신경전달물질 – Neurotransmitter

신경전달물질은 화학적 시냅스에서 시냅스전(presynaptic)에서 분비되어 시냅스후(postsynaptic)에서 활동전위를 일으켜 신호가 전달되게 하는 물질입니다. 현재까지 신경전달물질은 아미노산,  아민, 펩타이드의 세 종류로 분류됩니다. 아미노산과 아민 계열의 신경전달물질들은 모두 하나 이상의 질소 원자를 포함하는 작은 생체 분자들이며 시냅스 소낭(synaptic vesicle)에 저장되었다가 방출됩니다. 펩타이드계열의 신경전달물질은 분비과립(secretory granule)에 저장되고, 방출되는 큰 분자들입니다.
각 계열에 속하는 신경전달물질에는

  • 아미노산 계열 : 감마 아미노낙산(gamma-Aminobutyric acid;GABA), 글루탐산(glutamate;Glu),
    글리신(Gly) 등
  • 아민 계열 : 아세틸콜린(ACh), 도파민(DA), 에피네프린(Epinephrine), 히스타민(Histamine),
    노르에피네프린(NE), 세로토닌(serotonin;5-HT) 등
  • 펩타이드 계열 : 콜레시스토키닌(CCK), 디노르핀(Dynorphin), 엔케팔린(Enk), NAAG,
    뉴로펩타이드-Y, 소마토스테인(Somatostain), substance P, VIP 등

이 있습니다.

뇌의 다른 뉴런들은 각기 다른 신경전달물질들을 방출합니다. 거의 모든 중추신경계(CNS)시냅스에서 빠른 시냅스 전달은 아미노산 계열인 인 글루탐산(Glu), 감마-아미노낙산(GABA, gamma-aminobutyric acid), 글리신(Gly)에 의해 매개됩니다. 아민 계열인 아세틸콜린(Ach)은 모든 신경근육연접에서의 빠른 시냅스 전달을 맡고있습니다. 중추신경계와 말초 신경계에서의 느린 시냅스 전달 역시 세 카테고리에 속하는 전달물질들에 의해 매개되는 것으로 알려져 있습니다.

신경전달물질들은 각기 다른 방법으로 합성됩니다. 예를들어 글루탐산와 글리신은 단백질을 만드는 아미노산이기 때문에 체내 모든 세포에 풍부합니다. 반면 GABA나 아민계열 물질들은 그것들을 방출하는 뉴런에서만 만들어집니다. 그러므로 다른 뉴런과 다르게 이 뉴런들은 신경전달물질을 합성하는 특정한 효소를 필요로 합니다. 이 효소들은 축삭 말단으로 수송되어 전달물질 합성을 조절하는 역할을 합니다.

일단 생성된 아미노산 계열과 아민 계열 신경전달물질들은 시냅스 소낭 안에 포장되어야 분비될 수 있습니다. 이 신경전달물질들은 소낭 막에 있는 특별한 단백질인 수송체(transporters)에 의해 시냅스 소낭 안으로 농축됩니다.  펩타이드 계열의 물질이 분비 과립에서 합성되고 저장되는 과정은 많이 다릅니다.  펩타이드 계열 신경전달물질의 경우, 조면소포체에서 합성됩니다. 조면소포체에서 합성된 하나의 긴 펩타이드는 골지체에서 쪼개져 작은 조각인 활성 신경전달물질이 됩니다. 그 후 골지체에서 분리되어 축삭수송체(axoplasmic transporter)에 의해 축삭 말단으로 운송되는 과정을 거칩니다.

활동전위가 축삭 말단에 도달하게 되면 신경전달물질의 분비가 일어납니다. 먼저 말단 세포막의 탈분극에 의해 활성구역(active zone)에 존재하는 전압개폐성 칼슘채널(Voltage-gated Calcium channel)들이 열립니다. 칼슘은 막 안으로 들어가려고 하는 힘이 매우 큽니다. 즉, 세포 내부의 칼슘 농도의 증가가 시냅스 소낭으로부터 신경전달물질이 분비되게 하는 신호로써 작용하는 것입니다.

외포작용과 내포작용

소낭들은 외포작용(exocytosis)을 통해 자신들이 가지고 있는 내용물들을 분비합니다. 시냅스 소낭의 막이 활성구역에 있는 시냅스전 막과 융합하면서 소낭안의 내용물들이 시냅스 틈으로 분비됩니다. Ca++의 농도가 외포작용을 촉진하는 정확한 기전은 아직까지 확실치 않다고 하네요;;  소낭막은 나중에 내포작용(endocytosis)에 의해 복구되며 복구된 소낭은 신경전달물질로 재충전됩니다. 장기간의 자극이 있을 때에는 소낭이 축삭 말단의 세포골격에 결합한 형태를 한 ‘저장소'(reserve pool)에서 신경전달물질이 동원되어 쓰입니다.

분비과립(secretory granules)들은 전형적으로 활성구역이 아닌 곳에서 칼슘에 의해 조절되는 외포작용으로 펩타이드 성분의 신경전달물질을 분비합니다. 분비과립의 외포작용이 일어나는 자리는 Ca++가 들어오는 자리와 떨어져 있기 때문에, 일반적으로 펩타이드 성분의 신경전달물질들은 축삭 말단에 도달하는 모든 활동전위에 반응하지는 않습니다. 그렇기 때문에, 분비과립들이 분비되기 위해서는 활성구역에서 멀리 떨어진 곳까지 칼슘농도를 증가시킬 수 있는 높은 빈도의 연속적인 활동전위가 있어야 합니다.

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