대·I대·H대를 꼭 외워야 하나요?

이름보다 '마이오신이 놓인 구간은 길이가 안 변한다'는 원리를 잡아 두면 됩니다. 수축해도 그대로인 구간이 A대, 겹치지 않아 짧아지는 구간이 H대와 I대라는 것은 그 원리에서 자연스럽게 따라옵니다.

교육과정 2022 개정 · 고2 생명과학 · 항상성과 몸의 조절 수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)

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

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