시냅스

시냅스란 신경세포와 신경세포 혹은 신경세포와 근세포 사이의 정보전달은 두 세포가 인접한 특수 부위에서 일어나며, 1897년 영국 생리학자 Charles Sherrington은 이 부위를 시냅스라 명명하였다. 시냅스를 통하여 두 세포 사이에 신호전달이 일어나는 시냅스 전달은 특히 신경계에서 일어나는 가장 중요한 생리적 과정 중 하나이다. 중추신경계에서 시냅스는 신경 세포와 신경세포를 연결하여 단순히 신경 정보를 가감 없이 전달하기보다는 신경 정보를 변형시키고, 동시에 다른 신경 세포에서 들어오는 신경 정보와 통합하는 역할을 한다. 그러므로 시냅스 전달에 관한 기전은 신경망에서 정보처리, 정신성 약물들의 작용, 나아가 학습과 기억 현상을 이해하는 데 매우 중요하다.

시냅스의 종류

시냅스는 시냅스 전달의 기전에 따라서 크게 두 가지 종류로 구분된다. 직접적인 전류 흐름에 의하여 흥분을 전달하는 전기 시냅스와 시냅스전 세포의 시냅스전 종말에서 유리되는 화학물질에 의하여 시냅스 후세포 막고 흥분을 전달하는 화학시냅스가 있으면 이들은 여러 가지 특성에 있어서 커다란 차이를 보인다.

전기 시냅스

대부분 포유동물의 시냅스는 화학시냅스이지만 일부는 틈새이음에 의한 전기 시냅스이다. 틈새이음에서는 시냅스전과 시냅스후 세포막이 3nm 정도 떨어져 있고, 이 사이는 6분자의 connexin으로 구성된 이온통로인 conn exon이 인접한 두 세포의 세포질을 직접 연결한다. 통로의 직경은 약 2nm로 대부분의 이온과 작은 분자량의 유기물까지도 통과할 수 있고, 동기가 가능하다.

틈새이음을 통한 이온들이 흐름은 한 세포에서 발생한 활동적 앞이 곧바로 인접한 다른 세포에 전도되므로 지연 현상이 거의 없이 시냅스 전달이 매우 빠르게 일어나서 시냅스전 세포에서 활동 전압이 발생하면 거의 동시에 시냅스 후 세포막에서도 활동 전압이 발생한다. 전기 시냅스에서는 틈새이음을 통하여 이온들이 양방향으로 움직일 수 있으므로 시냅스 전달이 양방향으로 가능하다. 그러나 일부 갑각류의 전기 시냅스에서는 전류가 한 방향으로 더 잘 전달됨이 알려졌다. 무척추동물에서는 틈새이음이 도피반사를 형성하는 감각 운동신경의 연결에서 흔히 발견된다. 성숙한 포유동물의 신경세포에서는 틈새이음이 드물지만, 상피세포, 평활근과 심근 그리고 간 및 샘의 세포들과 분화 초기의 신경세포 등에 분포한다고 알려져 있다.

화학시냅스

사람의 성숙한 신경세포는 대부분 화학시냅스를 형성하므로 일반적으로 시냅스란 용어는 화학시냅스를 말한다. 시냅스전과 시냅스후 세포막은 전기 시냅스보다 훨씬 넓은 20~40nm의 시냅스 틈새로 구별되며, 이 틈새는 시냅스전과 시냅스후 세포막이 연결된 섬유성 단백으로 채워져 있다. 따라서 전기 시냅스에서와 같이 두 세포를 직접 연결하는 통로가 없고, 두 세포 사이의 신호전달에 신경전달물질이라고 하는 화학물질을 매개체로 사용하므로 이를 화학시냅스라 한다. 신경전달물질은 시냅스전 세포의 활동 전압에 의해 축삭 말단에서 유리되어 시냅스 후 세포막에서 작용함으로써 신호가 전파되어 간다. 따라서 화학시냅스를 통한 신호전달은 한 세포에서 다음 세포로의 단일 방향으로 일어난다. 또한 화학시냅스의 시냅스 전달 속도는 전기 시냅스에 비하여 늦어지는 시냅스 지연 현상을 나타낸다. 척추동물의 신경계는 대부분 화학시냅스로 구성되어 있으며, 신경-근육 시냅스와 신경-시냅스로 구분된다.

신경-신경 시냅스

척추동물 중추신경계에서는 단일 신경세포의 모든 부분, 즉 가지돌기, 축삭 등은 각각 여러 신경세포와 시냅스를 이루고 있다. 가장 흔히 볼 수 있는 시냅스의 형태는 축삭-가지돌기 시냅스, 축삭-세포체 시냅스, 축삭-축삭 시냅스이다. 그 외에 가지돌기-가지돌기 시냅스나 세포체-세포체 시냅스를 드물게 볼 수 있다.

신경-근육 시냅스

척수의 운동신경과 골격근에서 나타나는 신경-근육 시냅스는 전체적인 구조나 기능에 있어서 신경-신경 시냅스와 다소 차이가 있으나 기본적인 시냅스 전달 현상은 매우 유사하다. 화학시냅스에서의 시냅스 전달기전에 관한 많은 정보는 비교적 실험적인 접근이 용이한 신경-근육 시냅스에서 얻어졌는데, 이는 중추신경계의 신경-신경 시냅스의 크기가 매우 작고 여러 신경세포와 복잡하게 연결되어 있기 때문이다.

화학시냅스에서의 시냅스 전달

시냅스전 세포의 시냅스전 종말에는 신경전달물질 유리를 위한 몇 가지의 특수 구조가 존재한다. 시냅스 틈새 부위의 시냅스전과 시냅스 후 세포막에는 단백질이 축적된 부위가 나타난다. 시냅스전 세포막에서 이 부위는 세포질로 돌출된 피라미드의 형태를 가지며 신경전달물질이 들어 있는 시냅스 소포와 통로들이 밀집되어 있고, 실제로 신경전달물질이 유리되는 부위로 이를 활성부위라 한다. 하나의 소포는 약 1~5만 개의 신경전달물질을 함유하고 있다. 또한 시냅스전 종말에는 전자현미경 상 치밀 소포로 나타나는 시냅스 소포보다도 큰 분비과립이 존재한다. 그리고 새로운 신경전달물질의 합성에 필요한 에너지 공급을 위하여 많은 미토콘드리아도 존재한다. 시냅스후 세포막의 막을 분과 부위를 시냅스후 조밀이라 한다. 이 부위는 신경전달물질에 대한 수용체가 모여 있는 부위로 신경 정보를 시냅스 후세포 막고 전달하는 역할을 한다.

중추신경계에서 보통 시냅스 후 조밀의 두께가 활성부위보다 더 두꺼울 경우 이를 비대칭 시냅스 혹은 Gray I형 시냅스라 하고 일반적으로 흥분시냅스가 여기에 속한다.