골격근의 구조와 기능 – 근섬유부터 필라멘트까지 상세 이해

 

 

골격근은 인간의 움직임을 만들어내는 핵심 기관이다. 우리가 팔을 들어 올리거나, 걷고 달릴 수 있는 것은 골격근의 수축과 이완 덕분이다. 하지만 이와 같은 동작이 일어나는 과정은 단순하지 않다. 골격근 섬유는 정교하게 배열된 구조로 이루어져 있으며, 그 안에는 액틴과 미오신으로 이루어진 필라멘트들이 존재한다. 오늘은  골격근의 기본 구조, 근섬유의 내부 구성, 그리고 근육 수축에 핵심적인 필라멘트 구조까지 세부적으로 설명하여, 근육의 기능을 보다 깊이 있게 알 수 있도록 하겠습니다.

 

목차

1. 골격근의 기본 구조
 2. 근세포막과 세포질의 기능
 3. 횡단세관과 근세포질세망
 4. 근원섬유와 횡문 구조
 5. 필라멘트의 구성과 기능

 

 

1. 골격근의 기본 구조

골격근(skeletal muscle)은 근육다발막(perimysium)으로 싸인 여러 개의 근육다발로 구성되며,
각 근육다발 안에는 근내막(endomysium)에 의해 감싸진 근섬유(muscle fiber),
즉 근세포가 존재한다.

• 인간의 근섬유 중 가장 긴 것은 최대 12cm까지 이른다.
• 각 근섬유는 근세포막(sarcolemma)으로 둘러싸여 있으며,
  그 안에는 근원섬유(myofibril), 근세포질, 미토콘드리아, 핵, 근세포질세망(SR), 횡단세관(T-tubule) 등이 포함된다.

 

 2. 근세포막과 세포질의 기능

 1) 근세포막은 근섬유의 바깥을 둘러싸고 있으며, 힘줄(tendon)과 연결되어 근육이 수축했을 때 그 힘을 뼈에 전달하는 역할을 한다. 또한 산-염기 평형 유지, 모세혈관과의 물질 교환 기능도 함께 수행한다.

 

 2) 근세포질은 젤라틴처럼 점성이 있는 물질로, 근원섬유 사이 공간을 채우며글리코겐, 미오글로빈, 무기질, 단백질이 풍부하게 들어 있다. 이 물질들은 에너지원 저장과 산소 전달에 핵심적이다.

 

 3. 횡단세관과 근세포질세망

 1) 횡단세관은 근세포막이 근섬유 내부로 깊숙이 파고든 구조로, 신경 자극을 근섬유 내부까지 빠르게 전달하는 역할을 한다.

 2) 근세포질세망(Sarcoplasmic Reticulum, SR)은 칼슘 이온(Ca²⁺)의 저장고로, 근육 수축 시 칼슘을 방출하여 필라멘트 사이 결합을 유도하고, 수축이 끝난 후에는 칼슘을 다시 흡수하여 이완을 유도한다.

 

 4. 근원섬유와 횡문 구조

현미경으로 골격근을 관찰하면 밝고 어두운 줄무늬, 즉 횡문(striation)이 보인다.

이러한 횡문은 근원섬유가 규칙적으로 배열된 결과이다. 심근 역시 횡문을 가지므로, 두 근육을 합쳐 횡문근(striated muscle)이라 부른다.

 

I 밴드	밝은 영역, 가는 필라멘트만 존재
A 밴드	어두운 영역, 굵은 필라멘트 중심으로 가는 필라멘트도 일부 포함
H 존	A 밴드 중앙, 굵은 필라멘트만 존재
M 선	H 존 중앙, 미오신 결합 지점
Z 선 (Z line)	I 밴드 중앙, 가는 필라멘트 부착점
근섬유분절 (Sarcomere)	Z선 ~ Z선까지 한 단위로, 근육의 기능적 최소 단위

 

 5. 필라멘트의 구성과 기능

근섬유분절(sarcomere) 안에는 두 가지 주요 단백질 필라멘트가 존재한다:

 1) 굵은 필라멘트 (Thick filament)

• 주성분: 미오신(myosin)
• 구조:
  • 2개의 무거운 사슬(heavy chains) → 꼬여서 몸통 형성
  • 4개의 가벼운 사슬(light chains) → 끝 부분의 미오신 머리(myosin head) 형성
• 기능:
  • 미오신 머리는 ATPase 활성을 가지며,
    가느다란 필라멘트의 액틴과 결합하여 수축 작용을 수행한다.

 2) 가는 필라멘트 (Thin filament)

• 주성분: 액틴(actin), 트로포미오신(tropomyosin), 트로포닌(troponin)
• 구조 및 기능:
  • 액틴은 구형 단백질이 2중 나선으로 꼬인 구조
  • 트로포미오신은 액틴 가닥에 나선처럼 감겨 있어 미오신과의 결합 부위를 차단
  • 트로포닌은 일정 간격마다 존재하며 칼슘 이온과 결합 시 구조가 변형되어
    트로포미오신을 이동시키고, 미오신이 액틴에 결합할 수 있게 한다.

이 세 단백질의 상호작용은 근육 수축의 핵심으로, 칼슘 이온의 농도 변화에 따라 수축과 이완이 정밀하게 조절된다.

 

 

골격근은 단순한 근육 덩어리가 아니라, 수많은 근섬유, 근섬유분절, 필라멘트, 그리고 칼슘 이온에 의해 정교하게 조절되는 조직이다. 근세포막과 세포질 구조, T-튜뷸과 SR의 역할, 그리고 액틴–미오신 필라멘트의 상호작용은 우리의 일상적인 움직임을 가능하게 만드는 정밀한 생물학적 장치이다. 골격근의 구조를 정확히 이해하면, 근육 발달, 운동, 재활, 노화, 근육 질환 등 다양한 분야에
기초가 되는 생리학적 지식을 확립할 수 있다.
단순한 힘의 원천을 넘어서, 골격근은 신경계와 대사계에 복합적으로 연결된 고도 정밀 시스템이다.