본문내용
1. 항상성과 체액의 조성
1.1. 음성되먹임
음성되먹임이란 내환경의 조건이 변화하면 이를 최소화시키려는 기전이다. 외부자극에 의해 내환경이 변화하면 이를 반대 방향으로 작용하여 내환경의 변화를 최소화시켜주는 과정을 의미한다. 체온조절 과정에서 나타나는 음성되먹임이 대표적인 예이다. 외부 온도가 올라가면 체온조절 중추가 이를 감지하고 체온을 낮추기 위해 혈관 확장, 땀 분비 등의 반응이 일어나는데, 이는 모두 외부 온도 상승에 따른 체온 상승을 억제하기 위한 음성되먹임 과정이다. 이처럼 음성되먹임은 내환경의 변화를 최소화하여 항상성을 유지하는 데 핵심적인 역할을 한다."
1.2. 체액의 구획
체액은 세포내액과 세포외액으로 구분된다.
세포내액(intracellular fluid; ICF)은 세포 내부에 존재하는 체액으로, 전체 체액의 약 40%를 차지한다. 이 체액에는 세포에 필요한 각종 물질이 용해되어 있어, 세포의 대사활동을 지원한다.
세포외액(extracellular fluid; ECF)은 세포 밖에 존재하는 체액으로, 전체 체액의 약 60%를 차지한다. 세포외액에는 혈장과 간질액이 포함된다. 혈장은 전체 체액의 약 5%를 차지하며, 혈관 내를 순환하는 체액이다. 간질액은 전체 체액의 약 15%를 차지하며, 혈관과 세포 사이의 공간에 존재하는 체액이다. 간질액은 세포와 혈관 사이의 물질 교환을 담당한다.
이처럼 체액은 세포 내부와 외부로 구분되며, 각각 서로 다른 기능을 수행한다. 이러한 체액의 구획은 생명체의 항상성 유지와 원활한 생리 작용을 가능하게 한다.
1.3. 세포내액과 세포외액의 조성
세포내액과 세포외액의 조성은 다음과 같다.
세포내액(intracellular fluid; ICF)은 전체 체액의 약 40%를 차지하며, 세포 내부에 존재하는 액체를 의미한다. 세포내액은 전해질 농도가 세포외액과 크게 다르다. 세포내액에는 높은 농도의 칼륨 이온(K+)이 존재하며, 반대로 나트륨 이온(Na+)의 농도는 낮다. 이러한 차이는 세포막에 존재하는 Na+-K+ 펌프에 의해 유지된다. 또한 세포내액에는 단백질, 아미노산, 포도당, 지방산 등의 유기물질이 풍부하게 존재한다.
반면 세포외액(extracellular fluid; ECF)은 전체 체액의 약 20%를 차지하며, 혈장(plasma)과 간질액(interstitial fluid)으로 구성된다. 세포외액은 세포와 직접 접촉하지 않고 세포 주변을 둘러싸고 있는 액체이다. 세포외액은 세포내액과 달리 나트륨 이온(Na+)의 농도가 높고 칼륨 이온(K+)의 농도가 상대적으로 낮다. 또한 세포외액에는 다양한 단백질, 포도당, 지질 등의 양분과 대사 산물들이 포함되어 있다.
이처럼 세포내액과 세포외액의 전해질 및 유기물질 조성이 크게 다른 것은 세포막을 통한 능동적인 물질 이동에 의해 유지되며, 이를 통해 세포의 homeostasis(항상성)이 유지된다.
2. 세포막을 통한 물질이동
2.1. 수동이동
수동이동은 화학적 또는 전기화학적 경사도에 의해 이루어지며, 에너지 사용 없이 발생한다. 수동이동에는 단순확산, 운반체에 의한 촉진확산, 통로확산 등이 포함된다.
단순확산은 세포막의 지질층을 통해 이루어지며, 저용성 물질이 세포 안팎의 농도차에 비례하여 이동한다. 운반체에 의한 촉진확산은 운반체(이온통로 포함)를 통해 수용성 물질이 수동으로 이동하는 것으로, 특정 물질에 대한 운반체의 특이성을 보인다. 통로확산은 세포막의 통로를 통해 작은 이온들이 농도경사에 따라 이동하는 것이다.
삼투압과 삼투 또한 수동이동에 포함된다. 삼투압은 용질이 투과 가능한 막을 사이에 두고 농도차에 따라 발생하며, 삼투 현상은 물이 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하는 것을 의미한다. 이러한 수동이동 기전을 통해 물과 함께 용질들이 선택적으로 이동할 수 있다."
2.2. 능동이동
능동이동은 물질이 농도 또는 압력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하는 현상이다. 이를 위해서는 외부에서 에너지 공급이 필요하며, 주로 ATP 형태의 에너지를 사용한다.
능동이동에는 1차 능동이동과 2차 능동이동이 있다. 1차 능동이동은 물질을 직접 운반하기 위해 에너지를 사용하는 것으로, Na-K펌프, Ca펌프, H펌프 등이 대표적이다. 이들 펌프는 세포막의 운반단백질을 통해 농도경사를 거슬러 이온을 이동시킨다.
2차 능동이동은 1차 능동이동에 의해 형성된 농도경사를 이용하여 다른 물질을 이동시키는 것으로, Na-아미노산 공동운반체, Na-H교환체 등이 대표적이다. 이들은 Na농도경사를 이용하여 아미노산, H 등을 세포 내부로 이동시킨다."
3. 신경계의 구성
3.1. 세포막의 흥분성
세포막의 흥분성이란 세포 내외부의 전위 차이로 인해 세포막에 발생하는 전기적 활동을 의미한다. 이러한 세포막의 흥분성은 세포가 자극에 반응하여 정보를 전달할 수 있도록 하는 기본적인 원리이다.
세포막은 안정 상태에서 특정한 이온 농도 차이를 유지하고 있다. 이때 세포 내부는 상대적으로 음전하를 띠고 있으며, 세포 외부는 양전하를 띠고 있다. 이러한 전위 차이로 인해 세포막에는 전기적 활동이 발생하게 된다.
세포막의 흥분성은 다음과 같은 과정으로 설명된다. 첫째, 세포가 자...
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