시냅스

시냅스

한 뉴우런의 축색 말단이 다른 뉴우런과 접촉된 부위를 시냅스(synapse)라 한다. 각 축색말단은 시냅스 꼭지(synaptic knob)의 형태로 팽창되어 있다. 시냅스 꼭지에 있는 뉴우런 말단을 시냅스전 뉴우런(presynaptic neuron)이라 하며, 시냅스 꼭지 다음의 뉴우런을 시냅스후 뉴우런(postsynaptic neuron)이라 한다. 시냅스 꼭지에는 활동전위가 도달되었을 때 시냅스 틈(synaptic cleft)으로 분비되는 화학물질이 들어 있으며 중추신경계 이외의 시냅스에서는 이 화학물질이 아세틸콜린(acetylcholine, ACh)이다. 시냅스 틈에 아세틸콜린이 축적되면 시냅스후 뉴우런의 막에 있는 나트륨 채널이 열리게 되고 발생전위가 형성된다. 이러한 변화를 흥분성 시냅스후 전위 (excitatory postsynaptic potential, EPSP) 라한다. 만일 시냅스후 뉴우런 막의 탈분극이 역치에 도달하면, 시냅스후 뉴우런에 활동전위가 일어난다. 따라서 아세틸콜린은 신경충격의 화학 전달자(transmitter)로서의 역할을 한다. 중추신경계내의 시냅스에서는 많은 종류의 전달물질이 이용되며, 그 중 잘 알려진 전달물질은 다음과 같다.

 

1. 아세틸콜린

2. 세 가지 아미노산 : 글루타민산(Glu), 글리신(Gly), 감마 아미노부티르산(GABA)

 

3. 아미노산의 유도체인 몇 종류의 모노아민류(monoamines): 도파민(dopamine), 노르아드레날린(noradrenaline, 노르에피네프린으로도 알려짐), 세로토닌(serotonin), 히스타민(histamine)(도파민은 티로신으로부터 노르아드레날린 합성시 중간 산물이다. 세로토닌은 트립토판으로부터 합성된다)

4. 몇 종류의 펩티드 : 안기오텐신 II, 콜레시스토키닌, GnRH, “P 물질”로 불리는 11-아미노산 폴리펩티드 중추신경계의 어떤 연결뉴우런의 시냅스 꼭지에 충격이 전달되면 신경전달물질(글리신이나 GABA 등)이 방출되며, 이들은 시냅스되어 있는 뉴우런의 탈분극을 억제한다.

이들 신경전달물질의 일부는 칼슘 채널을 열어 주게 되며, 뉴우런 내부로 칼슘이온의 확산이 촉진된다. 그 결과 막 내부는 외부에 비해서 더욱 음전하를 띠게 된다. 이와 같은 시냅스후 뉴우런 막의 과분극을 억제성 시냅스후 전위(inhibitory postsynaptic potential, IPSP)라 하며, 그 크기는 80 mV 정도이다. 과분극된 뉴우런은 증가된 역치값을 가지게 되므로 세포는 자극이 더 어렵게 된다. 실제로 역치전압(-50mV)은 변화되지 않는다. 따라서 흥분성 시냅스에 의해 생성된 탈분극 전위차에서 억제성 시냅스의 과분극 전위차를 뺀 값이 역치전위에 도달할 수 있는지의 여부가 문제된다.

한 개의 연결뉴우런이나 운동뉴우런의 수상돌기와 세포체에는 수천 개의 시냅스 꼭지 말단이 연결될 것이다. 이들 중 일부는 흥분성 전달물질을 방출한다. 그러나 이들은 1mV 정도의 EPSP 만을 생성하기 때문에 한 개의 흥분성 시냅스가 시냅스후 뉴우런에 활동전위를 일으키지는 못한다. 그러나 많은 수의 흥분성 시냅스(약 40개)가 동시에 활성화되면, 각각의 EPSP 가 모아져서 시냅스후 뉴우런의 역치전위에 도달될 수 있을 것이다. 또한 소수의 흥분성 시냅스들이 짧은 간격으로 반복적으로 활성화되어도 EPSP가 축적되어 역치에 도달될 것이다.

억제성 시냅스도 동일한 과정으로 반응한다. 많은 시냅스가 반복적으로 자극을 받게 되면 개개의 IPSP가 축적된다. 따라서 시냅스후 뉴우런이 활성화될 것인지의 여부, 즉 흥분되느냐 억제되느냐 하는 것은 그들 표면에서 생성되는 모든 EPSP와 IPSP 사이의 차에 의해 결정될 것이다.

억제성 신호는 동일 뉴우런의 다른 수상돌기로 들어감에도 불구하고, 한 개의 수상돌기에 있는 몇 개의 흥분성 시냅스가 활동전위를 생성할 수 없는 이유를 의심할 것이다. 이런 현상은 일부의 연결뉴우런에서 일어난다. 그러나 많은 뉴우런은 그들에 도달되는 모든 흥분성, 억제성 신호들을 통합 조절할 수 있는 방법을 가지고 있다. 세포체로부터 뻗어 나오는 축색 부위를 축색 기시구 (axon hillock)라 한다. 축색 기시구를 덮고 있는 세포막 부위는 세포체와 수상돌기를 덮고 있는 막보다 더 낮은 역치전위를 갖는다. 따라서 일반적으로 활동전위는 축색기시구의 막 부위에서 생성된다. 이 부위는 그 자체의 흥분성이나 억제성 시냅스를 가지고 있지 않기 때문에, 축색 기시구는 수상돌기와 세포체에서 생성되는 모든 EPSP와 IPSP의 전체 양상을 측정할 수 있는 부위이다. 만일 순간적으로라도 모든 EPSP의 합에서 모든 IPSP를 뺀 값이 축색 기시구의 역치를 초과하면 그곳에서 활동전위가 일어난다.

 

 

시냅스 차단

시냅스의 적절한 작동을 위해서는 화학전달물질이 반응을 일으킨 즉시 시냅스 틈으로부터 제거되어야 한다. 만일 그렇지 못하면 뉴우런은 연속적인 흥분 상태에 놓여질 것이다. 여기에는 두 가지 방법이 이용된다. 가장 일반적인 것은 전달물질이 재사용되기 위하여 시냅스전 뉴우런으로 되돌려지는 방법이다. 모든 아미노산과 그 유도체(노르아드레날린, 세로토닌 등)들은 이러한 방식으로 재순환된다. 두 번째 방법은 시냅스 틈에서 신경전달물질이 직접 분해되는 것이다. 아세틸콜린의 제거는 그 분자를 불활성 조각으로 가수분해하는 아세틸콜린 에스테라제에 의해 일어난다. 아세틸콜린 에스테라제의 작용을 저해하는 물질은 정상적인 신경 활성을 심각하게 교란시킨다. 전쟁중에 개발된 신경 가스와 신경 가스 개발과정에서 만들어진 유기인산 살충제(파라티온 등)는 강력한 아세틸콜린 에스테라제의 저해제이다.