신경전달물질 수용체 –  Neurotransmitter Receptor

신경전달물질이 시냅스후 막에 있는 수용체에 결합하면 수용체 단백질의 입체구조가 변하고, 이 단백질은 기능이 달라지게 됩니다. 신경전달물질 수용체의 종류는 100가지가 넘지만, 이들은 크게 ‘전달물질-개폐성 이온채널(transmitter-gated ion channel) 즉, 신경전달물질과의 결합에 의해 열리는 이온채널과 G-단백질(G-protein) 결합성 수용체(G-protein coupled receptor)로 분류할 수 있습니다.

전달물질 개폐성 이온채널과     G-단백질결합성 수용체

전달물질-개폐성 이온채널-Transmitter-gated ion channel
신경전달물질에 의해 열리는 이온채널로 알려져있는 이 수용체들은 4개 혹은 5개의 단위체들이 하나의 채널을 형성하는 막 단백질입니다. 신경전달물질이 존재하지 않으면 구멍은 닫혀있습니다. 신경전달물질이 세포 바깥부위의 채널의 특정부위에 결합하면 단위체들이 약간 비틀려 구조가 변화하며 1/10,00,000초간 채널이 열리게 됩니다. 이 때 열린 채널을 통해 어떤 이온이 통과하느냐에 따라 시냅스의 기능이 결정됩니다.
전달물질-개폐성 이온채널은 일반적으로 이온 선택성을 가지지 않습니다 . 예를 들면 신경과 근육이 연접한 곳(neuromuscular junction)에 있는 아세틸콜린 개폐성(Ach-gated) 이온채널들은 Na+와 K+에 대해 투과성을 가집니다. 그러나 일단 Na+에 대해 투과성이 있다는 것은 시냅스후 세포를 탈분극시킬 수 있다는 것입니다.
즉, 이 시냅스는 Na+를 통과시켜 막전위를 활동전위를 발생시키는 역치에 가깝게 하기 때문에 ‘흥분성’이 되는 것입니다. 이런 식으로 일어나는 시냅스전의 신경전달물질에 의한 시냅스후 막의 탈분극을 흥분성 시냅스후 전위(EPSP, Excitatory Post-Synaptic Potential)라고 합니다. 아세틸콜린-개폐성이온채널과 글루타메이트-개폐성이온채널의 활성화는 EPSP를 발생시킵니다.
하지만 만약 전달물질에 의해 열리는 이온채널이 Cl-에 대해 투과성을 가진다고 하면, Cl-가 음의 평형전위를 가지고 있으므로 막 전위를 역치에서 멀어지게 할 것입니다. 그러면 이 수용체는 억제성 수용체가 됩니다. 이런 과분극의 상황을 억제성 시냅스후 전위(IPSP, Inhibitory Post Synaptic Potential)라고 한다.
GABA개폐성 이온채널이나 Gly-개폐성 이온채널은 IPSP를 발생시키는 것으로 알려져 있습니다.

G-단백질 결합성 수용체들 – G-protein coupled receptors
아미노산과 아민 성분의 신경전달물질은 전달자에 의해 열리는 이온채널에 작용하여 빠른 시냅스성 전달을 유발합니다. 그러나 G-단백질결합성 수용체에 작용하는 세 종류의 신경전달물질 모두는 느리며 오래 지속되고, 보다 다양한 시냅스후 활동을 유발시킵니다. 이러한 작용은 3단계를 거쳐서 일어납니다.
1) 신경전달물질 분자가 시냅스후 뉴런 막의 수용체 단백질에 결합합니다.
2) 수용체 단백질이 시냅스후 뉴런 막의 안쪽을 자유롭게 움직이는 G-단백질을 활성화시킵니다.
3) 활성화된 G-단백질이 작용체(effector)단백질들을 활성화 시킵니다.
작용체(effector)단백질들은 막의 G-단백질에 의해 열리는 이온채널일 수도 있고, 세포 내액으로 확산되는 이차메신저(second messenger)를 합성하는 효소일 수도 있습니다(이래서 다양한 시냅스후 활동을 유발하는 것입니다.). 이런식으로 G-단백질 결합 수용체는 광범위한 대사효과를 유발시킬 수 있기 때문에 종종 대사(metabotropic)수용체라고도 불립니다.
같은 신경전달물질이라도 어떤 수용체에 결합하느냐에 따라 작용이 다릅니다. 아세틸콜린(ACh)은 심장근에서의 작용과 골격근에서의 작용이 다릅니다. 아세틸콜린(ACh)은 심장에서 K+채널에 작용하는 G-단백질과 결합합니다. K+가 뉴런 안으로 들어가게 되면 과분극이 일어나기 때문에 심장의 수축운동이 느려집니다. 반면 골격근육에서는 아세틸콜린에 의해 열리는 Na+이온채널에 결합하므로 흥분성으로 작용하여 근육이 수축하게 됩니다.

자가수용체 – Autoreceptors
시냅스후 뉴런의 일부로 되어있는 수용체들을 제외하고도 수용체들은 시냅스전 뉴런의 축삭 말단에서도 관찰됩니다. 시냅스전 뉴런의 말단에서 분비된 신경전달물질에 민감한 시냅스전 수용체를 자가수용체(Autoreceptor)라고 합니다. 대체로 자가수용체는 이차메신저(second messenger)의 생산을 촉진시키는 G-단백질결합성 수용체에 속합니다.  이러한 수용체들의 활성화 결과는 다양하지만 공통된 효과는 신경전달물질 분비를 억제하는 것이거나 신경전달물질의 합성을 유발하는 것입니다. 이런 식으로 자가수용체는 시냅스전 뉴런의 말단이 스스로를 조절할 수 있도록 해준다.  일종의 피드백 효과라고 할 수 있겠습니다.

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