근육은 어떻게 수축하고 이완하는 건가요?

Question

생명과학에서 근수축 원리를 배우는데, 액틴과 미오신이라는 단백질이 서로 미끄러지듯 움직인다고 들었어요. 이 두 단백질이 어떻게 상호작용해서 근육 전체가 짧아지고 길어지는 건지 원리가 궁금합니다.

Answer 1

근수축은 액틴과 미오신의 길이가 변하는 것이 아니라 서로 미끄러져 겹치면서 일어나는 것입니다.

운동 신경의 자극으로 근육 세포 내에 칼슘이온(Ca2+)이 분비됩니다. 그럼 칼슘 이온이 액틴의 방해 단백질을 이동시켜 미오신이 붙을 자리를 열어주고, 에너지를 충전한 미오신 머리가 액틴 필라멘트와 단단하게 결합합니다.

그럼 미오신 머리가 고개를 꺾으며 액틴을 근절 중심부로 끌어당기게 되죠.

이 과정에서 액틴이 미끄러져 들어가며 근육의 기본 단위인 근절의 길이가 짧아지는 것입니다.

이후 미오신 머리에 새로운 ATP가 결합하면, 미오신이 액틴으로부터 분리되고, 미오신이 ATP를 분해하며 얻은 에너지로 고개를 다시 세워 다음 수축을 준비합니다.

그리고 자극이 끝나 칼슘 이온이 회수되면 미오신이 결합하지 못해 근육이 다시 길어집니다.

결론적으로 이렇게 단백질 자체의 길이는 그대로 유지된 채, 겹치는 면적만 변하는 것을 활주설이라 하는데, 수많은 미오신 머리가 ATP를 소모하며 액틴을 반복해서 당기는 것이 근수축의 핵심이라 할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 근육이 움직이는 원리는 액틴, 미오신이라는 두 단백질이 서로 미끄러지듯 이동하는 활주설로 설명이 가능한데요, 이때 단백질 자체의 길이가 변하는 것이 아니라, 서로 겹치는 정도가 달라지면서 근육 전체의 길이가 변하는 것입니다. 근육은 근섬유 안에 있는 수많은 근원섬유로 이루어져 있으며, 그 안에는 액틴과 미오신이 규칙적으로 배열되어 있습니다. 평소에는 액틴 위를 덮고 있는 단백질 때문에 미오신이 액틴과 결합하지 못하지만, 신경에서 전기 신호가 전달되면 근육세포 내부의 저장소에서 칼슘 이온이 방출됩니다. 칼슘은 조절 단백질에 결합하여 액틴의 결합 부위를 드러내고, 그 결과 미오신이 액틴과 결합할 수 있게 됩니다. 이후 미오신 머리 부분은 ATP를 에너지원으로 사용하는데요, ATP가 분해되면 미오신은 에너지를 얻어 액틴을 붙잡은 뒤 안쪽으로 끌어당기는 파워 스트로크를 일으킵니다. 이 과정이 반복되면 액틴 필라멘트가 미오신 사이로 점점 더 깊이 미끄러져 들어가고, 근육을 이루는 기본 단위인 근절 길이가 짧아지며, 수많은 근절이 동시에 짧아지면서 근육 전체가 수축하게 됩니다.

근육이 다시 이완될 때는 신경 자극이 멈추면서 칼슘 이온이 다시 저장소로 이동하는데요, 이때 액틴의 결합 부위가 다시 가려져 미오신이 더 이상 결합할 수 없게 됩니다. 또한 새로운 ATP가 미오신에 결합하면 액틴과의 연결이 끊어지고, 근육은 힘줄이나 반대쪽 근육의 작용에 의해 원래 길이로 돌아갑니다. ATP는 단순히 근육을 수축시키는 데만 필요한 것이 아닌데요, 미오신이 액틴에서 떨어지는 과정에도 ATP가 반드시 필요합니다. 즉 근수축은 액틴과 미오신이 ATP와 칼슘 이온의 도움을 받아 반복적으로 결합하고 분리되면서 액틴을 안쪽으로 끌어당기는 과정이라고 보시면 됩니다. 감사합니다.

Answer 3

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

근육 신경 자극이 오면 칼슘 이온이 방출되고, 이 칼슘이 액틴과 미오신이 결합할 수 있게 만듭니다. 미오신은 ATP의 에너지를 이용해 액틴을 안쪽으로 끌어당기며, 수많은 근절이 동시에 짧아져 근육 전체가 수축합니다. 자극이 끝나면 칼슘이 다시 저장되고 액틴과 미오신이 분리되어 근육이 이완됩니다. 즉, 단백질 자체가 짧아지는 것이 아니라 서로 미끄러지듯 이동하는 것이 핵심 원리입니다.