화학적 시냅스

화학적 시냅스

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[ Chemical synapse ]

화학적 시냅스란 신경세포(neuron)의 신호를 다른 신경세포 또는 근육(muscle)이나 샘(gland)과 같은 비신경세포에게 전달할 때 이용되는 생물학적 통로(biological junction)이다. 화학적 시냅스에서는 시냅스이전 뉴런(presynaptic neuron)에서 시냅스 틈(synaptic cleft)으로 신경전달물질(neurotransmitter)을 분비하고 이들이 시냅스 틈 반대편에 있는 시냅스이후 뉴런(postsynaptic neuron) 또는 비신경세포에 위치한 수용체에 결합하여 신호를 전달한다.

독일의 약리학자인 오토 레비는 미주신경을 자극한 개구리 심장의 관류액을 이용하여 다른 개구리의 심장 박동을 조절할 수 있다는 사실을 발견하고 미주신경 자극 개구리 심장 관류액에 어떤 화학 물질이 분비되어 다른 개구리의 심장에 작용했을 것이라는 가설을 제시하였다. 그는 이 물질을 미주신경에서 분비된 물질이라는 뜻으로 'Vagusstoff'라고 명명하였고, 나중에 이 물질이 아세틸콜린(acetylcholine)임이 알려졌다. 이는 신경세포와 심장근세포 사이에 있는 화학적 시냅스의 존재와 그 신경전달물질을 확인한 최초의 실험이었다. 오토 레비는 이 발견으로 1936년 노벨생리의학상을 수상하였다.

구조

화학적 시냅스는 신경세포 사이 또는 신경세포와 다른 종류의 세포 사이를 기능적으로 연결하는 역할을 한다. 일반적으로 신경세포 하나는 수천개의 시냅스를 형성하고 있으며, 대부분의 시냅스에서는 축삭에서 수상돌기 방향으로 신호가 전달되지만, 축삭에서 신경세포체(soma), 축삭(axon)으로 신호가 전달되는 경우도 있고 수상돌기에서 수상돌기로 신호가 전달되는 경우도 있다. 시냅스는 보통 광학현미경으로 관찰하기에는 너무 작아서 대개 그 구조는 전자현미경을 이용해서 관찰하고 있다.

그림 2. 화학적 시냅스의 구조 (출처: 변형)

화학적 시냅스는 항상 정보를 시냅스이전 뉴런으로부터 시냅스이후 뉴런으로 전달하므로, 구조적으로나 기능적으로 비대칭적이다(그림 2).

시냅스이전 뉴런의 축삭 말단(axon terminal)에서 시냅스 틈(synaptic cleft)으로분비된 신경전달물질(neurotransmitter)은 시냅스이후 뉴런의 수상돌기(dendrite)에 위치한 수용체에 작용하여 그 효과를 나타낸다. 시냅스이전 뉴런의 축삭 말단과 마주보는 시냅스이후 뉴런의 부위는 세포막 바로 아래 부분이 두꺼워져 있어 이를 시냅스후 치밀질이라고 하며 이 부위에 신경전달물질의 수용체가 분포하고 있다.

정보 전달

화학적 시냅스에서 정보가 전달되는 과정은 아래와 같다.

시냅스이전 뉴런(presynaptic neuron)의 축삭 말단(axon terminal)에 활동전압(action potential)이 전달된다.
축삭 말단 세포막이 탈분극(depolarization)되고 이곳에 위치한 전압 의존성 칼슘통로(voltage-gated Ca²⁺ channel)이 열려 세포 밖 Ca²⁺이 세포 안으로 들어가 Ca²⁺ 농도가 상승한다.
축삭 말단 Ca²⁺ 농도의 증가는 신경전달물질(neurotransmitter)을 포함하고 있는 시냅스주머니(synaptic vesicle)에 작용하여 세포외분비(exocytosis)를 유발함으로써, 신경전달물질을 세포 밖으로 유리한다.
시냅스 틈(synaptic cleft)에 유리된 신경전달물질은 시냅스이후 뉴런의 수용체에 도달하여 결합한다.
수용체와 결합한 신경전달물질은 수용체에 연결된 신호전달분자들을 활성화시켜 시냅스후 전압을 발생시킨다. 리간드의존성 이온통로가 이 과정에서 중요한 신호전달분자이다.
시냅스 틈 내부의 신경전달물질은 신경전달물질 수송체(neurotransmitter transporter)의 도움으로 축삭말단 내부로 재흡수되어 재활용된다.

참고 문헌

Principles of neural science, 4^th edition, 2000

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