부교감신경과 아세틸콜린

◆ 부교감신경과 아세틸콜린

 

아세틸콜린은 일반적으로 부교감신경의 신경전달물질로 알려져 있는데, 그 외에도 운동신경 및 교감신경의 신경전달물질로 이용된다. 아세틸콜린을 신경전달물질로 하는 신경들을 묶어 콜린작동성신경이라 한다. 다음에 열거해 둔다.

 

-부교감신경 절전섬유 종단 및 절후섬유 종단.

-교감신경 절전섬유 종단(일반적으로 교감신경에 대한 신경전달물질은 노르아드레날린이지만, 교감신경 절전섬유에서는 아세틸콜린이 전달물질 역할을 한다.)

-일부 교감신경(땀샘을 지배하는 교감신경 등)의 절후섬유.

-운동신경의 골격근과의 접합부인 신경근 접합부(운동신경의 흥분을 근육에 전달하는 부분에서는 아세틸콜린이 전달물질 역할을 한다.)

 

관련된 화학물질

 

아세틸콜린(Acetylcholine : Ach).. 신경전달물질로 생체 내에서 이용된다.

 

콜린(Choline).. 생체 내에서 아세틸콜린이 생성의 원인 물질.

 

아세틸CoA(아세틸코엔자임 에이)

아세틸 코엔자임 A(아세틸 조효소 A라는 의미)라 불리며, 콜린을 아세틸콜린으로 변화시킬 때 사용된다.

 

아세틸콜린 에스테라제(Acetylcholinesterase : AchE)

세포 밖으로 방출된 아세틸콜린을 콜린과 초산으로 분해. 이 덕분에 세포 밖으로 방출된 아세틸콜린의 영향이 빠르게 소실된다. 분해된 콜린은 다시 세포에 채워진 아세틸콜린의 생성에 재사용된다.

 

무스칼린(muscarin).. 아세틸콜린 수용체의 일종인, 무스칼린성 아세틸콜린 수용체에 작용하여 아세틸콜린과 비슷한 효과를 나타내는 작용제이다.

 

아트로핀(atropine)

무스칼린 수용체에 작용하지만, 아세틸콜린과 비슷한 효과를 나타내지 않는다. 아세틸콜린을 차단하는 차단제. 즉 길항제. 투여시 황산아트로핀으로 사용한다.

 

니코틴(nicotine).. 아세틸 콜린 수용체의 일종 인 니코틴 성 아세틸 콜린 수용체 (니코틴 수용체)에 작용하여 아세틸 콜린과 비슷한 효과를 나타내는 도다. 즉 작용제.

 

d- 튜보쿠라린 (tubocurarine).. 니코틴 수용체에 작용하지만, 아세틸 콜린과 비슷한 효과를 나타내지 않는다. 아세틸 콜린을 차단하는 차단제. 즉 길항제. 사냥에 사용하는 독 창에 쓰는 독으로 태고부터 이용되어 왔으며, 현재에도 근육 이완제로 사용

 

아세틸콜린 수용체

미주신경(부교감신경에 속하는)의 종단에서 방출된 아세틸콜린 수용체가 심장에 있다고 알려져 있다. 아세틸콜린이 수용체에 결합되면 심장의 활동이 억제되고 박동도 느려진다. 한편, 운동신경-골격근의 접합부에서도 아세틸콜린이 방출되며 그 수용체가 있다. 이곳에서 아세틸콜린 수용체에 결합하여 골격근인 횡문근이 흥분 수축하는 것으로 알려져 있다. 즉, 아세틸콜린은 심장의 세포 활동을 억제하는 한편, 골격근을 흥분시킨다. 이처럼 아세틸콜린의 작용은 장기에 따라 아주 달라, 아세틸콜린 수용체는 여러 종류가 있는 것으로 추측해 볼 수 있으며, 실제로 확인되고 있다고 한다.

 

아세틸콜린 수용체는 무스칼린성 아세틸콜린 수용체(무스칼린 수용체)와 니코틴성 아세틸콜린 수용체(니코틴 수용체)로 나뉜다. 또한 무스칼린 수용체는 여러 종류가 있어, M1~M5까지의 하위 유형이 확인되고 있다. 니코틴 수용체 역시 NN수용체와 NM수용체의 변종이 있다.

 

다음으로 무스칼린 수용체와 니코틴 수용체..

 

니코틴성 아세틸콜린 수용체

이름 그대로 니코틴이 아세틸콜린과 비슷한 효과를 나타내는 수용체이다. 즉, 니코틴 작용제로 역할하는 수용체이다. 한편, d-튜보쿠라린이라는 옛날부터 사용되어 온 독극물도 니코틴 수용체에 작용하는데, 아세틸콜린이 수용체에 작용하는 것과 같은 반응은 일어나지 않는다. 즉, d-튜보쿠라린은 아세틸콜린과 경합하여 수용체에 결합하여 아세틸콜린의 작용을 차단하는 니코틴수용체 차단제이다.

 

니코틴 수용체의 하위 타입인 NN 수용체와 NM 수용체에 대해 조금 자세히 보자.

 

NM 수용체.. 운동신경 종말부분의 신경골격근 접합부에 존재

운동신경 말단의 니코틴 수용체와 아세틸콜린의 행동에 대한 연구는 진행 중인 주제이다. 아세틸콜린이 NM 수용체에 결합하면 NM 수용체의 나트륨채널이 열리고, 나트륨이온(Na+)이 세포 내로 흘러 들어와, 탈분극을 일으켜 세포 내 전위가 플러스 측에 기울어진다. 이를 흥분성 시냅스 후전위(EPSP)가 발생한다거나, 종판전위가 발생한다고도 말한다.

 

한편, 세포막은 세포의 전위가 임계값을 초과하면 게이트를 열고 세포에서 Na+를 세포 내로 흐르게 하는 "전위의존형 나트륨이온게이트"가 존재하고 있다. EPSP의 발생, 즉 탈분극이 거듭되어 전위가 이 임계값을 초과하면 게이트가 열리고 나트륨이온이 단번에 유입되고 스파이크(활동전위)가 발생한다.

 

이 스파이크 전위(활동전위)는 세포막으로 전해지고 "T관"이라는 세포막의 홈에 접하고 있는 근 소포체에까지 전해진다. 이 근 소포체는 전위 변화에 반응하는 단백질을 가지고 있어, 활동 전위가 검출되면 근 소포체의 칼슘 이온(Ca2+)을 세포질 내로 방출한다. 이 칼슘 이온이 직접 트리거가 되어 근이 수축된다.

 

NN 수용체.. 교감신경과 부교감신경의 절전섬유 종말(신경절 부분)에 존재

인위적으로 아세틸콜린(또는 니코틴)을 투여하여 NN 수용체를 자극하는 것으로 교감신경과 부교감신경 모두를 흥분시킬 수 있다. NN 수용체는 교감신경과 부교감신경의 두 신경절 부에서 시냅스의 수용체로 흥분을 전달하는 역할을 담당하기 때문이다.

 

NN 수용체(NM 수용체와 동류의 니코틴수용체)에 아세틸콜린이 결합하면 니코틴 수용체의 나트륨채널이 열려 Na+이 세포 내로 유입 탈분극을 일으킨다. 탈분극을 반복하여 세포의 전위가 임계값을 초과하면 전위의존성 나트륨채널을 열고 활동전위를 발생시킨다.

 

무스칼린성 아세틸콜린 수용체

아세틸콜린 수용체 중에서 무스칼린에 감수성이 있는 수용체. 무스칼린에 의해 아세틸콜린과 같은 작용이 일어난다. 한편, 아트로핀은 무스칼린 수용체에 결합하지만, 아세틸콜린과 비슷한 작용을 하진 않는다. 아트로핀은 아세틸콜린이 무스칼린성 아세틸콜린 수용체(무스칼린 수용체)에 결합하는 것을 저해하는 차단제로 작용한다.

 

부교감신경 말초 절후의 절에서 기관측 세포의 수용체로서 무스칼린 수용체가 존재한다. 이 무스칼린 수용체를 자극(부교감신경을 자극하여 말초에서 아세틸콜린의 방출을 촉진한다)하면 지배하는 장기의 세포를 흥분시키거나 억제시키거나 한다. 장기에 따라 작용이 다른 것은 수용체가 다르다는 것과 수용체가 자극될 때 일어나는 세포의 반응기구가 장기에 따라 다르기 때문이다. 무스칼린 수용체는 M1에서 M5까지 5종류가 존재하는 것으로 확인되고 있다. 이 5가지 수용체의 분포는 장기에 따라 다르기 때문에 부교감신경 자극에 의한 아세틸콜린의 방출에 대한 장기의 행동이 달라지는 것이다.

 

여기에서는 심장 洞房결절과 장관 평활근의 2예에서, 그 반응을 자세히 살펴보자. 그를 통해 아세틸콜린에 의한 자극에 대한 세포 반응의 차이를 확인할 수 있다.

 

M2수용체.. 심장 洞房결절의 미주신경(부교감신경) 지배

심장洞房결절은 무스 카린 수용체 M2 유형이 존재하고있는 것이 확인되고 있습니다. 무스칼린 수용체는 니코틴 수용체와 구조가 다르고 수용체 자체에 이온채널이 없다. 대신, G단백이라 불리는 단백질과 결합하고 수용체에 아세틸 콜린이 결합하면, 이 G단백질을 사용하여 세포막에 있는 칼륨채널(K+)를 열게 된다. 세포막의 칼륨 이온채널이 열리면 칼륨이온이 세포 내에서 외부로 흐른다. 양이온이 흘러나오기 때문에 세포 내 전위는 더 마이너스가 된다. 원래 세포의 전위는 마이너스 측에 치우쳐 있는데, 더욱 마이너스로 되는 "과분극" 상태가 된다. 이로 인해 좀처럼 활동전위를 발생시키는 전위까지 전위가 상승하기 어려워진다. 이렇게하여 미주신경 자극에 의한 아세틸콜린 방출은 심장의 활동을 억제하고 심장 박동을 감소시킨다.

 

M2수용체 M3수용체.. 장관 평활근의 부교감신경 지배

장관의 소화활동(연동활동)을 하는 평활근은 무스칼린 수용체 M2, M3의 2종류가 존재한다. M3수용체에 아세틸콜린이 결합한 후 세포 내 정보전달기구에 의해 양이온 채널이 열리고 양이온이 평활근 세포 내로 유입되어 탈분극이 발생한다. 탈분극이 반복되어 활동전위를 발생시키는 전위까지 전위가 상승하면 칼슘 이온채널을 열고 칼슘이온(Ca2+)이 세포 내로 흘러간다. 이로 인해 세포 내 칼슘이온 농도가 증가하고 평활근이 수축한다. 이렇게 하여 부교감신경 자극에 의한 아세틸콜린 방출이 창자의 평활근을 흥분시켜(탈분극), 평활근 수축, 연동 운동을 활성화시키게 된다.

 

아세틸 콜린 수용체의 정리

주요 장기에 대한 아세틸콜린의 작용, 수용체의 반응 등 정리

 

부위	자율신경절 전절 종말(신경절)	운동신경 종말(신경 골격 근육 접합부)	심장(洞房 결절)	장(평활근)
수용체의 종류 (특수형)	니코틴성 수용체 (N N 수용체)	니코틴성 수용체 (N M 수용체)	무스칼린성 수용체 (M2)	무스칼린성 수용체 (M2, M3)
흥분 / 억제	흥분(탈분극)	흥분(탈분극)	억제(과분극)	흥분(탈분극)
작용제	니코틴	니코틴	무스칼린	무스칼린
길항제	튜보쿠라린	튜보쿠라린	아트로핀	아트로핀

 

이상과 같이 한마디로 아세틸콜린 수용체라해도, 다른 응답을 하는 수용체 하위 유형이 기관마다 존재하는 부교감신경의 자극(아세틸 콜린)에 대해 다양한 반응을 한다는 것을 알 수 있다