운동, 홀몬 및 생체감각체계

생명과학의기초생화학

Chapter 12

12장의개요

12.1 운동의생화학

12.2 홀몬의생화학

12.3 생체감각의생화학

12.1 운동의 생화학

- 세포골격단백질

미세근섬유(microfilament)

중간미세근섬유(indtermediate filament)

미세소관(microtuble)

- 근육구성단백질

액턴(actin)

마이오신(myosin)

- 중간미세근섬유 약 100 Å의직경

(미세근섬유와미세소관의중간의두께) 구조형성에만관여 인간의유전체에는 50개이상의

중간미세근섬유유전자를포함-핵내막을덮은섬유로핵성라민을발현

바이멘틴, 데스민, 케라틴, 신경교의원섬유의

산성단백질및 신경섬유단백질로구성- 특별한모양을가지고내부의세포소단위체를움직이는능력: 엑턴섬유미세소관 중간미세근섬유로구성된세포골격

화학기계변환(chemomechenical transduction)

- 화학에너지 ATP가기계적인일로조절된이전

- 엑턴, 튜뷸린, 부속단백질(마이오신, 다이네인)

화학기계적인운동에연계필요

분자모터단백질

1. 근육체계와골격근육의구조

- 신축운동의세포· 골격근육: 마이오신과엑턴근섬유의배열 뼈의움직임

· 심장근육: 골격근육과유사 분자극성특수마디가심장박동기에자극

· 평활근: 끝이가늘어진세포, 단일핵 소화기, 호흡기

· 근상피성근육: 적은뭉치가기관포장의판형, 외부적으로신경자극활동 분비물배출, 홍채

골격근육의구성(근원섬유)

- 근육세포의다발(근세포)로구성

- 미세근섬유의모음인섬유다발로구성

근원섬유 원통형 10-100μm직경의세포

- 근원섬유는세로로융합되어

근모세포의연장, 2000개의핵을포함

- 많은마이오미세근섬유로구성

개개의섬유는근형질(sarcoplasm)으로포장

마이오미세근섬유의구성

- 엷은마이오미세근섬유: 엑턴분자의중합체

- 두터운마이오미세근섬유: 마이오신의집합체

- 마이오미세근섬유 = 미세근섬유

근육섬유의내부구성

- 근소포체(sarcoplamic reticulum) 관들이세로로그물모양을가짐 Ca2+에대한투과성의변화는 자극-수축의연결에필수

- 근소포체를교차하는세로축에수평인관(미세소관) 근소포체에서 Ca2+을배출시키기위해 세포막의분극화와연결

- 마이토콘드리아포함 세로로놓인 연장된소포체 같은 구조로존재 세포질의칼슘농도조절 Ca2+ 펌프를위해많은 양의 고에너지공급에 유리

- 골격근육섬유 긴 원통형근원섬유(직경1000~2000nm), 엷은 마이오미세근섬유(6~7nm)와두터운미세근섬유(15~16nm)로구성

(1) 근원섬유- 골격근육은띠(band)를포함 두텁고엷은마이오미세근섬유가겹쳐서나타남 섬유의사이는움직이는연결교(cross-bridge)가됨

- 엷은미세근섬유의각 한쪽의끝은 Z-선 중심지역은엑턴, α-엑티닌을포함함 Z선주변에는주로엑턴, 데스민, 적은양의바이멘틴, 필라민, 시네민포함

- 섬유의길이는엑턴의중합반응을조절하는β-엑티닌에의해서조절

- 중간섬유의단백질(바이멘틴, 시네민)인데스민은한Z선에서다음근원섬유직경에걸쳐연장되어그물모양조직형성

- 그물모양연결 데스민이근섬유막의접착에도움, 근섬유분절(sarcomere)의정렬을유지

- Z선의양편에낮은전자밀도의지역과 I띠 엷은섬유에의해형성

- 한 Z선에서다른띠의연장으로만들어진근섬유분절 평형을달리는홈이있는미세근섬유의기능성기본단위

- 엷은미세근섬유의말단사이의지역 H띠- 두터운마이오미세근섬유에해당하는 A띠는 Z선사이에놓임

- 마이오네신 M선은크레아틴인산화효소의활성지역 중간섬유단백질은 Z선 정렬유지

(2) 엷은마이오미세근섬유- 공모양의 G-엑턴분자의중합체 골격근육 G-엑턴은 375aa, 73번째의위치,

N3-메틸히스티딘을가짐- 심장과골격근육엑턴 17위치에발린을가짐(다른엑턴과구분) 필수아미노산(루신, 아이소루신, 트레오닌)들이분자의내부를차지

- G-엑턴단위체 직선의섬유상 F-엑턴섬유로중합 엷은섬유에서두 엑턴의사슬이오른쪽으로도는이중나선을만듦

소수성작용과이온결합이관여

- F-엑턴: 생리적인조건에서 2가양이온인Mg2+에의해서안정화

- G-엑턴단위체 한 개의 ATP분자포함

- G-엑턴의중합 F-엑턴이될 때 탈인산화되어 ADP가얻어짐

- 엷은마이오미세근섬유의주된성분 엑턴 조절단백질: 트로포닌, 트로포마이오신

트로포마이오신

- 분자량 68000, 꼬인코일의 α-나선의이종이량체- F-엑턴섬유에서두 세로로굴곡을갖는끝과끝에놓임

- 각각은 40nm길이- 7개의 G-엑턴단위체에걸쳐놓임- 마이오신이엑턴에부착하지못하게하는기능

트로포닌

- 분자량 76000, 동등하지않은삼량체- TnC, TnI 및 TnT 비공유결합으로부착- TnT는트로포마이오신에붙고 TnC에부착- TnI는 TnC에붙고엑턴에부착- TnC: 구조적으로나기능적으로칼모듈린과비슷,

4개의칼슘이온부착, 휴지기간에는두 부착지역을차지

- Ca2+이 TnC에부착: 마이오신부착지역에서트로포마이오신방해작용을반대로하게함 근육이수축되도록허용

- TnI: 179개의아미노산잔기를가진폴리펩타이드, 엑턴부착지역 염기성아미노산이대부분

- TnT: 37,000D, 259잔기의아미노산들의반 정도는세포안에서하전을띠고있음 음하전을띠는그룹은 N-말단에, 양하전을띠는그룹은 C-말단근처에있음

- TnC: 18,000D, 159개의아미노산중에서아스파트산과글루탐산이우세

- TnT TnI는 cAMP에좌우되는단백질인산화효소에의해인산화

- 심장근육에서엑토마이오신 ATPase 활성을낮춤

(3) 두터운마이오미세근섬유- 마이오신: 전체골격근육의반을차지, 낮은 ATPase활성, 엑턴에부착으로 ATPase활성수백배증가

- MW 500,000, 6단위체의단백질로 2개의큰 사슬(200,000D), 4개의작은사슬 (16,000~200,000D) 가벼운사슬의크기는마이오신출처에따라

- 전체길이의반은무거운사슬의 α-나선으로꼬인코일, 단단하고불용성인꼬리를가짐

- N-말단의나머지반의사슬은공모양의머리 두 개의작은펩타이드 엷은마이오미세근섬유와상호작용은물론

ATP가수분해활성지역을보유

마이오신의분자구조

- 마이오신은지역2가파파인에의해쉽게절단 S1조각의머리부분과거의완벽한꼬리배출

- 트립신처리 지역1의절단 무거운메로마이신(HMM, 350,000D)

가벼운메로마이신(LMM, 125,000D)- S2조각 LMM에비교해서신축성보유 LMM과상호작용없음 머리부분은마이오신근섬유에서멀리떨어져흔들리게됨

- 트립신의가수분해지역 165잔기의길이를갖는돌쩌귀지역 근육수축시 힘을발생

마이오신의특성: 힘을생성하는원인

- 엑턴에단단히결합- ATPase의활성- “필수적인사슬”(가벼운사슬을배제시켜도엑턴활성화된 ATPase활성)

- 알칼리에노출시킬때 배출되는가벼운사슬 알칼리가벼운사슬

- DTNB사슬(DTNB에의해서배출)- 조절능력을갖는가벼운사슬의큰 쪽 부분 목부분

- 마이오신의생리적으로활성화된형태 두터운미세근섬유

- 머리들이바깥쪽으로붙어있으며전체길이 1.6μm 꼬리들과밀착되어한 묶음

- 축의중앙에머리부분이없음섬유는양쪽끝으로성장

- 섬유의조립: 마이오신꼬리의특성과 LMM 부분의많은아미노산의순서가다섯

펩타이드의반복에좌우됨

2. 근육단백질의다중유전자가족

- 엑토마이오신과관련단백질 다중형의동형(isoform) 존재

- 사람의유전체 20개의엑턴유전자분포, 골격근육엑턴(염색체1), 심장근육엑턴(염색체15)

- β-엑턴(평활근), γ-엑턴(비근육엑턴섬유)- 마이오신무거운사슬(MHC)의유전자 염색체 17에위치

- 두 개의 MHC가심장근육에서나타나고, 배아근육, 신생아근육, 빠른섬유, 느린섬유 서로다른일차구조를가지고나타남

- 쥐: 세 개의유전자자리에서 TnT의코드화, FT와ST섬유에서그리고심장근육에서다르게발현

- 3개의기능적으로분명한마이오신 포유류의심장근육에, 4개는포유류의골격근육

- 엑턴의 1차구조: 많은돌연변이허용

몇 개의특수한부착지역(보존됨)

- TnT의유전자사이에는상당한비동위성서열이존재

근육운동의메커니즘

- 근육의수축시에근섬유분절의단축- 연결교가설: 수축과정 두터운그리고엷은미세근섬유사이에서연결교의형성

- 긴장이교각에서발생 근섬유분절의각 말단에서엷은미세근섬유의두 배열이서로를향해끌어당김

- 최대의힘은근육이생성하는연결교의수와관련된근육에의해서발생

- 두터운그리고엷은미세근섬유의포개지는정도가감소하면서나타나는최대의같은크기의긴장을줄이게됨

- 미끄러짐이일어나기위하여 지속적인연결교의생성및 파괴 연결교회로의되풀이

근육수축활성의과정

- 수축되는동안근형질칼슘의농도가0.05μmol/L에서 ~5μmol/L 으로증가 α-모터뉴런의자극이나직접적인전기충격에의해서발생

- 골격근육에서척수의나팔세포로부터만들어진

작동전위 아세틸콜린을모터말단-평판의

신경후연접부에분비시키도록자극

- 신경후연접부의아세틸콜린은근섬유를따라급속히전달되는근육작동전위를일으킴

- 탈분극작용 근소포체에서 Ca2+의배출

- 근소포체안쪽에서바깥쪽으로형성된칼슘농도기울기 104~105:1의 유출속도의증가

- 카페인독성: 메틸잔틴(카페인) 근소포체로부터 Ca2+의분비를촉진 움직임의크기와기간을증가, 높은카페인농도 Ca2+의분비는탈분극작용이없이배출 칼슘의급격한감축 근육의경련

- 빠른섬유의칼슘농도:(1) 빠른미세근섬유 많은칼슘의저장 표면적과칼슘취득이증가

(2) Ca2+-ATPase의높은활성(3) 칼슘펌프의입자의수가증가(4) 주된세포질 Ca2+-완충단백질인파브알부민의높은농도

(5) 칼슘을근소포체로돌리는것을빨리하게됨 수축이완속도의증가

ATP-칼슘펌프(근소포체)

- 분자량 100,000D, 세포막단백질의 60~70%, 30개의인지질필요

- 폴리펩타이드의극성지역 세포질까지확장비극성지역은세포막에서감추어짐

- ATP부착과가수분해 세포질 1mol의 ATP가수분해 2mol Ca2+을근소포체로운송되어들어감

- 펌프단백질 Pi농도가높을때 Pi에의해서인산화 Ca2+의농도기울기감소 ADP + Pi ATP후진방향으로

칼시퀘스트린

- 근소포체의단백질에서 10~20% 차지- Ca2+에낮은부착능력그러나칼시퀘스트린이풍부하고근소포체내부표면의가능한위치때문에칼슘의받이로기능 세포막의칼슘수용능력의증가

마이오신-엑턴의구조변화

- 근소포체의칼슘농도증가 엷은미세근섬유의 TnC에대한

Ca2+부착능력의증가- TnC의칼슘부착지역의포화 Tnc의굉장한구조변화

- 입체구조의변화 트로포마이오신이엑턴과마이오신간의부착을가능하게함 기능성엑턴-마이오신연결교의형성 근육수축의활성화

회전-머리모델

- 움직임의힘 마이오신머리와두터운미세근섬유표면과의각도의변화에의해서생성

- 연결교의회전시마다관찰된 10~12nm의움직임 머리와두터운미세근섬유사이의각도가 90o가

되어야가능 다음연결교의마지막에 45o로변해야한다. 그러나각도의변화가얻어지지못함

S2 수축모델

- 연결교의형성 두터운미세근섬유의표면에서S2지역이배출되도록자극하게된다

- 돌쩌귀지역이두터운미세근섬유의표면에부착 빠른나선코일의변형발생 단축과힘이얻어지고 α-나선의입체모양이부자연스럽게만들게됨

- 돌쩌귀지역의 α-나선에서나선-코일의변이로발생되는힘의양은수축하는근육에서예상되는각연결교에의해서얻어지는긴장과거의같음

화학기계적인변환

- ATP의가수분해와마이오미세근섬유움직임과관계- S2수축모델적용가능- 90o의상태 마이오신이엑턴과의부착은미약하고부착되지않은그리고엑턴에부착된마이오신사이의빠른평형은초기에 연결교가만들어지는마이오신의상태에해당

- 마이오신엑턴에 45o로부착 부착이강하고일을하게된 마이오신입체구조생성

마이오신연결교회로의단계

- 1단계: 마이오신에 ATP부착 가수분해로로얻어진생성물은마이오신에

(M-ADP-Pi)로부착되어남아있음 복합체의재배치로 [M-ADP-Pi]를얻게 됨

- 2단계: 엑턴에 대한 마이오신의친화력의증가45o상태의마이오신입체구조선호 10~12nm의이동 연결교는미세근섬유운동의속도에의해 얻어진입체구조변화

연결교가일하게 됨- 3단계: ATP가마이오신머리에다시 부착, 약한 부착상태의 (90o)로되돌아감

- 사후강직: ATP의고갈로연결교의파괴가불가능한상태

에너지의출처와운동의조절

1. 에너지의출처

- 근육수축: 마이오신의 ATPase ATP의가수분해 ATP의재합성에의해서공급

- 각 연결교회로에서한 개의 ATP분자의가수분해필요- 쉬고있는근육에서 Ca2+펌프 근육에너지소비의 7%

- 격렬한수축운동 50~100배의 ATP 소비발생- 근육수축에너지대부분 중간대사- 느린섬유(ST, I형) 높은산화성능력을가짐- 지방산의 β-산화 지속적인연장된일 TCA회로, 전자전달사슬활용

- 보통사람 800 km 달리는데필요한에너지 보유 트라이아실글리세롤을지방산으로전환

- 글라이코젠으로 32 km 더 달릴 수 있고, 간의 글라이코젠 5km 더 달림

- 느린섬유 장시간운동 마라톤, 크로스 칸트리 연장된운동에중요

- 지속적인운동 글라이코젠소실 지방산의산화가 주된 에너지

- 빠른섬유 근육과간에 저장된 해당과정에의존, 글루코스신생합성 글루코스 해당과정

- 운동으로얻어진젓산 산화성섬유에서세포막의투과성에제한

- 젓산의유출 농도가 10mmol/L 이하일때 가능- 남아있는젓산 글리세알데하이드-3-인산탈수소효소의단계에서해당과정을방해

- 산화성인산화를자극시키는 NAD+/NADH의비율유지 산화환원-완충용액으로행동

- 대부분이젓산높은산화성능력을갖는세포로확산

- 강력한운동근육의 pH 7.0-7.1에서 6.4-6.5로감소젓산의농도1.1mmol/L 30mmol/L 로 증가

- 집중적인운동에의한피로 pH의감소

- 아미노산대사: α-케토글루탈산같은 TCA회로의중간체 탄수화물이나지질의산화를계속도와줌

- 퓨린뉴클레오타이드: 집중적인수축과정 아데닐산탈아미노화효소 빠른섬유에서 AMP IMP로바뀌는반응

(1) IMP로전환시킴으로 AMP의축적을방지(2) 세포에서아데노신의상실을방지(뉴클레오사이드만세포막투과)

아데닐산탈아미노화효소

- 결핍시: 운동중에암모니아생성불가능 질병의진단방법으로쓰임

- 심장에서 AMP의축적 국소빈혈의증상- 분비되는아데노신 관상동맥관구조에서강력한확장물질로작용

- 심장근육층 골격근육에서보다적은아데닐산탈아미노화효소의활성을가짐

- 심장근육에서아데노신손실 산소치료와관상동맥확장물질에감응하지않음,

ATP농도감소- 림파구에서아데닐산탈아미노화효소의결핍 심각한면역결핍증

- 마이토콘드리아와마이오근섬유의 ATPase 사이에서에너지이동 인산크레아틴으로매개

- 마이토콘드리아호흡자극 ATP 배출 ATP로부터인산크레아틴생성

- 크레아틴인산화효소 ATP + 크레아틴생성- 크레아틴의증가 근육활동증가시 호흡의자극- 인산크레아틴 세포내에서에너지저장물로도기능

- 단기간에갑자기소요되는에너지

2. 인산크레아틴의왕복체계

크레아틴인산화효소

- 분자량 40,000, 이량체의단배질

- 뇌의동위효소: B-소단위체의이량체

- 골격근육: M-소단위체의동종이량체

- 심장근육: 80-85% MM, 15-20% MB

- 응용: 전체크레아틴인산화효소와크레아틴인산화효소-2(MB)

혈청에서농도측정 심근파열된환자의심근손상의정도진단

3. 근육수축운동의조절

- Ca2+의증가 골격, 심장, 평활근, 비근육엑턴수축의시작

- 수축의조절에서차이 내인성- 골격근육, 심장근육:

(1) 트로포마이오신엑턴에부착 연결교형성 방해(2) 근소포체에서 Ca2+의증가 연결교형성 수축이일어나기위하여 “엑턴이연결”

- 평활근마이오신의가벼운사슬의칼슘에좌우되는인산화 마이오신을엑턴-활성화된 Mg2+-ATPase로변경 “마이오신과연결”

- 수축조절의주된메커니즘: 골격근육, 심장근육에서마이오신과엑턴의

상호작용에 Ca2+의영향 평활근과비근육체계에서칼슘-자극에의한

마이오신가벼운사슬의인산화

- 골격근육의근소포체로부터 Ca2+의분비는작동전위에대한감응에의해일어남 특수한세포막의구조는전압에민감한 Ca2+

분비메커니즘의발생지역- 칼슘 “방아쇠”라 부르는근세포원형질의칼슘농도의초기증가 근소포체의 Ca2+투과성을증가시키도록자극

심장근육층에서칼슘의분비

- 작동전위가높게평평하게유지되는동안현저한양의칼슘이섬유내부로진입 칼슘은자극제로기능

- 노아에피네프린 아데닐산고리화효소의활성화 cAMP의증가 cAMP에좌우되는 단백질인산화효소의활성화 Ca2+의통로단백질의인산화 통로의전압에대한감수성의증가, 활성화 근소포체에서 Ca2+의분비증가

- 가벼운사슬에칼슘의부착 엑턴부착의증가 긴장의축적

평활근에서칼슘의분비

- 세포막의전위차와수축과연결 전위차에좌우되는 Ca2+통로에의해중재

- 평활근에서통로의크기가적고, 표면에대한부피의비율이크기때문에 세포의 Ca2+

유입허용 세포질 Ca2+농도에비교적큰 영향- Ca2+유입 방아쇠칼슘으로가능- 혈관의평활근수축 세포외부에 Ca2+에좌우- Ca2+통로를선택적으로막는물질:

verapamil, nifedipine, diltiazem 세포를이완시켜혈압을낮춤

4. 근육과관련된유전병

- 역동적인증후군(dynamic syndrome) 힘을사용할때 일어나는증상, 근육의퇴화

- 근육의수축운동후에유출되는혈액 젓산낮은농도,

- 산화적인산화장애 높은젓산- 근육의가인산분해효소의결핍환자 글루코스주입증상완하

- 마비성중증근무력증: 자동면역장애로, 모터끝평판에아세틸콜린수용체의수가항수용체항체에의해감소되어나타남 신경근육전달단백질의결손

- Duchenne형근육장애: 비정상적인 DMD유전자에의해서나타남 정상적인 DMD유전자는다이스트로핀단백질

코드 마이오섬유의구조, 기능의복합적인상태유지

12.2 홀몬의 생화학

홀몬의발견

- 다중세포생물체의생존

분화된세포기능의조정과상호협력에따라좌우내외적인상황에대한형태적, 생리적상태를

안정된범위내로유지하려는성질

항상성(homeostasis)

- 항상성조건을파괴시키려는외부위협에대해

세포가수용체중계로다른세포에신호전달 화학신호로세포간의의사소통

- 화학신호전달체: 신경전달물질, 홀몬

- 신경전달물질:

신경단위(neuron)에서다른신경단위

짧은거리의목표- 홀몬 혈액을통하여먼 목표의세포에정보전달- 세포의틈 사이에배출

내분비(endocrine)(어떤홀몬은관을통하여외부환경에배출, 스테로이드, 프로스타글렌딘)

- 신경계와내분비체계 몇몇신호전달체를공통으로사용(노아에피네프린, 도파민)

- 홀몬 그리스어의 hormaein(들뜸)으로유래

홀몬의종류와분자구조

(1) 아민홀몬

(2) 펩타이드, 단백질및 당단백질홀몬

(3) 스테로이드홀몬

(4) 에이코사노이드

- 아미노산에서유래- 모든 아민홀몬은신경계의안팎에서합성, 탈카복실화됨(흉선홀몬제외)

- 신경계내부에서중요한 신경전달물질, 신경계의외부에서합성하는세포 변형된후부연접부뉴런, 혈액유도세포, 아민전구체동화 및 탈카복실화세포

- 특수수용체지역을 통하여영향- 하위형태의상대 홀몬을 가짐- 평활근의활성에 빠른 체계적인영향(T3제외)- 친수성 수용체가목표세포외부표면에존재- 대부분의아민홀몬의영향은세포내의이차전달체에의해서전달

1. 아민홀몬

2. 펩타이드및 단백질홀몬

- 발생학적으로내배엽또는외배엽으로부터유도

- 3~200개아미노산의펩타이드

40개이상의홀몬

- N-말단에선도서열(신호펩타이드)을가지고큰

크기의전전구홀몬(preprohormone)으로합성

- 소포체의내강에진입하면서제거

전구홀몬(prohormone)

전사후과정거쳐골지체에의해서포장 분비형작은알갱이

인슐린의전사후변형

- 전전구인슐린: 23개아미노산선도서열제거- 두 쌍의염기성잔기를가지게되며,

C-펩타이드로배출- 전구홀몬의주된조각은활성이있거나또는불활성이거나칼슘에좌우되는세포외유출작용에의해밖으로배출됨

성장억제홀몬

- 시상하부(hypothalamus)에서합성

혈액을통하여운반되어전방의뇌하수체(anterior pituitary)로보내짐

성장홀몬의분비억제- 신경연접부로분비될때 방해성신경전달물질로기능

- 췌장섬세포에서분비되는성장억제홀몬

인슐린과글루카곤의분비방해- 소화기장내의점막질에서만들어지는성장억제홀몬

게스트린, 시크리틴, 소화기방해펩타이드(GIP)의

분비를지역적으로방해

펩타이드홀몬가족

- 오피오멜라노코틴(opiomelanocortin)가족:엔돌핀, 아데노신부신피질자극홀몬(ACTH-SH)

- 체유선발육홀몬(somatomammotropin)가족: 성장홀몬(GH), 황체자극홀몬(prolactin)

- 인슐린가족: 인슐린, 인슐린같은성장인자, 소마토메딘, 릴렉신

- 시크리틴가족: 시크리틴, 글루카곤, 글라이센틴, 소화기방해폴리펩타이드

홀몬의구조와기능의진화

- α-짝지움인자: 효모에서생식성페로몬으로기능

80%의아미노산의순서가일치

생식선자극홀몬-분비홀몬(gonadotropin Gn RH)

경골어유로텐신 I과 관련, 양서류의쇼베진의

구조와유사

- 포유동물에투여시

고혈압발생, 혈관확장과부신피질자극홀몬분비

3. 스테로이드홀몬

- 엔드로젠(C19)- 에스트로젠(C18)- 프로제스틴(C21)- 코티코스테로이드(C21)- 콜레스테롤로부터합성되고, 적어도한 개의펩타이드홀몬에의해서조절되는중배엽-유도세포에의해서만들어짐

- 간에서황산염, 글룩유론산첨가 용해도나활성이없음 부착혈청단백질을준비 용해

- 혈액에서스테로이드를운반시키는세 가지단백질· 알부민: 비특이성, 광범위한수용능력· 코티코스테로이드-부착글로뷸린(CBG) 코티솔에높은부착력

· 테스토스테론-에스트라다이올-부착글로뷸린(TeBG) 성스테로이드특이하게작용, 안드로젠우선부착

- 스테로이드대사 간에서물질부착기능상실- 스테로이드홀몬을구강투여시 효과없음

구강투여시 활성이있는홀몬을만들어냄

- 코티솔의위치1 이중결합도입

프레드니솔론(활성유지)

- 에스트라다이올에 17α-에티닐그룹도입

에티닐에스트라다이올

- 테스토스테론의 19C의제거 프로제스틴

홀몬의조절과수용체

- 목표세포 홀몬을선택적으로부착하고인식할수 있는특수한수용체를가짐

- 한 개의홀몬에한 가지의수용체(또는한 개 이상의수용체) 수용체의수 10,000~100,000 이상

- 부착특이성(효소): 홀몬은열쇠, 수용체는자물쇠- 수용체 홀몬에좌우되는조절단백질 세포내부의효소체계와연결

홀몬에대한수용체의수

- 홀몬의세포에얼마나감응되는지에따라영향(1) 세포의유전자형이수용체의합성을할 수있는지, 수요체의수, 형태를결정

(2) 세포의발육상태에따라수용체의수가좌우(3) 홀몬자체가수용체의수의조절자가됨조절은대응조절과비정형조절을함

- 대응조절:홀몬이자기자신의수용체의수에영향을줄 수있을때 일어남

- 수의감소, “감소조절” 목표세포가항상상향된수준의홀몬에노출될때 일어남, 세포가과도한홀몬자극에대한세포자신을보호하기위함예) 인슐린, 카테콜아민, 생식선자극홀몬분비홀몬, 내부적인진통제, 상피세포성장인자

- 증가조절 수용체수의증가 항체자극홀몬

- 비정형조절:어떤홀몬이다른홀몬의활동에도영향을줄 때나타나는메커니즘

- 어떤홀몬은다른홀몬의수용체의생성을감소- 비정형홀몬에의해수용체의수의증가 에스트로젠은프로제스테론, 옥시토신,

항체형성홀몬(LH)의수용체수를증가시킴

- 홀몬의수용체: 세포에서위치와부착되는홀몬의형태에근거해서세 가지형태로구분됨· 세포내부에진입한다음 T3(triiodotyronine)을부착하는핵수용체

· 세포질수용체: 세포에확산에의해내부로들어온스테로이드홀몬부착

· 세포에진입되지못하는수용성홀몬을받아들이는세포표면의수용체

1. 핵수용체

- 갑상선홀몬인 T3

목표세포의핵에수용체를갖는유일한홀몬 비히스톤, 산성단백질(MW 50,000) 연결된 DNA조각과복합체를만듦

- T3부착 mRNA합성이증가 라이보솜에서많은단백질번역

- 수용체는 T4보다 T3에 10배나더 강력히부착, 상당수의흉선목표세포 세포질에서 T4

T3로변형

2. 세포질수용체

- 스테로이드홀몬 목표세포내부에수용성수용체를가짐, 수용성단백질(MW 70,000~100,000)로존재

- 세포질에서홀몬이 수용체에부착 스테로이드-수용체복합체는핵으로이동 홀몬수용체복합체는수납체(acceptor)라고부르는크로마틴부착단백질에부착

- 수납체는크로마틴의연결DNA에있는 산성단백질 홀몬부착지역에서멀리 떨어진지역의홀몬-수용체복합체에부착

- 수납체에의해 조절되는특수한유전자의발현을조절(예: 글루코코티코이드 유전자발현이억제)

- 크로마틴홀몬-수용체복합체의해리 복합체는핵을 떠남

3. 세포표면수용체

- 수용체가세포표면의원형질막에붙박이된수용체들에의해확인, 홀몬감지지역이세포표면에노출

- 세포표면의 3종류의수용체· 세포막에내재 아데닐산고리화효소복합체 세포내부인산화

· 세포막에부착된단백질인산화효소 내부인산화

· 세포막에부착된포스파디딜이노시톨-4,5-이인산(PIP2)의인산다이에스터레이스 세포내부이온화된칼슘의수준에영향

이차신호전달체

- 칼슘, cAMP 상승효과, 인슐린 아데닐산고리화효소처럼세포내부로신호 전달

- 타이로신인산화효소 발암성유전자가발현- 이노시톨-1,4,5-삼인산(IP3)와다이아실글리세롤 칼슘조절에영향을주는 체계와관련

- 3’5’-고리형구아노신일인산(cGMP) 좌우되는단백질인산화효소가많은 세포에존재

- cAMP의합성 아데닐산고리화효소 생리적인감응에 대한 특이성, 세포표면의수용체, 아데닐산고리화효소체계에좌우

- Rs와 Ri 수용체 단백질 Gs와 Gi 각각에 의해서중계- G-단백질 Gs, Gi, 트렌스듀신(눈의레티나에서빛에의한 활성화 cGMP인산다이에스터레이스구성성분)

4. 내분비체계의구성

- 신경계: · 절박한혼란상황에대처하려는생리적과정의지원 글루코스의지속적공급에의존

· 글루코스의순환되는수준이여러가지홀몬들의조절하에놓이게됨

· 신경계의성숙 흉선홀몬에의해조절· 시상하부펩타이드나부신수질홀몬 신경계에좌우

- 내분비계: 더욱지속되고정밀하게조정됨으로장기적인대비

내분비체계의조직

- 첫 번째수준: 신경세포유도 신경계연결유지 시상하부, 부신수질, 갑상선 C-세포, 위나장의크롬친화성세포 펩타이드와아민홀몬생성 빠른공격이나단기간의영향에대처

- 두 번째: 뇌하수체, 부갑상선, 췌장의섬 신경계변화에의존, 뇌하수체 신경계의존, 췌장의섬, 부갑상선 신경신호없음

- 세 번째: 내분비조직 부신피질, 갑상선소포, 생식선 뇌하수체홀몬의자극에좌우 간접적으로시상하부에의해좌우 신경계좌우

홀몬과비만

- 사람의지방세포에서만만들어지는렙틴(leptin)단백질의발현 체지방함량에따라반비례 비만은렙틴이적을때나타나는현상

- 비만은 “렙틴에대한 저항성” 뇌에서렙틴수용체감소 식욕자극, 지방축적

- 인슐린의수용체뇌하수체에존재 렙틴수용체와같이작용하여뉴로펩타이드 Y의분비억제

- 식욕자극홀몬그렐린(ghrelin)(공복시분비)

- 위장에서는식욕억제홀몬인 PYY3-36의분비- 글렐린은단독으로식욕촉진 렙틴, 인슐린, PYY3-36은뇌하수체로부터

뉴로펩타이드 Y의분비조절 식욕저하

- 지방세포에서는레지스틴이라는홀몬분비 인슐린작용의억제 당뇨의반대효과의티아졸리딘다이올 레지스틴의생산감소

- 복부지방에서합성 II형당뇨와관계

12.3 생체감각의생화학

오감의체계

- 생리적인활동을내외부에서로연결시키는작용 생체감각체계를통하여이루어짐

- 진화하는동안에위기상황의인식이나전달방법 시각, 청각, 후각, 미각및 촉각

- 감각체계: 종에따라발전또는퇴화- 사람의감각체계: 신호감지기능을넘어마음을기쁘게하고누리는삶의질의향상 문화적혜택

- 청각: 공격에대한감지장치 적을구별- 인류의사소통을위하여언어를발전- 음의복잡한조화를들어서기쁜음악으로기억시킴- 후각: 느낌이좋은냄새 긍정적으로어렸을적의감정적인순간의 기억을

자극- 후각상실 경고성신호감지불능개의후각상피세포 사람보다 4배큼

- 미각: 독성물질과음식물을비교 쓴맛,

부패한식품을피하고기본적인영양을보충해줌 즐기고느낄수 있도록하여생활을풍부하게해 줌

- 기계적인충격, 온도변화공기압 적을인지

- 후각, 미각, 시각

단백질수용체를이용하는 7TM수용체

- 청각, 기계적인충격, 압력 이온통로를활용

후각, 시각및 맛의체계

1. 후각의원리

- 후각수용체: 물고기는적은수용체, 쥐-100개, 사람은쥐보다적음

- 후각수용체는한 개 형태의냄새수용체를가짐 제한된수만감지

- 후각수용체세포는신경과정을통하여뇌의주된후각지역에있는미세부위의후각구근에신호 후각수용체의활성화 사구체를통하여뇌에전달

- 후각정보처리 복합적인구도를형성 냄새의기억을회상

- 엑셀과버크: 후각수용체의큰 가족이 G-단백질-연계된수용체들에속함

- 냄새물질의부착 수용체단백질의입체모양의변경 G-단백질의활성화

- 같은형태의수용체를갖는수용체세포 같은사구체에집중확인 사수체의놀랄만한특이성

- 사구체 다음단계의신경세포와의수준,

승모판세포접촉확인 각 승모판세포는한 개의사구체부터로만활성화

2. 후각수용체의유전자

- 엑셀과버크사람유전자의 3%를차지하는후각수용체

유전자를밝혀냄- 후각수용체세포에 1,000개의다른유전자밝혀짐 후각수용체수만큼많은형태의후각수용체를갖는세포들이존재

- 냄새는복잡한냄새분자로구성 냄새의무늬모양을형성하는조합의코드가됨 10,000가지다른냄새를기억

3. 시각의감각체계

- 광수용체: · 밝은빛과색상을감지하는 3백만개의고깔모양세포· 희미한흑백의색깔구별 10억개의막대모양의세포

- 막대세포의광수용체: 옵신단백질과 11-시스-레티널결합 로돕신에의해서기능

- 옵신단백질 7TM수용체단백질의광수용체로기능

- 색상을감지하는기능은 11-시스-레티널에서수행 알데하이드그룹 옵신단백질의라이신의 ε-아미노그룹과쉬프염기를만듦

4. 시각의메커니즘

- 빛의흡수에의한 11-시스레티널의이성화 all 트렌스-레티널로변화

- 빛의광자 쉬프염기질소원자를이성화시킴으로써탄소결합의회전과동시에아랫쪽에서윗쪽으로 5Å 정도위치의변경을유도

- 초기의로돕신분자 베도로돕신 빛의활성화로 메타로돕신II로변경 리간드가부착된 7TM수용체 신호를세포내부로작용

- 로돕신에부착된 G-단백질복합체를트렌스듀신- α-소단위체의 GDP가 GTP로바뀜, β,γ-소단위체는 α-소단위체와분리

- α-소단위체에방해제부착cGMP인산다이에스터레이스활성화 cGMP 가수분해 GMP

- cGMP-개폐이온통로는주변에 cGMP를공급하면서농도가급감 세포막의초극성화를가능하게하여 증폭된 신호를시신경에전달

5. 맛의감지체계

- 짠맛(Na+), 단맛(글루코스, 설탕) 냄새확인못함- 우마미맛(맛나니) 글루탐산과아스파트산- 쓴맛 퀴닌- 신맛 H+

- 맛은혀의미각아 감각의누런 미세융모에의해서감지

- 맛의물질에대한자극 감각뉴런을통해운송 전기적인펄스 뇌에전달

6. 맛의전달메커니즘

- 7TM수용체 단맛과쓴맛의감지에관여- 미각아에서특수한 G-단백질의 α-소단위체, 거스트듀신(gustducin)의유전자발현

- 7TM수용체유전자 T2R1- 많은맛을갖는물질 같은신경세포자극- 단맛과우마미맛 이종이량체의 7TM수용체에의해서수행단맛의맛-수용체세포 T1R1, T1R2 및 T1R3

- 우마미맛수용체 T1R1, T1R3

- 짠맛 소듐이온의이온통로를통하여전달- 소듐이온통로는 4개의소단위체로구성 짠맛을무력화시키는기능의아밀로라이드(amyloride)-민감한 Na+통로

두 개의나선형소단위체가세포막에내재- 신맛의감지 이온통로와상호작용 수소이온의이동 전류생성 감각뉴런의세포막을극성화 전위차발생

- 매운맛, 뜨거운맛 감촉의인지메커니즘과같음

청각과촉각의체계

- 사람주파수 200~20,000Hz 소리청취가능- 시간으로 5~0.05ms에해당- 포유동물은두 귀로소리감지: 거리의예측,감지시간의차이가 0.7ms면감지가능

- 사람은 0.02ms의짧은지연된시간도감지- 소리의파동 달팽이관의액체가채워진막주머니인와우각(cochlea)의내부에서측정

특정한뉴런 16,000개의머리카락모양의

세포(hair cell)를가짐

- 각 머리카락모양의세포마다 20~300개의부동섬모(stereocilia)로구성

- 소리의파동은머리카락모양세포막에전위차발생 머리카락묶음이 3Å 움직일때 세포막전위차발생 이온통로에영향

- 감촉: 피부가느끼는압력이나온도에의한자극 아밀로라이드-민감한 Na+ 이온통로관여

- 높은온도, 산 등에의한고통의느낌은다른전달체계활용 피부로부터고통의신호 척추의고통처리체계 뇌에전달

- 뉴런의노시셉터(nociceptor) 고추의맛 켑사이신 바닐로이드수용체1을이용하여고통전달