학문
처음부터감각적인철수
시냅스전세포와 시냅스후세포에서요
시냅스틈이 말그대로 그냥 시냅스전세포와 시냅스후세포 사이의 그 틈을 말하는건가요? 그리고 신경전달물질이 빠르게 확산되는 이유는 단순히 그 틈이 굉장히 좁아서(50nm)고요? 뭔가 단순함 것 같으면서도 이렇게 좁은 틈을 유지할 수 있는 비결 같은게 궁금하긴하네요. 약간 인터스텔라 도킹 장면이 떠오르는거같기도하고요
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요, 처음부터감각적인철수님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 시냅스 틈 신호를 보내는 신경세포와 신호를 받는 세포 사이의 약 20에서 40나노미터에 불과한 물리적 공간이 맞으며, 분자의 브라운 운동과 정교한 세포부착단백질들의 도킹 결합 덕분에 극도로 좁은 간격을 견고하게 유지하며 밀리초 단위로 초고속 신호 전달을 수행한답니다.
■ 시냅스 틈의 정의와 초고속 분자 확산의 물리적 원리
질문자님께서 정확히 이해하신 것처럼 시냅스 틈은 시냅스전세포의 축삭말단과 시냅스후세포의 수상돌기 사이에 존재하는 미세한 공간을 뜻합니다. 평균 간격이 약 20에서 40나노미터로 머리카락 굵기의 수천 분의 일 수준에 불과한데요. 액체 속에서 분자가 퍼져나가는 확산 시간은 이동해야 하는 거리의 제곱에 비례한다는 물리학적 법칙이 작용합니다. 시냅스 틈의 거리가 워낙 극단적으로 짧기 때문에 방출된 아세틸콜린이나 글루탐산 같은 신경전달물질은 별도의 에너지 소모 없이도 열운동에 의한 무작위 확산만으로 약 0.1밀리초에서 0.5밀리초라는 찰나의 순간에 맞은편 수용체에 도달하여 결합한답니다.
■ 인터스텔라 도킹과 같은 세포부착단백질의 미세 결합 구조
신경세포들이 끊임없이 움직이고 체액이 흐르는 환경 속에서 이 미세한 틈이 멀어지거나 맞붙지 않고 일정하게 유지되는 비결은 두 세포를 단단히 붙잡아주는 특수 단백질에 있습니다. 영화 인터스텔라에서 우주선들이 정밀하게 핀을 맞추어 도킹하는 것처럼, 시냅스전세포 막의 뉴렉신 단백질과 시냅스후세포 막의 뉴로리긴 단백질이 틈새 한가운데서 손을 맞잡듯 직접 결합하는데요. 이외에도 카드헤린이나 면역글로불린 계열의 다양한 세포부착단백질들이 마치 정밀한 건축용 지지대나 다리처럼 양쪽 막을 팽팽하게 고정합니다. 여기에 틈새 내부를 채우고 있는 젤 형태의 세포외 기질 단백질들이 완충재 역할을 더해 외부 충격에도 20나노미터 내외의 일정한 나노 거리를 흔들림 없이 유지해 주고 있어요.
정리하자면,
시냅스 틈은 두 신경세포 사이의 극도로 좁은 물리적 간격이 맞으며, 거리가 워낙 짧아 분자의 단순 확산만으로도 순식간에 신호가 도달하고, 뉴렉신과 뉴로리긴 같은 세포부착단백질들이 우주선 도킹 장치처럼 양쪽 세포를 정밀하게 결합해 지탱함으로써 이 미세한 틈을 안정적으로 유지합니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
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채택된 답변먼저 말씀하신 것들이 맞습니다.
시냅스틈은 시냅스전세포와 시냅스후세포 사이의 실제 물리적 빈 공간이며, 신경전달물질은 별도의 이동 수단 없이 오직 단순 확산만으로 건너가고, 거리가 약 20~50nm로 좁아서, 확산만으로 1초의 2,000분의 1만에 도착이 가능합니다.
그리고 이런 틈을 유지할 수 있는 것은 세포막에 있는 단백질들이 '도킹'하듯 서로를 강하게 잡아당기고, 시냅스틈 사이는 지지대 역할을 하는 기질 단백질로 채워져 있으며, 세포 내부의 스캐폴딩 단백질들이 조준점을 정확히 일직선으로 맞춰 고정되기 때문입니다.
결국 물리적 확산이라는 단순 법칙을 정교한 분자 구조물로 완벽하게 받쳐주는 셈이고, 또 비유하신 대로 오차 없이 정확한 위치와 간격을 고정하는 미시 세계의 도킹이라 할 수 있는 것이죠.
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
시냅스틈은 시냅스전세포와 후세포 사이의 공간으로, 화학적 시냅스에서는 보통 약 20~40nm 입니다. 신경전달물질은 이 거리가 매우 짧고 농도 차이가 커서 빠르게 확산됩니다. 두 세포가 일정한 간격을 유지하는 비결은 뉴렉신과 뉴롤리긴 같은 세포접착단백질이 양쪽 세포막을 연결하기 때문입니다.