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신경세포(신경원) nerve cell(neuron)는 자극을 받아들이고 이를 종합하여 적절한 반응으로 전환시키기 위해 흥분성excitability 과 전도성conductivity이라는 두 가지 특성을 가지고 있는데, 흥분성이란 외부 또는 내부의 변화에서 오는 여러 종류의 자극을 전기적인 흥분nerve impulse 으로 바꿀 수 있는 성질을 말한다. 전도성이란 이렇게 생성된 전기적 흥분을 세포의 다른 부분으로 확산시킬 뿐 만 아니라 연접한 또 다른 신경세포나 근육세포로 전달하는 성질을 말한다.

이러한 흥분성과 전달기능은 신경원(뉴런, neuron)이라고 하는 신경계의 기본 단위에 의해 이루어지기 때문에 신경원의 세포막은 자극에 따라 전기적 흥분을 쉽게 생성할 수 있도록 특수하게 분화되어 있으며, 이런 흥분을 멀리까지 전도할 수 있도록 축삭axon 이라는 긴 돌기를 갖고 있다.

1. 흥분과 전도
   
   
1. 안정막전압 (그림 출처: https://images.app.goo.gl/QzZkTbSCr5MBuJs87)
   
• 생체의 모든 세포는 전기를 띄고 있고 세포의 활성에 따라 수시로 전기적 변화가 일어나고 있다. 쉬고 있는 신경세포막 표면에 두 개의 미세전극을 접촉시키고, 이것을 예민하게 반응하는 전압계에 연결해보면 전류는 어느 방향으로도 흐르지 않는다. 그러나 한 쪽의 미세전극을 세포막 안으로 넣으면 순간적으로 전류가 흘러서 인정한 전압을 나타내는데, 이를 안정막전압(resting membrane potential)이라고 한다. 이러한 안정막 전압은 미세전극을 세포 속으로 더 깊이 삽입해도 변하지 않기 때문에 세포막 안과 밖의 전압 차라고 할 수 있다.
  
  
• 즉, 세포막을 경계로 세포 안쪽은 바깥쪽에 비하여 음전하(-)를 띄고 있는데, 음전하의 크기는 세포에 따라 -5 ~ -100 mV 정도의 크기를 유지하지만 일반적으로 신경세포의 안정막 전압은 -70 mV 정도이다. 이렇게 대전된 상태를 분극(polarization)되었다고 하며, 이런 분극상태는 세포 안과 세포 밖의 이온농도의 차, 그리고 서로 다른 이온에 대한 세포막의 투과성때문에 형성된다. 즉, 이미 기술한대로 세포외액에는 Na+와 Cl-이 세포내액보다 높은 농도를 유지하며, 반대로 K+와 PO43- 등은 세포내액에 더 많이 존재한다. 또한 생체 세포막은 K+와 Cl-에 대하여는 비교적 높은 투과성을 보이나 Na+에 대한 투과성은 매우 낮으며, 세포내 음이온의 중심이 되는 단백질과 PO43-은 거의 투과성이 없다.
  
  
• 따라서 신경세포가 -70mV 정도의 일정한 안정막 전압을 유지하는 기원은 능동운반인 Na+ - K+ 펌프, 확산작용에 의한 Na+와 K+의 투과성, 그리고 세포내에 있는 음전하를 지닌 단백질 등에 의한다고 할 수 있다. (그림 출처: https://images.app.goo.gl/rNW3Zvh3SAiZgJ737)
  
• Na+ 펌프와 K+ 펌프는 동시에 일어나며, 이를 구성하고 있는 운반단백질(carrier protein)은 Na+에 대한 3개의 수용체와 K+에 대한 2개의 수용체가 있고, Na+의 부착부에 ATPase 의 활성부가 있다. 따라서 Na+ - K+ 펌프에 의해 3분자의 Na+가 세포 밖으로 빠져나오는 것에 비해 세포 속으로는 2분자의 K+가 유입되기 때문에 세포 속은 양전하를 더 많이 세포 밖으로 배출하는 결과가 되어 음전하를 띠게 된다.
  
  
• 또한, 확산의 원리에 의하여 K+는 세포 박으로 나가게 되고 Na+는 세포 안으로 들어오게 되나, K+의 투과성이 Na+의 투과성 보다 50~75배 정도 높기 때문에 K+가 세포 밖으로 빠져 나오게 되어 세포 속이 음성을 띠게 된다. 이렇게 농도경사로 인한 K+의 확산이 이루어지면서 세포 안과 세포 밖은 K+ 이온의 확산에 의해 형성되는 확산전압(diffusion potential)이 형성된다. 그 후 K+의 농도경사와 다른 전기적 전압이 상쇄되는 지점에서 K+의 세포막을 통한 이동은 없어지게 되는데, 이 때의 만적압을 K+의 평형전압(equilibrium potential)이라고 하며, 그 전압 은 -90mV로 안정막전압과 유사하게된다. 
  
  
• 한편, 안정막전압을 유지하고 있을 때에도 세포막을 통한 N+와 K+의 이동이 계속해서 일어나지만 세포 밖의 K+이온이 계속 증가하지 않는 것은 능동수송기전인 Na+ - K+ 펌프 때문이다. 이처럼 Na+ - K+ 펌프는 세포 내/외부의 농도경사를 일정하게 고정시켜줌으로써 세포막의 이온 투과성과 안정막전압을 항상 일정하게 유지시켜주는 역할을 한다.