변환 (생리학)
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1. 개요
변환 (생리학)은 시각, 청각, 후각, 미각, 체감각 등 다양한 감각계에서 외부 자극의 물리적 에너지를 뇌로 전달되는 전기적 신호로 바꾸는 과정을 의미한다. 시각계에서는 빛이 막대 세포와 원뿔 세포의 로돕신 단백질 변화를 유발하여 전기적 자극으로 변환된다. 청각계는 소리 진동을 내이의 유모 세포가 전기 에너지로 변환하며, 후각계는 냄새 분자가 후각 세포의 G 단백질 수용체에 결합하여 신호 전달을 시작한다. 미각계는 맛 수용체 세포, G 단백질, 이온 채널 등을 통해 미각 자극을 전기 신호로 바꾸고, 체감각계는 기계적 자극을 전기-이온 펄스로 변환한다.
시각계에서 망막의 막대 세포와 원뿔 세포는 빛 에너지를 뇌로 전달되는 전기적 자극으로 변환한다. 빛은 로돕신의 형태 변화를 일으키고, 이는 광수용체의 전기화학적 기울기를 감소시켜 뇌로 가는 전기 신호를 줄인다.[1] 즉, 빛이 많을수록 신호는 줄어든다. 신경전달물질 방출 변화는 이차 전달자 시스템을 통해 막대 세포에서 일어나며, 이로 인해 빛 강도 변화에 대한 반응이 느려진다.[4]
청각 시스템에서 소리 진동(기계적 에너지)은 내이의 유모 세포에 의해 전기 에너지로 변환된다. 소리 진동은 공기 분자를 통해 고막을 진동시키고, 이 움직임은 이소골을 거쳐 달팽이관으로 전달된다. 달팽이관 내 코르티 기관의 유모 세포는 기저막의 움직임에 따라 구부러지며, 소리의 주파수에 따라 다른 크기의 파동이 발생한다. 유모 세포는 이러한 기계적 에너지를 전기 신호로 변환하여 청각 신경을 통해 뇌로 전달한다.[5][6][7]
2. 시각계
2. 1. 시각 광수용
시각계에서 망막에 있는 막대 세포와 원뿔 세포라고 불리는 감각 세포는 빛 신호의 물리적 에너지를 뇌로 전달되는 전기적 자극으로 변환한다. 빛은 로돕신이라고 불리는 단백질의 형태 변화를 일으킨다.[1] 이 형태 변화는 광수용체의 전기화학적 기울기를 감소시키는 일련의 분자적 사건들을 시작한다.[1] 전기화학적 기울기의 감소는 뇌로 가는 전기 신호의 감소를 유발한다. 따라서, 이 예에서 광수용체에 더 많은 빛이 닿으면 신호가 더 적은 전기적 자극으로 변환되어, 그 자극을 뇌에 효과적으로 전달한다. 신경전달물질 방출의 변화는 이차 전달자 시스템을 통해 매개된다. 신경전달물질 방출의 변화는 막대 세포에 의해 일어난다. 이러한 변화 때문에, 빛의 강도 변화는 막대 세포의 반응을 예상보다 훨씬 느리게 만든다 (신경계와 관련된 과정에 대해).[4]
3. 청각계
3. 1. 소리의 신경 부호화
청각 시스템에서 소리 진동(기계적 에너지)은 내이의 유모 세포에 의해 전기 에너지로 변환된다. 물체에서 발생하는 소리 진동은 공기 분자의 진동을 유발하고, 이는 차례로 고막을 진동시킨다. 고막의 움직임은 중이의 뼈(이소골)를 진동하게 한다.[5][6] 이러한 진동은 이후 청각 기관인 달팽이관으로 전달된다. 달팽이관 내에서 코르티 기관의 감각 상피에 있는 유모 세포가 구부러지고 기저막의 움직임을 유발한다. 막은 소리의 주파수에 따라 서로 다른 크기의 파동으로 울렁거린다. 그러면 유모 세포는 이러한 움직임(기계적 에너지)을 전기 신호(등급 수용체 전위)로 변환할 수 있으며, 이 신호는 청각 신경을 따라 뇌의 청각 중추로 전달된다.[7]
4. 후각계
후각계는 냄새를 맡는 감각 기관이다. 냄새 분자는 후각 세포의 G 단백질 수용체에 결합하여 신호 전달을 일으킨다. 이 과정은 고리형 AMP(cAMP) 수준을 높여 신경 전달 물질 방출을 유발한다.[8]
4. 1. 후각 전달
후각계에서 점액 내의 냄새 분자는 후각 세포의 G 단백질 수용체에 결합한다. G 단백질은 하위 신호 전달 연쇄 반응을 활성화하여 고리형 AMP(cAMP)의 수준을 증가시키고, 이는 신경 전달 물질 방출을 유발한다.[8]5. 미각계
미각계는 단맛, 짠맛, 신맛, 쓴맛, 감칠맛의 5가지 기본 미각 자질을 인지한다. 이러한 맛의 지각은 맛 수용체 세포, G 단백질, 이온 채널, 이펙터 효소를 통한 맛 전달 경로에 따라 결정된다.[9]
5. 1. 미각 전달
미각계에서 5가지 기본 미각 자질(단맛, 짠맛, 신맛, 쓴맛, 감칠맛)의 지각은 맛 수용체 세포, G 단백질, 이온 채널 및 이펙터 효소를 통한 맛 전달 경로에 따라 달라진다.[9]6. 체감각계
체감각계에서 감각 변환은 주로 압력, 피부 압박, 신장, 진동과 같은 기계적 신호를 기계적 변환 과정을 통해 전기-이온 펄스로 변환하는 것을 포함한다.[10] 온도 감각 및 통각 수용과 관련된 감각 변환도 이에 포함된다.
6. 1. 기계적 변환
체감각계에서 감각 변환은 주로 압력, 피부 압박, 신장, 진동과 같은 기계적 신호를 기계적 변환 과정을 통해 전기-이온 펄스로 변환하는 것을 포함한다.[10] 또한, 온도 감각 및 통각 수용과 관련된 감각 변환도 포함한다.참조
[1]
서적
Molecular cell biology
https://archive.org/[...]
W.H. Freeman
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[2]
웹사이트
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2018-03-29
[3]
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2018-03-29
[4]
간행물
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Inc, San Francisco, CA
2004
[5]
논문
Modeling of the human middle ear using the finite-element method
[6]
서적
Anatomy and physiology of hearing for audiologists
Thomson Delmar
2008
[7]
간행물
Auditory receptors and transduction
SAGE Publications, Inc.
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[8]
논문
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[9]
간행물
The molecular physiology of taste transduction
2000-08
[10]
논문
Vibrotactile Sensitivity Threshold: Nonlinear Stochastic Mechanotransduction Model of the Pacinian Corpuscle
https://zenodo.org/r[...]
[11]
서적
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W.H. Freeman
2000
[12]
웹인용
Definition of EXTEROCEPTOR
https://www.merriam-[...]
2018-03-29
[13]
웹인용
Definition of INTEROCEPTOR
https://www.merriam-[...]
2018-03-29
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