33장 지지와 이동운동

무척추동물의 지지와 이동운동 유체골격 액체로 채워진 공간에서 생기는 압력으로 몸의 형태를 유지하며 운동 효과적으로 몸의 형태를 유지, 근육이 움직이는데 필요한 지지 기반을 이룸 예) 자포동물 (히드라, 말미잘), 선형동물 (회충), 연체동물 (조개류, 오징어), 환형동물 (지렁이) 등

선형동물 가느다란 털처럼 생긴 벌레 액체로 채워진 의체강, 의체강을 둘러싸고 있는 근섬유 (muscle fiber) 근육과 액체는 서로 반대되는 작용; 근섬유가 수축하면 그 방향으로 몸이 구부러지고 반대쪽의 근육은 늘어난다. 근육이 다시 이완되면 액체에 의해 몸은 원래의 모습으로 됨 연체동물 대합조개류는 유체원리를 이용하여 땅을 파고 들어감, 혈액을 육질의 발 쪽으로 보내면 발이 늘어나고 이를 바닥에 집어 넣는다.

환형동물 지렁이는 액체로 채워진 체강과 근육질의 체벽을 가짐 지렁이는 외부 뿐만 아니라 내부도 체절로 되어 있고 각 체절에 있는 액체는 다른 체절의 액체와 분리됨 선형동물은 종주근만 가짐 (그림 33-2, 3) 안쪽의 종주근과 바깥쪽의 환상근으로 된 2층의 근육; 종주근의 수축은 몸을 짧고 넓게 만들며 환상근의 수축은 몸을 길고 가늘게 만듦 길항근; 반대의 효과를 나타내는 근육이며 협동적인 방법으로 작용, 예) 환상근과 종주근 지렁이의 각 체절마다 종주근과 환상근이 있어 각각 독립적으로 움직임; 구멍을 팔 수 있는 능력

외골격 골격의 기능은 지지, 이동운동, 보호 등의 역할 골격은 외골격과 내골격으로 구분 외골격은 발생배의 외배엽에서 유래된 상피세포의 분비작용에 의해 만들어짐 척추동물의 내골격은 배의 중배엽에서 기원 근육의 길항 작용에 의하여 한 근육은 수축이나 일부분을 늘려주고 다른 근육은 잡아당겨 원래의 위치로 되돌림 외골격은 방패 역할

절지동물 예) 곤충류, 갑각류, 거미류 등 이들 절지동물의 가장 큰 특징은 딱딱하고 관절이 있는 외골격 기능은 근육을 위한 지지 기반, 동물의 보호, 각피는 수분손실을 줄여줌 각피의 주요 구성원은 탄수화물인 키틴 갑각류에서의 키틴은 탄산칼슘으로 인해 딱딱해 있음 하나의 근육그룹은 수족을 구부리게 하고 다른 그룹은 수족을 펴게 함 (그림 33-4) 각각의 근육에는 기점 (origin)과 착점 (insertion)이 존재. 기점은 체축에 가까운 부분에 부착되는 부분이며, 착점은 체축에서 먼쪽으로 붙는 부분 근육의 끝과 착점은 기다란 힘줄에 의해 연결 절지동물의 외골격은 속이 비어 있음; 매우 강하면서 가벼움 곤충의 도약 메커니즘; 각 다리 근육의 수축과 이완 작용에 의해

곤충의 날개와 근육 곤충의 날개는 키틴질로 된 얇은 판 구조 가슴에 두 쌍의 비상근 (flight muscle) 직접 비상근; 시소축 (seesaw pivot), 간접 비상근; 종주근 존재

연체동물 껍데기 (패각, shell) 달팽이, 조개 , 앵무조개와 같은 연체동물은 유체골격과 외골격 모두 사용 외골격은 딱딱한 껍질; 자신을 보호하기 위한 기능 오징어의 경우는 껍데기가 내부에 있음; 물 속에 떠 있는데 필요한 장치 오징어뼈 (cuttlebone); 속이 비어있고 강력한 탄산칼슘 벽에 의해 지지 오징어뼈 속에 물과 질소를 채워 수영을 하지않고 자유롭게 원하는 깊이에 있을 수 있음 조개류의 껍질은 나선형 껍질로 진화하는데 껍질의 무게와 몸무게를 보다 균등하게 분산

무척추동물의 내골격 몸 내부에 있으며 중배엽에서 만들어짐 극피동물 불가사리와 같은 극피동물은 척추동물과 마찬가지로 내골격을 있음 수많은 탄산칼슘판으로 구성

척추동물의 조직 조직은 비슷한 기능을 가진 세포들의 모임 기관은 상피조직, 결합조직, 근육조직, 신경조직의 4가지 조직으로 구성 상피조직 생물 표면을 이루는 부분 피부, 입, 비강, 기관지, 창자 등의 내피 각 기관의 상피조직은 서로 다름

척추동물의 조직 결합조직 뼈, 연골, 인대, 힘줄, 혈액 결합조직의 주성분은 콜라겐 (섬유성 단백질); 눈의 각막, 힘줄, 인대 등 콜라겐은 섬유아세포 (fibroblast)에서 만들어짐. 이 세포는 상처의 치료나 부러진 뼈의 수선에도 관련; 콜라겐으로된 흉터조직을 만듦 엘라스틴 (elastin); 탄력성 섬유의 주요 구성 물질인 결합조직의 중요한 단백질 대동맥에서는 엘라스틴의 신축성이 혈압을 유지하는데 도움

척추동물의 골격 – 단단한 결합조직 몸의 지지 구조로는 뼈; 가볍고 단단한 구조이며 우리 몸을 서 있도록 해 줌 연골은 연골세포로 구성되며 콜라겐 섬유로 두껍게 싸여 있는 젤리 같은 단백질 기질이 있음; 연골어류인 상어와 가오리류에 존재 나머지 척추동물에서의 연골은 귀, 코, 관절 등에 남아 있음 경골의 중요성 몸을 지탱 근육의 부착점으로 작용 보호 작용; 두개골과 갈비뼈의 내부 기관 보호 적혈구 생성 칼슘 저장 장소

뼈의 구조 골막으로 둘러싸임, 해면골 (spongy bone)과 치밀골 (compact bone) 해면골; 구멍이 많음, 거미줄 같이 얽힘, 사이 공간은 부드러운 조직으로 채워짐, 긴 뼈의 양쪽 끝에 있는 팽배된 부위이며, 갈비뼈, 가슴뼈, 척추, 골반뼈 등에서 적혈구 세포의 생산 장소인 적색 골수 (red marrow) 존재 치밀골; 긴 뼈의 원통형 부분을 구성, 두껍고 조밀함, 황색골수 (yellow marrow)가 있으며 지방질로 되어있고 경골세포를 포함 치밀골은 해버스골공동계 (Haversian system) 또는 골단위 (osteon) 구조 해버스골공동계에는 혈관과 신경이 들어 있는 중심관과 주면의 석회질화된 뼈로 이루어진 라멜라층 골세포는 호르몬에 의해 일어나는 칼슘농도의 조절과정에 매우 중요한 역할을 함

척추동물의 골격의 체제 중추골격과 부속지골격 중추골격은 두개, 척주, 갈비뼈, 가슴뼈 부속지골격은 팔다리, 요대, 견대 (쇄골, 견갑골)

관절; 여러 뼈들이 만나는 곳 관절의 표면은 부드러운 연골로 얇게 덮임 뼈들은 인대라 불리는 콜라겐 섬유에 의해 서로 연결 활액 (synovial fluid)는 관절을 계속 윤활시킴; 마찰을 줄여주어 관절을 보호와 움직임을 부드럽게 함 중추골격은 두개골, 척주, 갈비뼈, 가슴뼈 두개골 척추동물의 두개골은 여러 부분이 융합되는 방향으로 진화되어 몇몇 뼈만이 남아 있게 됨 뇌를 보호하는 기능과 여러 수용기들로 싸여있어 감각구조에서 나온 신경들이 소공을 통해 두개골 안과 연결

척주는 5개의 부분, 척수 (spinal cord) 보호 가슴 부위의 척추는 갈비뼈를 위한 부착점을 제공 갈비뼈와 가슴뼈 척주 (vertebral column) 등뼈는 지지체 역할 각각의 뼈를 척추 (vertebra) 파충류의 척추는 400개 정도 포유동물의 목 부분은 7개의 척추가 있지만 나머지는 종에 따라 다름 사람의 척추는 33개이며 사람마다 미추의 개수가 한 두개 다를 수 있음 척추 사이는 추간원판; 수 많은 콜라겐섬유를 포함하는 연골이 있어 완충작용, 좌우운동 가능 척주는 5개의 부분, 척수 (spinal cord) 보호 가슴 부위의 척추는 갈비뼈를 위한 부착점을 제공 갈비뼈와 가슴뼈 육상척추동물은 호흡 시에 갈비뼈를 이용 사람은 12쌍의 갈비뼈를 가짐 경추 (7개의 척추) 흉추 (12개의 척추) 요추 (5개의 척추) 천추 미추 추간원판

새와 박쥐는 그들의 앞발 특히 손가락은 비상을 위해 많이 변형됨 부속지골격은 견대와 요대, 팔다리뼈를 포함 견대와 요대 사람의 견대는 몸무게를 지탱해야만 하는 짐을 덜게 되어 작아짐 다른 영장류는 사람만큼 직립으로 걷는 데 잘 적응하지 못했기 때문에 그들의 요대는 사람과 다르다 견대는 두 개의 견갑골과 두 개의 쇄골로 구성 척추동물의 사지 척추동물의 사지는 두 쌍을 넘지 않음 새와 박쥐는 그들의 앞발 특히 손가락은 비상을 위해 많이 변형됨 포유류의 앞발은 세 개의 긴 뼈로 이루어짐; 상완골, 하완의 요골과 척골 사람의 다리는 대퇴골, 두 개의 경골, 비골로 구성, 슬개골은 힘줄 속에 묻혀 있음 쇄골 견대 견갑골 상완골 요골 척골 요대 대퇴골 경골 비골

척추동물의 근육 – 구조와 운동 평활근, 심장근, 골격근의 세 가지 형태 근육은 근육세포로 구성되며 근섬유로 불림 평활근 불수의근이나 내장근이라 불림 의식적인 조절이 불가능하며 주로 내장기관의 근육 내장기관 이외에 혈관벽, 체모의 기부, 눈의 홍채, 자궁 등에 있음 몸에 털이 선다 (닭살이 돋는다) 평활근은 무의식적인 행동을 조절하는 신경계인 자율신경계의 조절을 받음 다른 근육에 비해 모양이 밋밋하여 얇은 천 같다 할 수 있음 동공확장 타액흐름 억제 미주신경 기관지확장 명치 연동운동 억제 교감신경절

심장근 심장을 구성하는 근육 자율신경계의 조절하에 있음 횡문근; 수축 단백질이 질서 정연하게 배열되기 때문 심장박동 조절 심장근은 바깥에서 오는 자극없이도 수축하며 세포를 분리해서 조직배양액 속에 담가놓아도 이러한 수축이 지속됨

골격근 수의근 또는 횡문근 운동뉴런에 의해 조절되고 골격을 움직이는 근육 수축단백질의 배열 때문에 횡문근 형태 골격근은 다른 근육보다 훨씬 빠른 속도로 강력한 수축을 할 수 있으나 쉽게 피로해짐 섬유는 매우 길어서 때로는 수 미터에 달하기도 하며 각 섬유는 일정하게 배열된 수축단백질로 구성

골격근의 구조 골격근 섬유는 근속 (fascicle)이라 불리는 다발로 구성 근관이 모여 근육을 형성, 혈관이 이 근관 사이를 지나가면서 산소와 양분을 공급하고 노폐물을 수거해 감 신경도 이 다발로 들어가 가지를 치면서 메시지를 전하고 섬유를 수축시킴 힘줄 (tendon)은 뼈를 싸고 있는 골막과 연결되어 근육에서 뼈로 힘을 전달 뼈를 움직이지 않는 근육; 안면근육과 혀근육, 괄약근은 창자 안쪽, 항문, 입 등에 존재

각 근섬유는 근섬유막 (sarcolemma)이라 불리는 원형질막으로 싸여있음 골격근의 미세구조 각 근섬유는 근섬유막 (sarcolemma)이라 불리는 원형질막으로 싸여있음 운동뉴런은 중추신경계로부터 자극을 근육에 전달하고 이것이 근육을 자극하여 수축함 신경근접합부란 신경과 근섬유가 만나는 곳인데 평활근에는 뚜렷한 신경근접합부가 없음 Neuromuscular junction

근섬유의 실제적인 수축 요소는 원통형의 근원섬유 하나의 근원섬유는 미오신으로 된 미오필라멘트 (굵다)와 액틴 (가늘다)이라는 단백질로 구성 두 개의 Z선 사이에 있는 수축의 기능 단위인 근절 각 Z선을 중심으로 그 안쪽을 I 대 (밝은 부분); 미오신이 없고 액틴만 있음 I 대의 안쪽에는 A 대 (어두운 부분); 액틴과 미오신이 중첩됨 A 대의 중앙 부분은 H 역 (밝은 부분); 미오신만 있음 근육이 수축하면 H 역이 사라짐

수축의 초미세 구조 근섬유가 자극되면 두 개의 Z 선은 서로 가까워지고 근절이 짧아짐- 액틴과 미오신 필라멘트가 A 대의 중심을 향해 미끄러져 들어가기 때문 근육이 완전히 수축하면 밝은 I 대는 굉장히 줄어듦- 액틴과 미오신이 거의 겹치기 때문 이때, A 대는 길이가 일정- A 대는 미오신 필라멘트의 길이와 같음 수축시의 현상 관찰 (전자현미경의 발달); 근육이 수축하는 동안에 미오신머리는 가까이 있는 액틴에 결합하여 가교를 형성하고 액틴을 잡아당김으로써 액틴이 미끌어져 들어감.

근수축의 분자적 양상 각 미오신필라멘트가 나선형으로 꼬인 막대기처럼 생긴 단백질로 되어있음 그 단백질 분자의 끝에는 바깥쪽을 향하고 있는 구형의 미오신머리가 있음 액틴 필라멘트는 액틴, 트로포미오신, 트로포닌으로 구성 수축하는 동안에 실제로 움직이는 것은 액틴 필라멘트 액틴은 미오신 가교가 결합하는 장소를 제공하며 그 후 미오신머리에 있는 ATP분해효소가 활성 트로포미오신과 트로포닌은 근수축을 조절하는 요소- 액틴과 미오신의 결합부위를 방해

근수축의 분자적 양상 칼슘 이온이 근수축 단위로 들어오면 칼슘 이온이 트로포닌에 붙게 됨- 트로포닌 구조가 변하고 트로포미오신의 위치가 변화, 액틴과 미오신의 결합 방해 못함 두 필라멘트가 결합하면 ATP로부터 에너지가 방출되면서 가교는 액틴필라멘트를 안쪽으로 잡아당기게 되면 근육은 수축 미오신 머리는 두 개의 ATP가 요구됨- 두번째 ATP는 미오신 머리를 액틴으로부터 떨어지게 하는데 사용 휴식상태의 근육에서는 칼슘이온이 근소포체에 저장 평소 근수축 단위 내의 칼슘은 낮은 농도로 일정하게 유지

신경충격이 근수축을 일으킴 운동뉴런으로부터 신경충격이 근절에 있는 신경근접합부에 도달하게 되면 근섬유막에 전기적 변화를 일으킴 전기적 변화는 근소포체의 칼슘 채널을 열게 하고 이온들이 밖으로 빠져 나옴 농도기울기에 따라 주위의 근수축 단위로 확산되면 근수축이 시작 빠른 반응으로 각 근섬유에 있는 모든 근수축 단위는 거의 동시에 수축할 수 있음 근육은 칼슘 이온이 존재하는 한 수축을 계속함 칼슘이온이 근수축 단위로부터 사라지면 트로포미오신과 트로포닌은 액틴의 미오신 결합 부위를 다시 방해하게 됨- 근육은 이완됨

신경충격에서 시작되는 일련의 과정 신경자극이 전기적 변화를 일으키고 근소포체로부터 칼슘의 방출이 일어남 칼슘이온은 근수축 단위로 들어가게 되고 트로포닌과 트로포미오신을 변형시켜 액틴에 있는 미오신 결합 부위를 노출시킴 미오신머리는 액틴에 결합하고 ATP로부터 에너지가 방출되면 액틴 미오신필라멘트는 활주하게 됨 두번째 ATP는 미오신머리가 원상태로 회복되는 데 필요한 에너지를 제공. 이들이 다시 결합하여 활주할 수 있도록 해 줌 신경자극이 끝나면 칼슘이온은 근소포체 내로 다시 펌프되어 들어가고 근육이 이완됨