골격근의 구조와 수축(근육 원섬유 마디)

핵심 정리

골격근은 뼈에 붙어 몸을 움직이는 근육이다. 골격근은 여러 근육 섬유로 이루어지고, 근육 섬유 하나에는 근육 원섬유 여러 개가 들어 있다. 근육 원섬유에는 굵은 필라멘트인 마이오신과 가는 필라멘트인 액틴이 배열되어 있으며, 일부 구간에서 두 필라멘트가 겹친다. 이 배열 때문에 현미경으로 보면 밝은 띠와 어두운 띠가 되풀이되는 가로무늬가 나타난다. 밝은 띠의 가운데를 가로지르는 선이 Z선이며, Z선과 Z선 사이가 근육 원섬유 마디다. 근육 원섬유 마디는 근육 수축의 기본 단위다.

골격근이 수축하면 근육 원섬유 마디의 길이는 짧아진다. 이때 액틴과 마이오신 필라멘트 자체의 길이는 변하지 않는다. 액틴 필라멘트의 길이는 변하지 않고, 마이오신 필라멘트의 길이도 변하지 않는다. 수축할 때 달라지는 것은 두 필라멘트가 겹치는 정도다. 액틴이 마이오신 사이로 미끄러져 들어가면 겹치는 구간이 길어진다. 그 결과 Z선 사이의 거리가 줄어 마디가 짧아진다. 이 과정에는 ATP의 에너지가 사용된다.

마디 안의 구간마다 들어 있는 필라멘트가 다르다. 밝은 부분인 명대(I대)의 가운데에는 Z선이 있고, Z선에 가까운 부분에는 액틴 필라멘트만 있다. 어두운 부분인 암대(A대)는 마이오신 필라멘트 전체에 해당하며, 그중 일부 구간에서는 액틴 필라멘트와 마이오신 필라멘트가 겹친다. 암대의 가운데에 있는 H대에는 마이오신 필라멘트만 있다. 근육이 수축하면 H대의 길이는 짧아진다.

자세히

근육 원섬유 마디의 구조부터 정리한다. 마디 양쪽 끝에는 Z선이 있고, 액틴 필라멘트는 Z선에서 마디 가운데 방향으로 뻗어 나온다. 마이오신 필라멘트는 마디 가운데에 있으며, 양쪽 끝부분에서 액틴 필라멘트와 겹친다. 따라서 Z선 쪽에는 액틴만 있는 구간이 있고, 그 안쪽에는 두 필라멘트가 겹치는 구간이 있으며, 마디 가운데에는 마이오신만 있는 구간이 있다. 이 구간과 띠의 이름은 서로 겹치는 부분이 있으므로 구별해야 한다. 액틴만 있는 구간은 I대에 해당하고, 마이오신 필라멘트 전체가 차지하는 띠는 A대이며, A대 가운데 마이오신만 있는 구간은 H대다.

구간 이름만으로 길이 변화를 판단하기는 어렵다. 각 구간의 길이는 필라멘트 자체의 길이와 두 필라멘트가 겹치는 정도에 따라 정해진다. 마이오신 필라멘트 자체의 길이는 수축 때 변하지 않는다. 따라서 마이오신 필라멘트 전체에 해당하는 암대(A대)의 길이도 수축해도 변하지 않는다. 반면 액틴은 수축할 때 마이오신 사이로 미끄러져 들어간다. 액틴 자체가 짧아지는 것이 아니라 두 필라멘트가 겹치는 길이가 늘어나는 것이다. 액틴이 안쪽으로 들어오면 액틴만 있는 I대가 좁아지고, 가운데 마이오신만 있던 H대도 좁아진다. 따라서 수축할 때 I대와 H대는 짧아지고 A대는 그대로다. 이 원리를 알면 수축 전후의 길이를 구간별로 비교할 수 있다.