생각과 마음은 구분되어 있는 것으로 받아들여져 왔다.
생각은 머리, 마음은 심장이라는 것처럼 말이다.
고대부터 심장을 신체의 중심으로 여겨왔다.
아리스토텔레스는 심장을 신체의 가장 중요한 기관으로 여기며,
지능, 움직임, 감각을 관장하는 곳이라고 생각했다.
뇌나 폐 등 다른 기관은 심장을 식히기 위한 곳이라 했다.
(Aristotle, 기원전 384~322년)
반면 서양 의학의 아버지로 불리는 히포크라테스는
뇌가 단순히 감각에 관여하는 것 뿐 아니라,
지능에도 관여한다고 주장했다. (Hippocrates, 기원전 460~379년)
다만 이 당시 널리 인정받지 못한 관점이었다.
하지만 신경과학의 발전과 함께 마음 또한
뇌의 신경활동에서 기인한다는 것이 밝혀졌다.
1839년, 테오도어 슈반은 세포 이론(Cell Theory)을 제안했다.
모든 조직은 세포라고 불리는 단위로 구성된다는 것이다.
이때 신경계의 세포들을 크게 뉴런과 교세포, 2가지로 분류할 수 있다.
뉴런(Neuron) / 교세포(Glial Cell)
뉴런은 환경의 변화를 감지하여, 다른 뉴런에 전달하여 우리 몸이 반응하게 한다.
교세포는 주변 뉴런의 절연, 보조 역할, 영양 공급을 담당한다.
본 글에서는 뉴런의 기본 구성에 대해 알아본다.
세포체, 수상돌기, 축삭으로 구성되는데,
구조로써 뉴런세포막, 세포골격 등도 함께 알아본다.
1. 세포체
세포체는 뉴런의 중심부이다.
뉴런 몸체는 대략 20μm이다. (1μm = 10^(-6)m)
세포체에는 막으로 둘러쌓인 여러 소기관이 있다.
예를 들면 핵, 조면소포체, 활면소포체, 골지체, 미토콘드리아 등이다.
1) 핵
이제 각 소기관 하나하나를 알아본다.
핵은 구성이고 중심부에 위치하며 5~10μm 정도의 크기이다.
핵막(이중막)에 둘러쌓여 있고, 핵막에는 0.1μm 크기인 핵공이라는 구멍이 존재한다.
핵 안에 염색체가 들어있고, 염색체는 유전물질 DNA를 포함하고 있다.
이 DNA 조각을 유전자(Gene)이라고 한다.
핵 > 염색체 > DNA > 유전자
이때 DNA가 해독되는 것이 유전자가 발현되는 것이다.
이 유전자의 최종 산물은 단백질 합성이다.
단백질 합성은 단백질 분자를 조립하는 과정이다.
이는 세포질에서 일어난다.
그런데 DNA는 결코 핵을 떠나지 않는다.
그러므로 이 유전정보를 세포질까지 전달할 매개체가 존재하는데,
이것이 바로 mRNA이다.
mRNA를 합성하는 과정을 전사라고 하고,
합성된 mRNA를 전사체라고 한다.
좀 더 자세한 과정이 있지만,
이처럼 mRNA를 합성하고 유전 정보를 핵공을 통해 핵 밖으로 수송한다.
2) 조면소포체
뉴런은 단백질을 합성함으로써 유전자에 있는 정보를 이용한다.
이때 단백질은 세포질에 존재하는 리보좀 (Ribosome)에서 합성된다.
리보좀은 조면소포체 (Rough ER)에 붙어 있기도 하고,
조면소포체에 붙어 있지 않은 자유리보좀,
자유리보좀이 실에 붙어 있는 것처럼 보이는 폴리리보좀이 있다.
뉴런의 세포질에 위치할 단백질이라면 mRNA가 자유리보좀과 작용하고,
세포 또는 소기관의 막에 삽입될 단백질이라면 조면세포체에서 합성된다.
3) 활면소포체
활면소포체 (Smooth ER)은 분포 위치에 따라 다른 기능을 수행하는데,
(1) 조면소포체와 연결되어 있어 합성중인 단백질이 막을 빠져나온 후 적절히 조립되어 삼차구조를 이룸
(2) 단백질 합성과정에 직접 관여하지 않고, 칼슘같은 세포 내 물질의 농도를 조절
하는 일을 하게 된다.
4) 골지체
골지체에서는 단백질의 번역 후 변화가 심하게 일어난다.
뉴런의 여러 부위 축삭이나 수상돌기 등으로 단백질을 분류한다.
5) 미토콘드리아
소시지 모양의 소기관으로, 1μm 정도의 길이다.
미토콘드리아에서는 세포 호흡이 일어난다.
세포호흡
1) 피부르산(당, 단백질, 지방의 분해산물)과 산소가 세포질에서 미토콘드리아로 들어간다.
2) ADP에 인산을 붙여서 세포의 에너지원인 ATP를 합성
*ATP (Adenosine Triphosphate)
2. 뉴런 세포막과 세포 골격
뉴런 세포막은 뉴런 내부의 세포질을 감싸는 장벽 역할을 한다.
세포 골격은 서커스 텐트의 모양으로 비유할 수 있다.
세포 골격이 골조가 되어 뉴런 세포막을 지지하는 형태다.
이 세포 골격은 3가지가 있다.
(1) 미세소관: 튜불린 단백질로 구성된 복합체
(2) 미세섬유: 액틴 단백질 중합체
(3) 신경미세섬유: 중간 섬유로 존재. 긴 밧줄과 같은 단백질 분자가 꼬여있는 형태
3. 축삭
축삭은 뉴런에만 존재하는 구조이다.
신경계에서 신체 멀리까지 정보를 전달하도록 특수화된 구조이다.
축삭의 길이는 mm~m까지 다양하다.
축삭은 축삭 가지 (axon collateral)를 통해 신경계의 먼 곳까지 교감한다.
축삭에는 리보좀이 없다.
이는 축삭의 모든 단백질이 소마(세포체)에서 유래함을 의미한다.
또한 전기 신호 (신경 임펄스)의 속도는 축삭의 지름에 비례한다.
축삭 지름은 1μm 이하 ~ 25μm에 이른다. (오징어는 1mm)
축삭이 굵을수록 임펄스는 빠르게 전달된다.
1) 축삭 말단
축삭의 말단에는 시냅스가 있다.
축삭이 다른 축삭(혹은 다른 세포)와 접촉하여 정보를 전달하는 부위이다.
정보는 시냅스 전 → 시냅스 후로 이동한다.
시냅스 전: 축삭말단
시냅스 후: 수상돌기, 소마(세포체), 다른 뉴런
축삭을 따라서 오는 신호는 전기 임펄스 형태의 신호이다.
이 신호가 시냅스 전 축삭 말단에서 화학 신호(신경전달물질)로 바뀌어 시냅스틈을 통해 이동한다.
시냅스 후 막에서 화학신호는 다시 전기 신호로 바뀐다.
4. 수상돌기
수상돌기는 소마에서 뻗어나가는 가지이다.
수상돌기는 뉴런의 안테나의 역할을 하며,
수 천개의 시냅스로 덮여있다.
시냅스 아래의 수상돌기막 (시냅스 후 막)에는 수용체 (Receptors)라는 특수 단백질들이 있다.
이것이 시냅스틈에서 신경전달물질을 감지한다.
출처
Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (2018). Neuroscience: Exploring the brain (K. Bong-Kiun et al., Trans.; 4th ed.). BioMedBooks. (Original work published 2016)
OpenAI. (2024). ChatGPT (version 4.o) [Large language model]. https://chat.openai.com
https://web.stanford.edu/class/history13/earlysciencelab/body/heartpages/heart.html
https://www.studiesoftheheart.com/blog/2022/10/22/aristotles-heart-centered-philosophy
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