근원섬유
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1. 개요
근원섬유는 근육 세포 내에서 발견되는 원통형 구조로, 근육 수축에 필요한 단백질 필라멘트를 포함한다. 근원섬유는 굵은 필라멘트, 가는 필라멘트, 탄성 필라멘트의 세 종류 근세사로 구성된다. 굵은 필라멘트는 마이오신으로, 가는 필라멘트는 액틴으로 이루어져 있으며, 이 둘의 상호 작용을 통해 근육 수축이 일어난다. 근원섬유는 근절이라는 반복적인 단위로 구성되며, 근육 세포의 가로무늬 구조를 형성한다. 근육 수축은 액틴과 마이오신 필라멘트가 서로 미끄러지면서 발생하는 활주설에 의해 설명된다.
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| 근원섬유 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 라틴어 명칭 | myofibrilla |
| 그리스어 명칭 | (제공된 정보 없음) |
| 구조와 기능 | |
| 정의 | 근육의 수축 요소 |
2. 구조
근원섬유는 근세사라고 하는 필라멘트들로 구성되어 있으며, 굵은 필라멘트, 가는 필라멘트, 탄성 필라멘트의 세 종류가 있다. 가는 필라멘트는 주로 액틴 단백질로, 굵은 필라멘트는 주로 마이오신 단백질로 구성된다. 탄성 필라멘트는 티틴이라는 단백질로 구성되어 굵은 필라멘트를 제자리에 고정시킨다. 액틴과 마이오신으로 구성된 단백질 복합체는 액토마이오신이라고 불린다.
가로무늬근(골격근 및 심장근) 근육 조직에서 액틴과 마이오신 필라멘트는 각각 몇 마이크로미터 정도의 특정하고 일정한 길이를 가지며, 이는 길쭉한 근육 세포의 길이보다 훨씬 짧다. 필라멘트는 근원섬유의 길이를 따라 반복되는 하위 단위로 구성되며, 이 하위 단위를 근절이라고 한다.[4]
근절의 각 부분은 광학 현미경으로 볼 때 상대적으로 더 밝거나 어둡게 보이는 것에 따라 이름이 정해졌다. 각 근절은 Z선 (zwischen|사이de)이라고 불리는 두 개의 매우 어두운 띠로 구분된다. Z선은 빛의 통과를 쉽게 허용하지 않는 밀도가 높은 단백질 원반(디스크)이다. T-소관은 이 영역에 존재한다. Z선 사이의 영역은 I대 (등방성 대)와 A대 (이방성 대)로 나뉜다.
I대는 주로 얇은 액틴 필라멘트를 포함하고 있어 더 밝게 보이며, A대는 대부분 마이오신 필라멘트를 포함하고 있어 직경이 커서 빛의 통과를 제한한다. A대는 이방성을, I대는 등방성을 나타내는데, 이는 편광 현미경으로 입증된 살아있는 근육의 광학적 특성이다.
I대에 접하는 A대 부분에는 액틴과 마이오신 필라멘트가 모두 위치한다. A대 내부에는 근육이 이완된 상태일 때 액틴/마이오신 중첩이 없는 비교적 밝은 중앙 영역인 H존 (helle|밝은de)이 있다. H존은 M선 (mittel|중간de)이라고 하는 어두운 중앙선으로 이등분된다.
2. 1. 근세사 (Myofilament)
각 근원섬유는 지름이 1~2 마이크로미터 (μm)이다.[3] 근세사는 굵은 필라멘트, 가는 필라멘트, 탄성 필라멘트의 세 가지 유형으로 구성되어 있다.
- 가는 필라멘트는 주로 액틴으로 구성된다.
- 굵은 필라멘트는 주로 마이오신으로 구성된다.
- 탄성 필라멘트는 티틴으로 구성된다.
액틴과 마이오신으로 구성된 단백질 복합체는 액토마이오신이라고 불린다.
가로무늬 골격근 및 심장근 근육 조직에서 액틴과 마이오신 필라멘트는 각각 몇 마이크로미터 정도의 특정하고 일정한 길이를 가지며, 이는 길쭉한 근육 세포의 길이보다 훨씬 짧다. 필라멘트는 근원섬유의 길이를 따라 반복되는 하위 단위로 구성된다. 이러한 하위 단위는 근절이라고 하며, 길이는 약 3μm이다.[4] 근육 세포는 세포의 긴 축을 따라 서로 평행하게 뻗어 있는 근원섬유로 거의 채워져 있다. 한 근원섬유의 근절 하위 단위는 그 옆의 근원섬유의 하위 단위와 거의 완벽하게 정렬된다. 이러한 정렬은 세포에 줄무늬 또는 가로무늬 외관을 제공한다. 육류 절단과 같은 특정 각도에서 노출된 근육 세포는 섬유와 근절의 주기적인 정렬로 인해 구조적 색상 또는 무지개빛을 나타낼 수 있다.[5]
2. 1. 1. 굵은 필라멘트 (Thick filament)
굵은 필라멘트는 주로 힘을 생성하는 단백질인 마이오신으로 구성된다. 마이오신은 ATP와 액틴 결합 부위가 모두 있는 구형 머리와 마이오신 필라멘트로의 중합에 관여하는 긴 꼬리로 구성된다.[3] 액틴과 마이오신으로 구성된 단백질 복합체는 때때로 액토마이오신이라고 불린다. 가로무늬 골격근 및 심장근 근육 조직에서 액틴과 마이오신 필라멘트는 각각 몇 마이크로미터 정도의 특정하고 일정한 길이를 가지며, 이는 길쭉한 근육 세포의 길이(인간 골격근 세포의 경우 몇 밀리미터)보다 훨씬 짧다.2. 1. 2. 가는 필라멘트 (Thin filament)
가는 필라멘트는 주로 액틴 단백질로 구성되며, 네불린 필라멘트와 꼬여 있다. 액틴이 필라멘트로 중합되면 마이오신 필라멘트가 운동을 생성하기 위해 "올라가는" "사다리"를 형성한다.[3]2. 1. 3. 탄성 필라멘트 (Elastic filament)
탄성 필라멘트는 티틴이라는 거대한 단백질로 구성되어 굵은 필라멘트를 제자리에 고정시킨다.[3]2. 2. 근절 (Sarcomere)
근절은 약 3μm 길이의 반복되는 하위 단위로, 근원섬유의 길이를 따라 배열되어 있다.[4] 각 근절은 Z선(Z-disc, zwischen|사이de)이라고 불리는 두 개의 매우 어두운 띠로 구분된다. Z선 사이의 영역은 I대(등방성 대)와 A대(이방성 대)로 나뉜다.
I대는 주로 얇은 액틴 필라멘트를 포함하고 있어 더 밝게 보이며, A대는 대부분 마이오신 필라멘트를 포함하고 있어 직경이 커서 빛의 통과를 제한한다. A대는 이방성을, I대는 등방성을 나타내는데, 이는 편광 현미경으로 입증된 살아있는 근육의 광학적 특성을 나타낸다.
2. 2. 1. Z선 (Z-disc)
Z선(Z-disc)은 광학 현미경으로 관찰했을 때 매우 어둡게 보이는 띠로, 독일어 'zwischen'(사이를 의미)에서 유래했다. Z선은 빛의 통과를 막는 밀도가 높은 단백질 원반(디스크)이다. T-소관은 이 영역에 존재한다. Z선 사이의 영역은 양쪽 끝에 I대(등방성 대)라고 불리는 두 개의 밝은 색 띠와, 중앙에 A대(이방성 대)라고 불리는 더 어둡고 회색을 띠는 띠로 나뉜다.[4]2. 2. 2. I대 (I-band)
I대는 광학 현미경으로 관찰했을 때 더 밝게 보이는 부분으로, 주로 얇은 액틴 필라멘트로 구성되어 있다. 액틴 필라멘트의 작은 직경 덕분에 빛이 이 사이를 통과할 수 있기 때문에 밝게 보인다. I대는 등방성을 나타내는데, 이는 편광 현미경으로 살아있는 근육의 광학적 특성을 관찰했을 때 확인된다.[4] I대는 양쪽 끝에 Z-디스크(Z-선)라고 불리는 어두운 띠로 구분되며, 이 사이 영역에 T-소관이 존재한다.2. 2. 3. A대 (A-band)
I대에 접하는 A대 부분에는 액틴과 마이오신 필라멘트가 모두 위치한다(위에서 설명한 대로 서로 얽혀 있음).[4] A대 내부에는 근육이 이완된 상태일 때 액틴/마이오신 중첩이 없는 비교적 밝은 중앙 영역인 H-존(독일어 ''helle'', "밝은"을 의미)이 있다.[4] H-존은 M-선(독일어 ''mittel'', "중간"을 의미)이라고 하는 어두운 중앙선으로 이등분된다.[4] A대는 편광 현미경으로 입증된 살아있는 근육의 광학적 특성을 나타낼 때 이방성을 나타낸다.2. 2. 4. H존 (H-zone)
I대에 접하는 A대 부분에는 액틴과 미오신 필라멘트가 모두 위치한다. A대 내부에는 근육이 이완된 상태일 때 액틴/미오신 중첩이 없는 비교적 밝은 중앙 영역인 H존(helle|밝은de)이 있다. H존은 M선(mittel|중간de)이라고 하는 어두운 중앙선으로 이등분된다.[4]2. 2. 5. M선 (M-line)
I대에 접하는 A대 부분에는 액틴과 마이오신 필라멘트가 모두 위치한다. A대 내부에는 근육이 이완된 상태일 때 액틴/미오신 중첩이 없는 비교적 밝은 중앙 영역인 H-존(독일어 ''helle'', "밝은"을 의미)이 있다. H-존은 M-선(독일어 ''mittel'', "중간"을 의미)이라고 하는 어두운 중앙선으로 이등분된다.[4]3. 발생
12일 된 병아리 배아의 다리 근육 발달에 대한 전자 현미경 연구는 근원섬유 발달 메커니즘을 제안한다. 발달 중인 근육 세포는 직경 160~170Å의 굵은(미오신) 필라멘트와 직경 60~70Å의 얇은(액틴) 필라멘트를 포함한다. 어린 근섬유는 얇은 필라멘트와 굵은 필라멘트의 비율이 7:1이다. 근장막 하부 위치의 근육 세포의 긴 축을 따라 자유로운 근세사가 정렬되어 육각형으로 배열된다. 이러한 집합체는 Z 띠 또는 M 띠 물질의 존재와 관계없이 형성된다. 액틴과 미오신 단량체의 3차 구조가 필라멘트로 집합하기 위한 세포의 이온 강도와 ATP 농도에 대한 모든 "정보"를 포함하기 때문에 집합은 자발적으로 발생한다.[6]
4. 기능
근육이 수축하면 액틴은 근절 중심을 향해 미오신을 따라 당겨져 액틴과 미오신 필라멘트가 완전히 겹치게 된다. 액틴과 미오신 필라멘트가 겹치는 정도가 커지면서 H대가 점점 작아지고 근육이 짧아진다. 따라서 근육이 완전히 수축되면 H대는 더 이상 보이지 않는다. 액틴과 미오신 필라멘트 자체는 길이가 변하지 않고 서로 미끄러진다는 점에 유의해야 한다.[7]
4. 1. 활주설 (Sliding filament theory)
미오신 머리는 액틴 근세사와 가교를 형성하며, 액틴을 따라 '노젓기' 작용을 수행한다. 근육 섬유가 이완되면(수축 전), 미오신 머리에는 ADP와 인산이 결합되어 있다.
신경 자극이 도착하면 Ca2+ 이온이 트로포닌의 형태를 변화시키고, 이로 인해 트로포닌 + 트로포미오신 복합체가 이동하여 미오신 결합 부위가 열리게 된다.
이제 미오신 머리는 액틴 근세사와 결합한다. 미오신 근세사 머리의 에너지는 머리를 움직여 액틴을 미끄러지게 하며, 이로 인해 ADP가 방출된다.
ATP가 나타나고 (칼슘 이온의 존재는 미오신의 ATP아제를 활성화시킨다), 미오신 머리는 액틴에서 분리되어 ATP를 잡는다. 그런 다음 ATP는 ADP와 인산으로 분해된다. 에너지가 방출되어 나중에 움직임에 사용하기 위해 미오신 머리에 저장된다. 이제 미오신 머리는 똑바로 세워진 이완된 위치로 돌아간다. 칼슘이 존재하면 이 과정이 반복된다.
근육이 수축하면 액틴은 근절의 중심을 향해 미오신을 따라 당겨져 액틴과 미오신 필라멘트가 완전히 겹치게 된다. 액틴과 미오신 필라멘트의 겹침이 증가하여 H대가 점점 작아지고 근육이 짧아진다. 따라서 근육이 완전히 수축되면 H대는 더 이상 보이지 않게 된다. 액틴과 미오신 필라멘트 자체는 길이가 변하지 않고 서로 미끄러진다는 점에 유의해야 한다. 이것은 근육 수축의 활주설로 알려져 있다.[7]
참조
[1]
웹사이트
Definition of SARCOSTYLE
https://www.merriam-[...]
[2]
서적
New Atlas of Human Anatomy
Metro Books
[3]
서적
Molecular biology of the cell
2015
[4]
논문
The Hippo pathway controls myofibril assembly and muscle fiber growth by regulating sarcomeric gene expression.
2021-01-06
[5]
논문
Iridescence in Meat Caused by Surface Gratings
2013-11
[6]
논문
An electron microscope study of myofibril formation in embryonic chick skeletal muscle
[7]
서적
Human Anatomy & Physiology
Benjamin-Cummings Pub Co
[8]
웹인용
근원섬유
https://stdict.korea[...]
국립국어원
2020-09-14
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