[2023. 중등임용 생물B] 코르티기관 털세포

정답

㉠은 섬모(stereocilia)이다. 음파가 있을 때 섬모가 한쪽으로 휘어지면 K⁺ 유입이 증가하여 털세포가 탈분극되고, Ca²⁺ 유입이 증가해 신경전달물질 분비가 늘어나 감각뉴런에서 (Ⅱ)와 같은 높은 빈도의 활동전위가 발생한다.

출제 의도

이 문항은 청각 수용기의 구조와 기능을 이해하고, 털세포에서 기계적 자극이 이온 이동과 막전위 변화로 전환되어 감각뉴런의 활동전위 빈도 변화로 이어지는 과정을 설명할 수 있는지를 평가한다.

풀이 과정

털세포의 정단 표면에는 길이가 서로 다른 여러 개의 섬모가 배열되어 있으며, 이 섬모들은 단백질 다리로 서로 연결되어 있다. 따라서 괄호 ㉠에 해당하는 구조는 섬모이다.

음파가 없을 때에는 덮개막의 움직임이 없어 섬모가 중립 위치에 있으며, 일부 기계자극-작동 K⁺ 통로만 열려 있다. 이로 인해 소량의 K⁺가 유입되고, Ca²⁺ 통로도 일부 열려 소량의 신경전달물질이 분비되어 감각뉴런에서 (나)의 I과 같은 낮은 빈도의 활동전위가 발생한다.

음파가 코르티기관에 전달되면 덮개막이 움직이면서 섬모가 한쪽(그림에서 오른쪽)으로 휘어진다. 이때 단백질 다리가 당겨져 기계자극-작동 K⁺ 통로가 더 많이 열린다.

그 결과 내림프에 풍부한 K⁺가 털세포 안으로 대량 유입되어 털세포의 막전위가 크게 탈분극된다. 탈분극이 증가하면 기저부에 존재하는 전압 의존성 Ca²⁺ 통로가 더 많이 열리고, Ca²⁺의 세포 내 농도가 증가한다.

Ca²⁺ 농도 증가는 시냅스 소포의 융합을 촉진하여 긴장성 신경전달물질의 분비를 증가시키고, 이로 인해 감각뉴런에서 활동전위의 발생 빈도가 크게 증가하여 (나)의 II와 같은 형태로 나타난다.

따라서 음파의 유무와 세기에 따라 섬모의 휘어짐 방향과 정도가 달라지고, 이는 K⁺와 Ca²⁺의 유입량 변화로 이어져 감각뉴런의 활동전위 빈도를 조절한다.