<전압의존성 이온 통로(Voltage-gated ion channel)>
[Sodium channel]
1) Sodium channel의 세 가지 전기생리학적 상태
- Depolarization 자극을 주었을 때: closed된 상태에서 자극이 시작함과 동시에 channel이 activation되어 open됩니다.
- 자극이 지속되는 동안: open된 channel에 inactivation gate가 닫힘으로써 inactivated state가 됩니다.
- Repolarizataion 자극을 주었을 때: resting 상태인 closed state에 도달합니다.
2) inactivated state와 closed state의 공통점과 차이점
- 공통점: 전기생리학적으로 non-conducting state로, 이온이 통과하지 않는다는 점에서 기능적으로 동일합니다.
- 차이점: inactivated state 같은 경우 activated state에서 도달한 상태이고, Closed state는 resting된 상태에서 도달한 상태이며 inactivated state는 반드시 resting 상태에 도달한 이후에만 다시 자극이 되었을 때 open될 수 있습니다.
[Potassium channel]
- Depolarization 자극을 주었을 때: 자극이 시작되어도 계속 closed 상태로 유지됩니다.
- 자극이 지속되는 동안: delayed 되어 activation이 일어나 open 상태가 되어 유지됩니다.
- Repolarzation 자극을 주었을 때: resting 상태인 closed state에 도달합니다.
<Action potential의 발생 기전>
- sodium channel
1) 처음에 resting 상태에서 closed 상태입니다.
2) 역치(threshold) 이상의 자극을 받으면 open됩니다.
3) driving force(Vm-Ena)에 의해 sodium이 세포 밖에서 안으로 들어와 급격히 sodium의 conductance가 증가합니다.
4) 어느 정도 증가하면 membrane potential이 sodium의 equilibrium potential에 도달해 driving force가 줄어들며 sodium channel이 inactivated됩니다.
5) non-conducting state가 되어 inward current가 점점 감소하여 peak가 끝까지 증가하지 못합니다.
- potassium channel
1) peak에 도달하고 난 이후 potassium channel이 delayed하게 open되어 outward current가 서서히 증가합니다.
2) outward current에 의해 membrane potential은 점점 repolarization, hyperpolarization을 향하게 됩니다.
<축삭(axon) 절단시 신경세포의 반응>
1) 축삭 절단시 손상 하단부 축삭의 반응
- Wallerian degeneration
- axon이 2~3일 후 분해가 시작되어 2~3주 내 완전히 제거가 됩니다.
- 중추신경계 같은 경우 myelin sheath가 조각나고 포식작용으로 제거됩니다.
- 말초신경계 같은 경우 myelin sheath를 형성하는 schwann cell들이 살아남아 세포 분열합니다.
2) 축삭 절단시 세포체의 반응
- 재생을 위해 단백질 합성이 증가하여 rER(rough endoplasmic reticulum)의 cistern이 확장됩니다.
- Cistern의 확장에 의해 세포체의 핵이 한쪽으로 치우치고 세포체가 둥글게 부풀어오릅니다.
- Ribosome의 배열이 흐틀어지고Nissl stain으로 염색되던 Nissl body가 약하게 염색되게 됩니다.
3) 축삭 절단시 상부 축삭의 반응
- 말초신경계
손상된 축삭의 상부는 sprout을 내는데, 이 싹이 schwann cell의 도움을 받아 원래 경로를 타고 자라나게 되어 원래의 신경지배를 회복할 수 있습니다. 이 때 재생 속도 같은 경우에는 느린축삭이동에 해당하는 단백질의 운반속도인 1mm/day로 자라나게 됩니다.
- 중추신경계
손상된 축삭의 상부가 싹을 내지만, 말초신경계의 schwann cell과 다르게 oligodendrocyte는 여러 axon을 myelination하므로 적절한 경로를 형성할 수 없습니다. (= 원래의 신경지배를 회복할 수 없습니다.)
cf> Transneuronal degeneration
- axon이 끊어져 유일하거나 주요한 synaptic input이 차단 시 post synaptic cell이 죽는 것을 의미합니다.
- 예로 운동신경이 손상되면 지배를 받는 근육세포가 죽어서 근위축이 나타납니다.
<Synapse의 전달 기전>
[Chemical synapse의 전달 기전]
1) Presynaptic terminal에 action potential 도달
2) Terminal membrane의 depolarization이 일어나고 Voltage-gated Ca2+ channel이 활성화되어 세포 내 Ca2+가 유입
3) [Ca2+]농도가 높아지면 synaptic vesicle의 synaptic terminal과의 fusion이 일어나서 vesicle 내 neurotransmitter가 synaptic cleft로 방출 및 확산
4) Neurotransmitter가 postsynaptic membrane의 ionotropic receptor에 결합
5) Receptor가 활성화되어 ion channel open이 되면 막전위가 변화
6) Synapse에서 발생한 EPSP/IPSP는 cell body의 저항으로 인해 electrotonic하게 axon hillock와 initial segment 쪽으로 이동하여 EPSP/IPSP의 크기가 작아진 상태로 전도
7) Neurotransmitter는 reuptake, degradation, diffusion의 과정을 통해 제거됩니다.
[Neuromuscular junction의 전달 기전]
1) Motor neuron의 nerve terminal에 활동전위 도달
2) Depolarization에 의한 voltage-gated Ca2+ channel의 활성화가 되면 Ca2+가 유입되서 신경말단 내 Ca2+의 농도가 올라갑니다.
3) Terminal membrane에 synaptic vesicle이 fusion되어 synaptic cleft로 vesicle 내 acetylcholine이 방출됩니다.
4) Acetylcholine은 postsynaptic membrane 쪽으로 확산되어 nicotinic acetylcholine receptor에 결합합니다.
5) Ion channel이 열리면 Na+에 의해 EPP가 발생합니다.
6) 인접한 sarcolemma에 electrotonic으로 큰 탈분극이 전도되어 활동전위가 발생하고 근수축이 일어납니다.
7) Acetylcholinesterase에 의해 acetylcholine이 acetate와 choline으로 분해되서 시냅스 전달이 종료됩니다.