아드레날린, 에피네프린 이해하기

 

 Adrenaline

Epinephrine

싸우거나 도망가거나, 오늘의 주제 아드레날린입니다.

 

교감신경은 척수에서 빠져나와 교감신경절에서 연접을 한 뒤 분포하는 장기를 향해 달려갑니다. 이때, 신경절이전뉴런에서는 아세틸콜린을 분비하고, 신경절이후 뉴런에서는 에피네프린, 즉 아드레날린을 분비합니다. 아드레날린은 심장, 혈관, 근육 등 각 장기에서 역할을 수행하지요.

신장 곁에는 내분비 기관인 부신이 있습니다. 부신의 속질은 일종의 교감신경절입니다. 각 장기로 달려가서 아드레날린을 전달해주어야 할 절후뉴런은 곧장 혈관 안으로 아드레날린을 분비합니다.

부신은 아드레날린이라는 이름의 어원이 되지요. 신장 곁에 붙어있는 장기, Adrenal gland. 그곳에서 나오는 물질 adrenalin. 다르게는 에피네프린이라고도 부르는데, 에피네프린 역시 마찬가지입니다. 신장 위에서 나오는 물질이 바로 epinephrin입니다.

아드레날린은 카테콜아민 중 하나입니다. 카테콜아민에는 도파민, noradrenalin, adrenalin이 있습니다. 카테콜기를 가진 아민이라는 뜻인데요, 도파민, noradrenalin, adrenalin의 구조를 보시면 무슨 뜻인지 바로 알 수 있을 겁니다.

이 세가지 카테콜아민은 극성 작용기를 가지고 있습니다. 따라서 수용성이지요. 이에 반해 생물체의 세포막은 인지질로 구성되어 있습니다. 어떤 물질이 세포막을 통과하기 위해선 분자량이 작은 지용성 분자여야 하지요.

따라서 카테콜아민은 세포막을 통과하지 않습니다.

그렇다면, 오늘의 주제인 아드레날린은 대체 어떻게 세포 안에 변화를 일으키는 걸까요?

정답은 수용체입니다.

아드레날린 수용체는 세포 밖과 세포 안에 걸쳐있습니다. 세포막을 7번 통과하고 있죠. 수용체의세포 바깥 부분에는 아드레날린과 결합할 수 있는 구조가 있습니다. 이 구조의 형태, 정전기적 성질에 의해 세포외액의 아드레날린은 수용체에 정전기적 인력으로 붙습니다. 그렇게 되면 수용체의 전자의 분포에 변화가 생기면서 수용체의 구조가 변합니다.
수용체의 세포 안쪽 부분에는 G알파, G베타, G감마로 이루어진 G단백질이 수용체와 결합해있습니다. 아드레날린과의 결합에 의해 수용체의 전자 분포가 달라지면 G알파 단백질과 베타, 감마 단백질이 떨어지고 G알파 단백질과 결합해있던 GDP에 인산이 결합해 GTP가 됩니다. 아드레날린은 이렇게 세포 내부로 들어가지 않고 수용체를 통해 세포 내부에 변화를 일으킵니다.

이렇게 G단백질과 연관되어있는 수용체를 GPCR, G protein-coupled receptor라고 부릅니다.

이 그림을 천천히 보시면 이해가 되실 겁니다.

GPCR인 아드레날린 수용체에는 3가지 종류가 있습니다. 각각은 Gq, Gi, Gs 단백질과 연관된 수용체이지요. Gq 단백질과 연관된 아드레날린 수용체를 알파1, Gi 단백질과 연관된 아드레날린 수용체는 알파2, Gs 단백질과 연관된 아드레날린 수용체는 베타 수용체라고 부릅니다.
알파1 수용체가 활성화되면 세포 내부에 칼슘이온 농도를 증가시킵니다. 알파2는 cAMP를 감소시키고 베타 수용체는 cAMP 농도를 증가시킵니다. 그럼 이제부터는 칼슘 이온, cAMP가 세포 안에서 어떤 역할을 하는지, 그리고 어떻게 그런 일이 일어나는지 살펴봅시다.

먼저 Gq 단백질과 연관된 receptor인 알파1 수용체부터 살펴봅니다. 노르에피네프린이 알파1수용체와 결합하면 전자 분포의 변화로 인해 Gq단백질이 변하게 되고, 이는 phospholipase C(인지질 분해효소 C, PLC)라는 효소의 구조를 변형시킵니다. 그 결과 phospholipase C는 인지질을 분해할 수 있는 구조가 되었습니다.

PLC는 인지질인 PIP2를 인산 부분과 Diacylglycerol(DAG)로 분해합니다.

인산 부분은 대사를 거쳐 IP3가 됩니다.

IP3는 소포체의 칼슘 이온 통로를 여는 물질입니다. 세포질 내부는 칼슘 이온이 적고 소포체 내부는 칼슘 이온이 많기 때문에 그 결과는 세포질 내부의 칼슘 이온이 증가하게 됩니다.

즉. 알파1 수용체가 아드레날린과 결합하면 어떤 일이 벌어지느냐? 라는 질문은 세포질에 칼슘 이온 농도가 증가하면 어떻게 되느냐? 라는 말과 똑같습니다. 과연 세포 내부에 칼슘 이온 농도가 증가하면 세포에는 무슨 일이 일어날까요?

세포 내부에는 칼슘 이온과 칼모듈린이 있습니다. 이들이 결합한 형태인 칼슘-칼모듈린 복합체는 칼슘이온, 칼모듈린과 화학 평형을 이루고 있지요. 그 평형상수인 K는 일정합니다. 이때, 칼슘 이온 농도가 증가한다면 어떻게 될까요? 분모가 늘어났으니, K 값을 일정하게 유지하려면 분자가 늘어나야 할 것입니다. 즉, 더 많은 칼슘과 칼모듈린이 결합하여 복합체를 형성합니다. 그래야 분모(칼슘, 칼모듈린)가 줄어들고 분자(복합체)가 늘어날테니까요.

칼슘과 칼모듈린이 결합한 복합체는 Myosin light chain kinase(MLCK)을 활성화시킵니다. MLCK는 마이오신의 light chain을 인산화하고, 그 결과 세포는 수축합니다. 반대로 cAMP, cGMP는 세포를 이완하는 기전이 있습니다.

즉, 알파1 수용체가 활성화되면 세포 내부의 칼슘 농도가 증가하고, 그 결과 근육세포가 수축합니다.

다음으로 베타 수용체와 알파2 수용체에 대해 알아봅니다. 베타 수용체는 Gs 단백질과 연관되어있어서 베타 수용체가 활성화되면 세포 내에 cAMP의 농도가 증가합니다. 알파2 수용체는 Gi 단백질과 연관되어있어서 활성화되면 cAMP 농도가 감소하지요.

그렇다면 세포 내 cAMP의 농도가 증가하면 어떤 일이 일어날까요?

세포 내 cAMP 농도 증가에 따른 반응은 기관마다, 조직마다 다릅니다. 심장에서는 근육의 수축력 증가, 자동성 증가, 심박수가 증가하고 신장에선 renin을 분비하고 민무늬근은 이완합니다. 그래서 기관지는 확장하고 위장관은 운동이 저하되고 혈관 투과성이 증가합니다. 반대로 골격근은 수축 속도가 증가합니다. cAMP의 농도가 감소하면 어떤 일이 일어날지는 이의 반대로 생각해보면 되겠지요.