뉴런의 구조 – Structure of Neuron

뉴런은 그 수가 많은만큼 종류도 다양합니다. 종류마다 뉴런의 구조는 약간 다를 수 있습니다. 하지만 뉴런의 기본 구조는 같다고 할 수 있습니다.

전형적인 뉴런은 세포체(Cell body), 세포막(Plasma membrane), 세포골격(Cytoskeleton), 축삭(Axon), 수상돌기(Dendrite) 등의 구조를 가지고 있습니다.

그림출처: http://vetsci.co.uk/2010/03/16/cellular-anatomy-of-the-nervous-system/

>뉴런의 세포체는 뉴런의 중심으로 원형에 가까운 모습을 하고 있습니다. 세포 안에 들어있는, K+가 풍부한 세포액(Cytosol)은 세포막에 의해 외부와 격리되어 있습니다. 핵(Nucleus), 소포체(Endoplasmic Reticulum;ER), 골치체(Golgi apparatus), 미토콘드리아(Mitochondria) 등 여러 소기관(Organelle)들이 세포체 안에 있습니다. 여러 소기관들에 대한 설명은 생략하겠습니다.
핵을 제외한 세포막 안의 소기관들을 포함하는 부분을 세포질(Cytoplasm)이라고 합니다.
즉, 뉴런의 세포체 안에는 다른 세포들에게도 있는 소기관들이 있습니다.

>뉴런의 세포막은 뉴런 내부의 세포질을 감싸는 역할을 합니다. 외부 용액에 존재하는 물질이 세포 안으로 마음대로 들어오는 것을 차단하기도 합니다. 세포막은 인지질 이중막(Phospholipid bilayer)구조를 하고 있습니다. 세포막의 두께는 약 5nm 이며 곳곳에 단백질이 박혀있는 모습을 띠고 있습니다. 그 단백질들은 세포 내부와 외부의 물질 교환에 쓰이는 통로(channel)나 신경전달물질의 수용기(receptor)라고 할 수 있습니다.
뉴런에서 볼 수 있는 세포막의 특징은 세포막에 박혀있는 막단백질의 구성이 그 위치(세포체, 수상돌기, 축삭돌기) 에 따라 다르다는 것입니다.

>세포골격은 뉴런의 모양을 결정하는 역할을 합니다. 미세소관(microtubule), 미세섬유(microfilament), 신경섬유(neurofilament) 가 있습니다. 골격이라고 하면 뼈같이 고정되어 있는 것을 떠올리게 되는데 그렇지는 않습니다. 세포골격은 지속적으로 움직입니다.

  • 미세소관은 지름이 약 20nm 입니다. 튜불린 단백질로 구성되어 있습니다. 튜불린 분자는 작은 구형의 단백질인데 이 분자들이 뭉쳐서 긴 가닥을 만드는 것입니다.(Polymerization) 미세소관은 미세소관 연합 단백질(MAP)에 의해서 그 분해와 형성이 결정됩니다. 즉, MAP는 미세소관을 배치하는 결정권을 가지고 있는 것입니다. 축삭의 MAP의 한 종류인 타우(tau)단백질의 변화가 알츠하이머병에 관련이 있다고 합니다.
  • 미세섬유는 지름이 약 5nm 정도입니다. 뉴런 전체에서 발견되며 신경돌기(neurite;뉴런에서 나온 돌기)에 풍부합니다. 미세섬유는 가느다란 가닥 2개가 꼬여있는 형태이고, 각각의 가닥은 액틴(actin)단백질의 중합체입니다. 미세소관처럼 미세섬유도 지속적으로 분해/합성과정을 거치며 이 과정은 뉴런의 신호에 의해 조절됩니다. 세포막의 안쪽에 뻗어있는 단백질에 의해 세포막에 고정됩니다.
  • 신경섬유는 지름이 약 10nm정도입니다. 다른 세포에서는 중간섬유(intermediate filament)라고 합니다. 신경섬유는 3개의 단백질이 꼬인 형태입니다. 미세소관이나 미세섬유와 다르게 신경섬유를 이루는 3개의 가닥은 단일 단백질입니다. 그래서 더욱 견고하고, 신경섬유를 물리적으로 강하게 합니다.

>축삭은 뉴런에서만 발견되는 특이한 구조입니다. 축삭은 세포체에서 뻗어나가는데 그 시작점을 축삭소구(axon hillock)라고 합니다. 축삭에는 조면소포체(rough ER)가 없으며 자유 리보솜이 있습니다. 그리고 축삭은 세포체의 막단백질과 조성이 다릅니다. 그래서 축삭에서는 단백질합성이 되지 않습니다. 그것은 축삭의 모든 단백질이 세포체에서 온 것이라는 것을 뜻합니다. 축삭은 가끔 가지를 치는데 이 가지를 축삭가지(axon collateral)라고 합니다. 축삭가지는 같은 세포의 축삭과 연결(되돌이 가지;recurrent collateral)되거나 근처 세포의 수상돌기와 연결됩니다.
축삭의 끝 부분을 축삭말단(axon terminal)이라고 합니다. 그 부분은 약간 부풀어있는데 그래서 종말 팽대부(terminal bouton)이라고도 합니다. 축삭말단은 다른 뉴런의 수상돌기/세포체와 시냅스를 형성합니다.
때때로 축삭을 따라 부푼 부위가 나타나는데 이 부위를 중간 팽대부(boutons en passant)라고 합니다.
축삭 말단은 축삭의 세포질과 다르게 미세소관이 없으며 시냅스 소포(synapse vesicle)가 있고 미토콘드리아가 많습니다.(에너지 수요가 높다는 것이지요)

>수상돌기는 여러 수상돌기 가지(dendritic branch)로 이루어지며 수 천개의 시냅스로 덮여있습니다. 수상돌기에는 수용체(receptor)라는 단백질이 많은데, 이는 신경전달물질을 감지합니다. 수상돌기 가시(dendritic spine)이라는 특수한 구조가 발견되기도 합니다. 이는 시냅스 활성에 의해 야기되는 다양한 화학반응을 수행하는 것으로 알려져 있습니다. 인식장애가 생긴 사람의 뇌에서 가시구조가 비정상적인 모습을 하는 것으로 보아 수상돌기의 가시가 기억 등의 정신작용에 관여한다고 보고 있습니다.

뉴런도 일종의 세포인만큼 일상적인 기능은 다른 세포들과 비슷하다고 할 수 있습니다. 뇌과학에서 축삭과 수상돌기, 시냅스가 중요한 이유도 다른 세포들에게는 없는 기능이기 때문이겠지요?

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