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1. 뉴런이란?

뉴런은 신경계에 있어 가장 기본적인 기능단위를 말하며 정보를 한쪽에서 다른 쪽으로 전달하는 역할을 수행한다. 

- 수입(구심성)뉴런(Afferent neuron) : 말단에서 정보를 받아서 중추신경게(CNS)로 전달

- 수출성 뉴런(Efferent neuron) : CNS로부터 신호를 근육이나 분비세포 또는 사이신경세포(interneurons)로 전달한다. 사이신경세포는 뉴런간의 정보를 전달하는 역할을 한다.

* 분극(Polarization) : 원형질막(Plasma membrane)을 사이에 두고 전위차가 나 있는 상태. 즉, 막 안쪽은 (-)이고 바깥쪽은 (+)인 상태이다. 휴지전위로서, 언제든지 탈분극해서 일할 준비가 되어있는 상태라고 할 수 있다. 막의 전위는 0인 경우는 없다.

자극을 받지 않은 상태의 막전위는 약 -70mV 정도이다. 나트륨-칼륨 펌프에 의해서, 각 이온에 대한 막투과도를 달리 함으로써 평소에 이 상태를 유지하고 있는 것이다.

휴지상태에서는 나트륨 이온보다 칼륨 이온에 대한 투과도가 훨씬 높다. 그래서 칼륨의 농도에 따라 휴지전위가 좌지우지된다.

*탈분극(Depolarization) : 역치 이상의 자극이 주어졌을 때, 나트륨이온에 대한 투과성이 증가하며 막전위가 덜 음극이 된다. 휴지전위보다 덜 분극상태가 되는 것이다.

*활동전위(Action potential) : 활동전위란 짧고 빠르며 강력한 막전위의 변화를 말한다, 세포 안쪽이 점차적으로 바깥쪽보다 더 양극화 된다. 역치 전위를 넘지 않는 낮은 자극에서는 활동전위가 일어나지 않는다.

*재분극(Repolarization) : 탈분극 이후 다시 휴지전위로 돌아가는 단계

*과분극(Hyperpolarization) : 막을 더 분극화시키는 것을 말한다. 그래서 휴지 전위보다 더 음극 상태가 된다. 

탈분극, 과분극과 같이 막의 전위 변화는 막을 건너는 이온들의 움직임에 변화에 따라 발생한다. 이러한 이온들의 움직임은 막 이온 투과성과 관련되며 이러한 변화를 촉발시키는 자극에 대한 반응으로 일어나는 것이다.

이러한 자극들에는, 음파(소리)가 특정 신경 말단을 자극해서 일어난다던지, 신경이나 근육세포막에 있는 리셉터의 화학적 메신저들 끼리의 교류로 인해서 발생하는 등이 예가 될 수 있다.

이러한 이온들의 경우는 인지질 이중층 막을 통과할 수 없으므로 특정한 이온 채널을 통해서만 막을 건널 수 있다.

1. Voltage-gated ion channels

막전위 변화에 따라 반응해서 채널이 열렸다 닫혔다하며 활동전위에 중요한 이온채널이다.

2. ligand gated channels

특정한 화학메신저가 수용체에 결합하면 그 결과로 막의 입체 구조가 형태학적으로 변한다. 

3. Mechanically gated channels

감각 전도에서 볼 수 있는 형태로, 터치와 같이 늘어짐이나 기계적 변형에 반응해 채널이 열림.

4. Thermally gated channels

추위나 더움과 같이 국소적으로 일어나는 온도 변화에 반응하며 역시 감각전도에 중요한 역할을 한다.

활동전위(action potential)의 경우는, 거리가 멀어질 수록 금방 사그라 들고 짧은 거리 밖에 가지 못하는 원시적인 형태의 전위(Graded Potential)보다 훨씬 먼 거리를 소멸없이 전달 가능하다.

미엘린 수초: 주로 지질로 이루어져 있으며 수용성 이온들이 지질막을 뚫고 막을 건널 수가 없으므로, 전기줄에 감긴 고무처럼 이 미엘린이 절연체 역할을 한다.

이러한 미엘린을 구성하는 세포는 중추신경계에서는 올리고덴드라이트(Oligodendrocytes) 그리고 말초신경계에서는 슈완세포(Schwann cells)이다.

이렇게 미엘린으로 감싸진 부분외에, ECF(Extracellular fluid)에 노출되어 있는 부분이 있는데 이 곳들을 랑비에 결절이라고 한다.

이 부분에서만 도약전도(Saltatory conduction)가 일어나며 막을 따라 전류가 흐를 수 있다.

Voltage gated Na+ 채널이 이 곳에 집약되어 있다. 

미엘린은 도약전도를 일으킬 뿐만 아니라, 에너지 또한 저장하는 역할을 가지고 있다.

*곤충의 경우는 미엘린 자체가 존재하지는 않는다. 그대신 느슨하게 nerve sheath로 엑손이 감싸져 있다.

미엘린 말고도, 신경 섬유 다발의 굵기 역시 전도 속도에 영향을 미친다.

신경 섬유의 굵기가 굵어지면, 국소 부위의 전류 흐름의 저항이 감소하고, 두 구간 사이의 전하의 흐름의 저항이 약하다. 그래서 활동전위가 빠르게 전파될 수 있다. 빠른 전도는 느린 전도보다 에너지 소비가 크다.

참고문헌

Sherwood L., Klandorf H., Yancey H.P. Animal Physiology From Genes to Organisms second edition, Brooks/Cole, Cengage Learning, 2013

<갑상샘 호르몬의 역할>

1. 대사율과 열 발생

갑상샘호르몬은 기초대사량을 높이는 역할을 하는데 이에 따라 탄수화물, 지방 그리고 단백질의 합성과 분해와 같은 대사에 영향을 미친다.

활동상태가 아닌 쉬고 있는 상태에서 산소 소비 비율과 에너지 소비율을 조절하는 역할을 하며 글루코스의 장내 흡수율을 증가 시킨다. 

적은 양의 갑상샘 호르몬은 글루코스에서 글리코겐(저장형)으로 되는 것을 촉진 시키지만

많은 양의 갑상샘 호르몬은 글리코겐을 분해하는 역할을 한다.

갑상샘 호르몬은 아미노산의 흡수와 활용, 궁극적으로 단백질 합성을 촉진시킨다. 그러나 높은 농도의 호르몬은 단백질을 분해한다고 알려져 있다.

지방 대사 역시 지방 분해율을 증가시키고, LDL 콜레스테롤의 이용률과 흡수율을 높이며 혈중 콜레스테롤 농도를 감소시킨다. 

(그래서 갑상선 저하증이 의심되는 동물은 혈중 콜레스테롤 농도가 높아서 간단한 스크리닝 방법으로 쓰이기도 한다.)

일반적으로, 비정상적으로 높은 농도의 갑상샘 호르몬은 우리 몸속의 연료들을 저장하기 보다는 소비하는데 더 크게 작용한다.

2. 신경계, 심혈관계에 미치는 영향

정상적인 신경 신호 전달 속도의 유지에 관여하며 많은 조직에 존재하는 아드레날린 알파, 베타 수용체의 밀도 또한 갑상샘 호르몬의 영향하에 조절된다. 그래서 갑상샘 호르몬 수치가 높아지면 심장이 빨리 뛰는 것과 같이 교감신경 흥분 효과가 발생한다. 

갑상샘 호르몬에 의해서 심장이 카테콜아민(아드레날린, 노르아드레날린과 같은 교감신경자극물질)에 반응을 더 하게 되면서 심박률이 올라가고 심수축이 증가하게 된다. 또한 활발한 대사작용에 의해 발생한 열에 의해서 말초혈관확장이 일어나게 된다. 

3. 성장과 발달에 미치는 영향

적당한 골격과 성장을 위해서 적절한 갑상샘호르몬이 필수적이다.  성장호르몬(Growth hormone)의 분비와 성장호르몬이 단백질을 합성하고 골격 발달에 영향을 미칠 수 있도록 촉진한다. 그래서 갑상선 저하증이 보이는 동물은 다소 왜소하다.

또한, 털과 피부의 성장과 털의 색깔 등에도 관여한다.

<갑상선 항진증과 저하증>

1. 갑상선 항진증(Hyperthyroidism)

주로 고양이에 많이 발생함. 기초대사율이 높아지면서 열 발생율 또한 증가하게 되고, 더위를 참지 못하며 헥헥거리기 쉬워지고 온도를 조절하기 위해서 땀이 많이 난다.

식욕이 있어서 많이 먹음에도 살이 찌지 않게 되고, 심박수가 올라가고 심장이 두근거림을 느끼게 된다.

동물의 경우, 다뇨증(Polyuria), 조갈증(Polydipsia), 다식증(Polyphagia) 등이 나타나고 부분적인 탈모와 털이 헝클어지고 정돈되지 못하게 자람

2. 갑상선 저하증(Hypothyroidism)

주로 갑상선 자체에 문제가 있어서 생긴다(갑상샘 조직이 파괴되거나 선천적으로 형성이 덜 된 경우 또는 종양)

또한 TSH, TRH - 갑상선자극호르몬, 갑상선분비호르몬에 문제가 생겨서 갑상선 호르몬이 분비가 잘 되지 않는 경우도 있다. 갑상선호르몬 생합성에 필수적 요소인 요오드의 섭취가 부족해서 생기는 경우도 있다.

갑상선 항진증과 반대로, 전체적인 대사율이 낮아지며 추위를 견디지 못하며 살이 쉽게 많이 찐다. 평소와 같은 움직임에도 쉽게 피로를 느끼고 맥박이 느려지는 경향이 있고 심장이 천천히 뛴다. 

Reference

Sherwood L., Klandorf H., Yancey H.P. Animal Physiology From Genes to Organisms second edition, Brooks/Cole, Cengage Learning, 2013

This posting is NOT a professional article to provide veterinary clinical advice and consultation.

Also, this is not for the promotion of specific veterinary drugs/medicines.

This posting is just for the purpose of studying summarised by a veterinary medicine student.

If there is anything that needs to be corrected, please comment to this posting :)

이 글은 수의대 학생 신분으로 작성한 포스팅으로, 공부 목적으로 배운 것과 리서치 한것을 종합하여 요약한 것입니다.

1. Atopic dermatitis?

Atopic dermatitis is a hypersensitive reaction or over-reaction to the specific allergens causing itchiness(pruritis).  

It is chronic relapsing genetically predisposed inflammatory and pruritic allergic skin disease with characteristic clinical features that are associated with IgE antibodies, most commonly directed against environmental allergens such as plant pollens, house dust mites or mould spores. It appears to be more common in dogs than in cats.

Golden Retrievers, Labrador Retrievers, West Highland White Terriers and other terriers, and Bulldogs are major breeds that are predisposed to allergies.

The first step involved in the development of AD is sensitization to environmental allergens mainly penetrating through the skin able to lead to recruitment inflammatory cells and degranulation of mast cells by binding to IgE. On activation, multiple inflammatory mediators, including cytokines and chemokines are secreted.

*Clinical signs

Itchiness, scratching, rubbing, chewing areas of the body. 

It involves mostly the face, axillae, ventral neck, ventral abdomen, inguinal area, and feet (mostly interdigital areas).

*Treatment options(drugs)

• Antihistamines (amitriptyline hydrochloride, cetirizine hydrochloride, chlorpheniramine maleate, clemastine fumarate, cyproheptadine hydrochloride, diphenhydramine hydrochloride, doxepin hydrochloride, fexofenadine hydrochloride, hydroxyzine hydrochloride, loratadine, trimeprazine + prednisolone) – topical, oral

• Ceramides – topical

• Colloidal oatmeal – topical

• Cyclosporine – oral

• Essential fatty acids – oral, topical

• Glucocorticoids (betamethasone, dexamethasone, hydrocortisone, hydrocortisone aceponate, isoflupredone acetate, methylprednisolone, mometasone furoate, prednisolone, prednisone, triamcinolone acetonide) – topical, oral, injectable (cats only)

• Interferon-gamma, recombinant canine – injectable

• Interferon-omega, recombinant feline – injectable

• Masitinib mesylate – oral

• Neutralized zinc – topical

• Misoprostol – oral

• Pentoxifylline – oral

• Phytosphingosine salicyloyl – topical

• Pimecrolimus – topical

• PO7P (Chinese herbal supplement) – oral

• Pramoxine hydrochloride – topical

• Tacrolimus – topical

• Source: Canine and Feline Dermatology drug handbook(Willy-Blackwell, Sandra N.Koch, Sheila M.F.Torres and Donald C.Plumb)

Drug therapy aimed at inhibiting mast cell mediator production and at blocking or counteracting the effects of released mediators. Anti-inflammatory agents (eg. corticosteroids or antihistamines)

In terms of corticosteroids(synthetic glucocorticoids), it has anti-inflammatory by inhibiting phospholipase A2 and reducing expression of COX-2(inducible form). It also suppresses mast cell degranulation and cytokine-induced proliferation of mast cells.

Mast cells play an important role in immediate hypersensitivity as a major effector cell through the activation via the high-affinity IgE receptor, Fc epsilon RI.

It has a very rapid onset and needs just several hours to take effects of the drug.

However, side effects are common, so it is important for vets to consider well when prescribing glucocorticoids.

In terms of antihistamine, specifically H1 antihistamine, it inhibits itch sensation by prevention of sensory nerve stimulation. H1 post-synaptic receptors stimulate sensory nerves to cause itch

2. Oclacitinib(Apoquel®)

- Synthetic Janus Kinase(JAK) inhibitor

- Inhibition of JAK1-dependent cytokine signalling involved in allergy and inflammation (IL-2, IL-4, IL-6, and IL-13) as well as pruritus (IL-31)

- JAK enzymes play a key role in transmitting signals of cytokines. Oclacitinib inhibits JAK family members effectively.

Oclacitinib also inhibits the function of various pruritogenic cytokines and pro-inflammatory cytokines, as well as cytokines involved in allergy.

Reference/sources/further reading

1. Veterinary Partner https://veterinarypartner.vin.com/default.aspx?pid=19239&id=4951973

2. Textbook - Canine and Feline Dermatology drug handbook(Willy-Blackwell, Sandra N.Koch, Sheila M.F.Torres and Donald C.Plumb)

3. Oclacitinib (APOQUEL) is a novel Janus kinase inhibitor with activity against cytokines involved in allergy- 

J. vet. Pharmacol. Therap. 37, 317--324. doi: 10.1111/jvp.12101. retrieved 8/7/2020

4. Efficacy of oclacitinib (Apoquel) compared with prednisolone for the control of pruritus and clinical signs associated with allergic dermatitis in client owned dogs in Australia -Vet Dermatol 2014, DOI: 10.1111/vde.12166, retrieved 8/7/2020

5. APOQUEL® (oclacitinib tablet): Fast-Acting and Safe Itch Relief So Your Dog and You Can Return to Normal, Zoetis information sheet.

6. Domenico Santoro, Therapies in Canine Atopic Dermatitis: An Update, Vet Clin Small Anim 49 (2019) 9–26 https://doi.org/10.1016/j.cvsm.2018.08.002

Recognition of antigen by B and T cell

T세포와 B세포에 의한 항원의 인식

항체는 2개의 중쇄(heavy chain), 2개의 경쇄(light chain)으로 이루어져 있으며, disulphide bridge(이황화결합)으로 연결되어 있다.

하나의 중쇄와 하나의 경쇄가 합쳐져서 antigen-binding site를 형성한다.

하나의 항체에는 2개의 antigen-binding site가 존재한다.

각 중쇄에는 항원이 달라붙는 1개의 가변부위, variable domain과 항원이 달라붙지 않는 3개의 constant domain이 존재한다. 

항체는 각각 다른 기능을 수행하는 다양한 종류가 존재하는데 이 항체의 기능은 constant domain에 따라서 달라지게 된다.

낙타(camel)과 상어(shark)는 경쇄가 존재하지 않고 오로지 중쇄만 존재해서 단백질 재조합에 있어 클로닝이 쉬워 biotechnological 분야에서 유용하게 이용된다.

<항원결정기, epitope와 항체결합부, paratope>

Epitope : 항원결정기로, 항원특이성을 결정하는 특정한 분자구조로서 대응하는 항체와 결합하는 부분이다. 

Paratope : 항원과 직접적으로 결합하는 항체의 부분을 말한다.

Paratope와 Epitope는 complementary 3차원 구조에 의해서 상호작용한다. 

- charge, hydrophobicity, conformation, 수소결합

Epitope에는 B cell epitope는 B세포와 항체에 의해서 인식되는 항원의 부분을 말하고, T cell epitope는 T cell 리셉터에 의해서 인식되는 항원의 부분을 말한다.

항체는 친수성이며 용해성이기 때문에 plasma membrane을 통과할 수가 없다. 

그래서 항체는 항원의 안쪽까지 들여다 볼수가 없다.

B cell epitope - 항원의 표면에 위치

T cell의 경우는 자기와 비자기를 구분하며 조작된 자기(modified self)를 인식한다.

이때 self-marker(MHC - Major histocompatibility complex)로 인해서 자기(Self)를 인식한다.

MHC에는 class1, class2가 존재한다.

Class 1 : CD8 T cell과 상호작용하며, 모든 핵이 있는 세포에 존재한다.

Class 2 : CD4 T cell과 상호작용한다. 외부로부터 들어오는 단백질, 항원을 antigen presenting cell을 통해서만 발현시킴 

CD8 Tcell : cytotoxic T cell

CD4 Tcell : T helper cell

T cell epitope의 경우,

- 꼭 세포 바깥쪽에 표현될 필요가 없다. organism 안쪽에 위치해도 됨

- 펩타이드의 경우에도 표면에 있을 필요가 없다. 어차피 잘려서(processing) 표현될 것이기 때문에, 단백질 어느 위치에서든 선택되어 진다.

- 알맞은 사이즈의 펩타이드로 반드시 분해될수 있어야 한다.

- MHC와 교류해야한다

- 선형의 epitope를 인식한다

비단백질 항원의 경우 MHC와 비슷한 분자들에 의해서 인식된다.

Mucosal Associated Invariant T(MAIT) : 비타민 B2 대사물을 인식

NK T cells : alpha-Galactosylceramide를 인식

<심장의 기본 구조>

심장은 3가지 층으로 구성되어 있습니다.

바깥쪽에서 안쪽으로 들어가는 순으로 Epicardium, Myocardium, Endocardium라고 합니다.

Endocardium의 경우는 심장의 각 방,실의 내강과 맞닿아 있는 Endothelial layer를 가지고 있으며 2개의 subendothelial 결합조직 층을 가지고 있습니다.

Myocardium의 경우는 Myo-(근육)의 의미로, cardiac myocytes(Pacemaker를 발생시키는) 그리고 cardiac skeleton으로 구성되어 있습니다. 

Epicardium은 가장 바깥쪽에 위치한 층으로, mesothelial cells의 납작한 상피세포로 이루어져 있습니다. 이것은 지방조직과 탄성섬유(elastic fiber)와 함께 결합조직에 의해서 지지됩니다.

심근세포(cardiac myocyte)의 경우는 일반적으로 골격 근세포와 비슷합니다.

가장 큰 다른점을 꼽자면 미토콘드리아가 매우 풍부합니다.

심장의 경우는 항상 호기성으로 유지되어야 하고, 산소 공급이 필수적이기 때문입니다.

Cardiac myocytes는 구조적으로 desmosomes으로 연결되어 있으며 전기적 전달을 위한 gap junction도 존재합니다.

다른 또 특이한 점은, Sarcolemma(세포 기저막-Cell membrane)입니다. 이 Sarcolemma가 T-tubule 시스템(Transverse)을 형성하기 위해 함입되어 있습니다.

이것은 활동전위(Action potential)가 심장 전체적으로 퍼질 수 있도록 빠른 전기적 전도를 돕습니다.

내부적으로는 광활하고 미세한 모세혈관계가 항상 호기성으로 심장이 유지될 수 있도록 원활하게 물질교환을 수행합니다.

수축성(Contractility)이란 어떤 섬유 길이에서도 수축하는 힘을 생산할 수 있는 심근의 능력을 말합니다. 이러한 수축성은 칼슘에 의해서 좌지우지 됩니다.

<수축의 시작>

심장세포의 흥분과 수축과의 관계

심근세포의 경우 세포내 칼슘 농도가 100nM이 되었을 때 활동전위에 의해 발생합니다. 

-활동전위동안 칼슘의 농도가 증가하고 수축함

분비된 칼슘의 양은 SR(Sarcoplasmic reticulum)에 얼마나 많은 칼슘이 저장되어 있느냐 그리고 얼마나 많은 채널이 활성화 되어서 얼마나 많은 칼슘이 세포안으로 들어오느냐에 따라 달라집니다.

<텐션의 발생>

텐션의 경우는 골격근과 마찬가지로 액틴과 마이오신, 트로포닌 단백질에 의해서 일어나는 cross bridging 기작에 의해서 달라집니다. 

세포 내 칼슘의 농도가 조절 단백질인 트로포닌과 트로포마이오신 단백질을 통해 cross bridge를 형성합니다.

세포 내 칼슘의 농도가 높아지면, 칼슘은 트로포닌에 결합하고 이것은 트로포마이오신으로 하여금 액틴에서부터 떼어져 나오게 합니다. 그리고 액틴필라멘트 위에 존재하는 결합부위를 노출시키게 되면서 결합이 이루어지고 텐션이 발생합니다.

<Relaxation 기작>

이완의 경우는 칼슘 농도가 일정 수준을 넘어서게 되면 SR안에 있는 칼슘 펌프가 활성화 됩니다(Ca-ATPase pumps)

그리고 펌프질을 시작하게 되는데, 칼슘을 세포질에서 다시 SR로 가지고 들어오는 것입니다.

기저막이 재분극이 시작되고, voltage-gated Ca 채널이 닫힙니다.

<심근세포의 isometrically / isotonically 수축>

심근세포는 심장 수축 주기에서 isometric 또는 isotonic하게 수축합니다. Cross-bridge가 활성화된 근육에서 형성이 되면,

근육은 고정된 길이에서 힘을 발생시키거나, 근육 길이를 짧게 하여 수축합니다.

이러한 현상들은 근육에 위치한 외부 통제에 따라 달라집니다.

*Isometric contraction : 주로 심장이 최고로 텐션을 발휘할 수 있는 능력을 재는 기준이 되며 볼륨은 줄어들지 않고 수축합니다.(Fixed length)-판막이 열리기 전까지의 심근의 수축

*Isotonic contraction : 길이를 변화시키며 텐션을 유지시킵니다. 심근의 길이가 짧아지면서 심장의 chamber로 부터 밖으로 혈액을 밀어냅니다.

<Preload(전부하) and Afterload(후부하)의 개념>

*Preload(전부하) : 근육이 수축하기 시작할때 근육의 텐션의 정도를 말합니다.

심장의 수축의 경우, 전부하는 일반적으로 심실(Ventricle)의 Distole(이완기)가 끝날때 심실안에 있는 혈액의 볼륨을 의미한다고 보면 됩니다. 이러한 볼륨을 EDV라고 부릅니다. 많이 늘어날 수록 많은 볼륨이 있다고 보고, 전부하가 크다고 할수 있겠죠

*Afterload(후부하) : 후부하는 심장에서는 판막을 열기 위해 수축하는 동안 미는 힘을 생각하시면 됩니다. 이러한 힘은 Main aterial pressure를 의미하기도 합니다.

여기서 밖으로 나갈 출구, 통로인 동맥의 압력이 높으면, 밖으로 내보내기 위한 힘인 후부하의 부담이 커지면서 높은 후부하를 야기하게 되죠

그리고 매번 박동시마다 박출되는 혈액의 양도 줄어들 것입니다. (ejection fraction) -> 판막을 열기위해 걸리는 시간 또한 증가합니다.

전부하나 후부하는 생리학적이나 병리학적으로 변할수 있기 때문에 중요한 개념입니다.

<프랭크-스탈링 원리(Frank-Starling principle)>

간단하게 말하자면, End distole volume(EDV), 즉 이완이 끝날 때 그 시점에 심실안에 있는 혈액의 볼륨이 커질 수록, cardiac output / stroke volume이 커진다는 이론입니다.

박출될 양이 많을수록 박출되는 양이 많다고 생각하시면 될것 같습니다.

여기서, Positive inotropic effect을 가하게 되면, 더 CO or stroke volume이 증가합니다. Positive inotrope agent는 Isometric tension을 길이변화 없이 최대로 피크를 찍을 수 있게 해줍니다. 그러므로 심장 자체가 판막이 열리기전 수축하는 그 힘과 능력이 높아진 것입니다.

심혈관계의 기본적인 기능

-영양소같은 물질과 산소를 온몸 곳곳의 세포로 이동시키는 역할

-대사 산물과 이산화탄소를 온몸 곳곳의 세포로부터 가지고 오는 역할

-피부에서부터 심장으로 부터 가장 먼 곳까지 전체적인 온도조절역할

-분비된 호르몬의 분배역할

-전체적인 신체 방어기작역할

혈액의 흐름은 압력차에 의해서 발생한다. 그러므로 압력과, 혈관의 저항, 점도 등에 의해서 혈류가 결정된다.

혈액은 한 방향으로 흐른다.

순서는, Right ventricle -> Pulmonary artery -> Lungs -> Pulmonary vein -> left atrium -> Left ventricle -> Systemic artery -> Capillary beds -> Systemic veins -> Right atrium 이다.

심장의 수축기(Systole)

심방과 심실은 완벽하게 동시에 수축하지 않는다, 심방의 방, 또는 실이 수축되어 있는 상태를 말한다

근수축 -> 압력 증가 -> 혈액이 심장에서부터 혈관으로 이동

심장의 이완기(Distole)

근이완 -> 압력이 동맥압이하로 떨어짐 -> AV valve를 통해 심실(Ventricle)에 혈액이 참

심막(Pericardium)은 심장을 둘러싸고있는 섬유질 성분(fibroserous)의 매우 얇은 막이다.

안쪽으로는 납작한 mesothelium, visceral pericardium이 있다. 그래서 심장 바깥쪽으로 부터 안쪽으로 들어가는 방향으로 크게 

mediastinal pleura(종격 늑막) - fibrous pericardium - parietal pericardium - visceral pericardium 순으로 위치하고 있다고 생각하면 된다.

심장이 효율적으로 제 기능을 하기 위해서는 3가지 기능이 필요하다.

1. Conductivity

2. Autorhythmicity

3. Contractility

- 여기서 Autorhythmicity는 심장이 자율적으로 계속 뛰는 것을 말한다. 심장을 몸에서 분리해서 따로 두었을때(영양, 산소, 수분 등 조건이 맞다고 가정하여) 몸에서 분리되었음에도 계속 자발적으로 뛰는 것을 확인할 수 있다.

심장과 심막은 종격의 중간에 위치하고 있다. 

심장의 윗부분(Dorsal base)는 주요 큰 혈관들이 붙어있고, 아래쪽(Apex)의 경우는 살짝 흉강의 왼쪽으로 치우쳐 있다. 

심장은 총 4개의 chamber로 구성되어 있다. 

그래서 효율적으로 압력을 생성하고, 혈액을 몸 곳곳으로 이동시킬 수 있다.

좌심방(왼심방), 좌심실(왼심실), 우심방(오른심방), 우심실(오른심실)

Coronary groove를 경계로 심방과 심실이 구분된다.

우심방과 좌심실은 interventricular septum(격막)에 의해 구분된다.

우심방으로 연결된 구멍에는 상대정맥, 하대정맥, coronary sinus(심장을 순환한 정맥혈), 그리고 우심실로 향하는 atrio-ventricular opening이 있다.

*Fossa ovalis : 흔적기관으로, 태아는 폐를 통한 호흡을 할 수 없기 때문에 태반으로 부터 산소혈을 받는데 이 구멍을 통하여 체순환을 통해 전신으로 산소혈을 공급한다. 태어난 직후서 부터는 폐호흡이 시작되기 때문에 닫힌다.

우심방과 우심실사이에는 삼첨판(Tricuspid valve)이 있어서 우심실로 내려간 혈액이 수축시 다시 우심방으로 역류하는 것을 방지해주는 역할을 한다.

좌심방과 좌심실사이에는 이첨판(Bicuspid valve)가 있다. 좌심실은 폐순환을 하기 때문에 우심실에 비해서 벽이 얇다.

심방의 부속기관이라고 할 수 있고, 보통 심방의 귀라고 불리는 심이(Auricle)가 있다. 혈액을 저장해 두기도 하는 곳이다.

좌심이와 오른심이는  Pulmonary trunk 주위를 감싸고 있다.

전체적인 심장의 모양은 콘(Cone)모양인데, 두꺼운 심실의 근육때문이다. 동물의 종마다 차이가 있는데, 특히 좌심실의 표면 모양이 동물별로 상이하다. 

반추동물의 경우는 살짝 들어가있고, 말의 심장은 일직선이며 소동물의 경우는 전체적인 심장 자체가 둥글한 모양을 띈다.

심막(Pericardium)의 기능

심막의 기본적인 기능은 심장의 보호 기능이며 그 외에도 심장이 이탈하지 않고 그 자리를 유지하게 해주는 역할을 수행한다.

또한 심장이 뛰는 주기 동안 마찰을 감소시켜 준다. pericardial fluid를 sac으로 분비하여 마찰을 감소시킨다.

단세포 박테리아라고 할지라도 만드는 데 필요한 모든 정보를 인코딩하기 위해서는 많은 양의 DNA가 필요하다. 그래서 우리 몸과 같은 다세포 유기체를 만들기 위해 정보를 인코딩하기 위해서는 훨씬 더 많은 DNA가 필요하다. 각각의 인간 세포는 약 2미터(마이크로)의 DNA를 포함하고 있지만 세포핵은 지름이 5~8마이크로미터로 굉장히 작다. 이렇게 작은 공간에 이 모든 재료를 집어넣는 것은 아주 미세한 실 40km(24마일)정도에 테니스 공정도 되는 공간에 접어서 넣으려고 하는 것과 같다고 할 수 있다.

진핵 세포에서 매우 긴 이중 가닥의 DNA 분자는 염색체로 분류된다. 이러한 DNA 분자는 핵 안에 쉽게 들어맞을 뿐만 아니라, 복제된 후에는 각 세포분열에서 두 개의 딸세포 사이에 쉽게 배분이 가능하다. DNA 포장이라고 부를 수 있는 이 복잡한 작업은 DNA를 결합하고 접는 전문 단백질에 의해 이루어지며, 점점 더 높은 수준의 조직을 제공한다. DNA가 얽히고설킨 이 관리하기 어려운 난장이 되는 것을 막는 일련의 코일과 루프를 생성한다. 하지만 여기서 봐야할 부분은, DNA는 관련된 모든 효소와 복제하고, 수리하고, 유전자의 발현을 통제하는 다른 단백질에 접근 가능한 상태로 유지되도록 하는 방식으로 압축된다.

박테리아는 전형적으로 하나의 원형 DNA 분자에 모든 유전자를 지니고 있다. 이 분자는 DNA를 응축하는 단백질과도 연관되어 있지만, 이 단백질들은 진핵 DNA를 포장하는 단백질과는 사뭇 다르다. 이 원핵생물 DNA를 박테리아 '염색체'라고 부르지만 원핵생물은 진핵생물 염색체와는 다른 구조를 가지고 있다. 하지만 원핵생물의 경우 어떻게 포장되고 응축되는지에 대해서는 알려져 있지 않다.

사람의 몸과 같은 진핵생물에서 핵의 DNA는 서로 다른 염색체들 사이에 분포한다. 예를 들어 인간의 핵에 있는 DNA에는 약 3.2 × 109 뉴클레오티드가 23 또는 24개의 다른 염색체 유형으로 분화되어 있다(남성은 Y 염색체 일부는 여성에게는 없는 여분의 염색체를 가지고 있다고 한다). 각각의 염색체는 관련 단백질과 연관된 엄청나게 긴 하나의 선형 DNA 분자로 구성되어 DNA의 미세한 실을 접어서 더 작은 구조로 포장된다. DNA와 단백질의 복합체를 크로마틴이라고 한다. DNA 포장에 관여하는 단백질 외에도, 염색체는 DNA 복제, DNA 수리, 유전자 발현에 관여하는 많은 다른 단백질들과도 관련되어 있다.

인간 세포는 각각 부체(아버지)로 부터 하나, 모체로부터 하나씩 받아서 각각의 염색체의 2개의 사본을 가지고 있다. 한 쌍의 모성 염색체와 부성 염색체를 동질 염색체(호몰로지)라고 한다. 유일하게 비혼성 염색체 쌍은 남성의 성 염색체인데, 여기서 Y 염색체는 아버지로부터, X 염색체는 어머니로부터 물려받는다. (여성은 각 부모로부터 하나의 X 염색체를 물려받으며 Y 염색체가 없다.).

염색체들은 각각 크기가 다를 뿐 아니라 다양한 기법으로 인간의 염색체를 서로 구별할 수 있다. 각 염색체는 다른 형광 염료에 결합된 특정 DNA 분자의 집합을 사용하여 다른 색을 "도색, 염색"할 수 있다. 이것은 DNA 혼합화라고 불리는 기술로 설명할 수 있다. 

이것은 상호 보완적인 베이스 페어링을 이용한다. 한 염색체를 다른 염색체와 구별하는 더 전통적인 방법은 염색체에 특정 유형의 DNA 염료에 결합하는 염색체를 염색하는 것이다. 이러한 염료는 주로 A-T 뉴클레오티드 쌍이 풍부한 DNA와 G-C가 풍부한 DNA를 구별하며, 각각의 염색체 유형을 따라 예측 가능한 띠 패턴을 생성한다. 그래서 이러한 패턴은 각 염색체를 식별하고 번호를 매길 수 있다.

인간 염색체 46개의 전체 집합을 순서대로 표시하는 것을 인간 핵형(karyotype)이라고 한다. 염색체의 일부가 손실되거나 염색체 간에 전환되면 이러한 염색체 비정상적인 변화들이 감지될 수 있다. 세포유전학자들은 염색체 핵형을 분석하여 유전적 염색체 결함 및 특정 암과 연관된 염색체 이상을 검출할 수 있다.

염색체의 가장 중요한 기능은 유전자의 기능 단위인 유전자(Gene)를 옮기는 것이다. 유전자는 종종 특정 단백질이나 RNA 분자를 만드는 지침을 포함하는 DNA의 한 부분으로 정의된다. 유전자에 의해 암호화된 대부분의 RNA 분자는 이후 단백질을 생성하고 합성하는데 사용된다. 그러나 어떤 경우에는 RNA 분자가 최종 산물이기도 하다. 이러한 RNA 분자는 단백질과 같이 구조, 촉매, 유전자 조절 역할을 포함하여 세포 내에 다양한 기능을 가지고 그 기능을 수행하고 있다.
세포나 유기체의 모든 염색체에 의해 운반되는 총 유전 정보는 그 게놈을 구성한다.

일반적으로 유기체의 구조나 기능이 복잡할수록 게놈(Genome)은 더 커진다. 그러나 이 관계가 항상 정비례하는 것은 아니다. 예를 들어 인간의 게놈은 효모 S. 세레비시아에 비해 200배 크지만, 어떤 식물에 비해 30배 작고, 일부 아메바 종에 비해 최소 60배 작다. 게다가 염색체 위에 DNA가 어떻게 분포되는지도 종마다 다르다. 인간은 총 46개의 염색체(n=23) 가지고 있지만, 작은 사슴의 한 종은 7개밖에 되지 않는 반면, 어떤 잉어 종은 100개 이상의 염색체를 가지고 있다. 게놈 크기가 비슷한 밀접하게 연관된 종이라도 염색체의 숫자와 크기가 매우 다를 수 있다. 따라서 유전자 수는 종들의 복잡성과 대략적으로 관련이 있지만 유전자 번호, 염색체 번호, 전체 게놈 크기 사이의 관계는 결코 단순하지 않다.

기능성 염색체를 형성하기 위해서는 DNA 분자가 단순히 유전자를 운반하는 것 이상의 일을 해야 기능성 염색체라고 볼 수 있다. 예를 들면 복제될 수 있어야 하고, 복제된 복제본은 균등하게 그리고 안정적으로 이상없이 분리되어야 한다.
각 세포분할에 딸세포 두 개를 형성해야하며 감수분열 외에는 균등분열이 이루어져야한다.

염색체가 분열하는 그 중간의 과정은 광현미경으로 쉽게 구별할 수 없다. 왜냐하면 염색체는 세포핵에서 DNA의 길고 얇고 엉킨 실을 길게 뻗고 있기 때문이다. 우리는 이 확장된 상태의 염색체를 상간염색체라고 부른다. 모든 진핵생물에서 발견되는 전문화된 DNA 시퀀스는 DNA 복제가 중간 단계에서 효율적으로 이루어지도록 보장한다. 한 유형의 뉴클레오티드 시퀀스는 복제 원점으로 작용하며, 여기서 DNA 복제가 시작된다. 진핵 염색체는 긴 DNA 분자가 빠르게 복제되도록 하기 위해 많은 복제 원본을 포함하고 있다. 또 다른 DNA 염기서열은 염색체의 양쪽 끝에 말단소립(텔로미어-telomere)을 형성한다. 텔로미어는 염색체 끝을 복제하는 데 필요한 반복적인 뉴클레오티드 시퀀스를 포함한다. 그들은 또한 DNA 분자의 끝을 덮어서 세포에 의해 수리가 필요한 부서진 DNA로 잘못 인식되는 것을 막는다.

나이가 들수록 텔로미어의 길이는 짧아진다. 분열을 거듭할 수록 텔로미어가 사용되고 그 길이가 짧아지기 때문이다. 노화의 일련의 과정이다.

진핵 염색체에는 또한 중복 염색체가 M 단계 동안 분리될 수 있도록 하는 세 번째 유형의 특수 DNA 염기서열도 포함되어 있다. 세포 주기의 이 단계 동안, DNA는 점점 더 작은 구조를 채택하여, 결국 고도로 압축되거나 유사 염색체를 형성한다. 이것은 중복 염색체를 눈으로 쉽게 확인할수 있는 시기라고 할 수 있다. 염색체가 응축되면 각 염색체의 복사본이 각 딸세포에 분리될 수 있도록 하는 방법으로 체세포는 쌍으로 이루어진 스핀들을 각각의 중복 염색체에 붙인다. 

진핵 염색체를 형성하기 위해 DNA에 결합하는 단백질은 전통적으로 히스톤과 비히스톤 염색체 단백질이라는 두 가지 일반 종류로 나뉜다. 히스톤은 상당한 양(각 세포에 여러 가지 다른 유형의 6천만개 이상의 분자가 존재한다)이 존재하며, 염색체의 총 질량은 DNA 자체의 질량과 거의 같다. 핵 DNA를 가진 두 종류의 단백질 복합체를 크로마틴이라고 한다.

히스톤은 1974년에 발견된 크롬틴 포장의 첫 번째와 가장 근본적인 레벨인 뉴클레오솜을 담당한다. DNA를 이루고 있는 기본적인 단백질이라고 할 수 있다. 상간핵이 매우 부드럽게 열리고 그 내용물이 전자현미경으로 검사될 때, 대부분의 크롬틴은 직경이 약 30nm인 크로마틴 섬유의 형태를 띤다. 만약 이 크로마틴이 부분적으로 펴지게 하는 치료를 받게 되면, 전자현미경에서 관찰 했을 때 실에 꿰어진 구슬의 형태로 관찰할 수 있다. 여기서 실은 DNA이며, 각각의 구슬은 뉴클레오솜 코어 입자인데, 이 입자는 히스톤에서 형성된 단백질의 핵에 감겨 있는 DNA로 구성되어 있다.

뉴클레오솜 코어 입자의 구조는 먼저 그 펼쳐지는 크로마틴(cromatine)에 있는 "실에 꿰어진 구슬"을 뉴클레오티드(nucleotide)라고 하는 효소로 처리하여 뉴클레오티드 사이의 인광체 결합을 절단하여 DNA를 분해한 후 결정되었다.

단기간 소화를 한 후, 코어 입자 사이에 노출된 DNA, 즉 연결 DNA만 분해되어 코어 입자가 분리된다. 개별 뉴클레오솜 코어 입자는 8개의 히스톤 단백질(히스톤 H2A, H2B, H3, H4의 각각 2개의 분자)과 이 히스톤 옥타머 주위를 감는 147개의 긴 이중 가닥 DNA 쌍으로 구성되어 있다. 이 뉴클레오솜의 중심 코어분자의 고해상도 구조는 DNA를 타이트하게 감싸고 있고 1.7바퀴의 왼쪽방향 나선을 만들며 디스크 모양의 히스톤 옥타머의 분자적 구조의 비밀을 풀면서 1997년에 그 실마리가 풀린다.

참고: BIO/Alberts, Essential Cell Biology 4th edition

세포간 정보는 다양한 형태로 제공될 수 있으며, 통신은 종종 한 형태에서 다른 형태로 정보를 전달하는 신호를 변환하는 것을 포함한다.

예를 들어 핸드폰 전화로 친구로부터 전화를 받으면 공중으로 이동하는 무선신호를 음파로 변환시켜 듣는 것이다. 이러한 변환 과정을 신호 전달이라고 한다.
세포 사이를 오고가는 신호는 우리가 보통 일상생활에서 주고받는 종류의 대화나  메시지보다 간단하다. 세포간의 일반적인 통신에서, 신호 세포는 표적 세포에 의해 감지되는 특정한 유형의 세포외 신호 분자를 생성한다. 인간의 대화에서와 같이 대부분의 동물 세포는 신호를 보내고 받고, 따라서 신호 세포와 표적 세포의 역할을 할 수 있다.

대상 세포는 특별히 신호 분자를 인식하고 반응하는 수용체(Receptor)를 가지고 있다. 신호 전달은 표적 세포의 수용체가 들어오는 세포외 신호를 수신하여 세포의 행동을 변화시키는 세포내 신호 분자로 변환할 때 시작된다.

다세포 유기체의 세포는 서로 의사소통을 하기 위해 수백 종류의 세포외 신호 분자를 사용한다. 신호 분자는 단백질, 펩타이드, 아미노산, 뉴클레오티드, 스테로이드, 지방산 유도체 또는 심지어 용해된 가스일 수 있지만, 그들은 모두 메시지를 전달하기 위해 단지 소수의 기본적인 의사소통 방식을 이용한다.

다세포 유기체에서 가장 "공개적인" 형태의 세포 대 세포 통신은 신호를 동물의 혈류나 식물의 수액으로 분비하여 전신에 신호를 송신하는 것을 포함한다. 이러한 방법으로 사용되는 세포외 신호 분자를 호르몬이라고 하며, 동물에서는 호르몬을 생성하는 세포를 내분비세포라고 한다. 예를 들어, 췌장의 일부는 인슐린을 포함한 여러 호르몬을 생성하는 내분비샘으로, 이것은 전신의 세포에서 포도당 흡수를 조절하여 혈중 혈당 농도를 조절한다.

다소 덜 공공적인 것은 Paracrine Signal Pathway이다. 이 경우 혈류로 들어가는 대신 신호분자는 세포외액을 통해 국소적으로 확산되어 그들을 분비하는 세포의 근처에 남아 있게 된다. 따라서, 근처 세포에서 국소 중재자 역할을 한다. 감염 부위의 염증을 조절하거나 치유 상처 기능의 세포 증식을 조절하는 신호 분자의 상당수는 이런 식으로 작용한다. 어떤 경우에, 세포들은 그들 자신이 생산하는 지역 매개자들에게 반응할 수 있는데, 이것은 Autocrine 신호라고 불리는 Paracrine 의사소통의 한 형태다. 암세포는 때때로 이 방법을 통하여 암세포 자신의 생존과 확산을 촉진한다.

신경 신호는 제3의 형태의 세포 통신이다. 내분비세포와 마찬가지로 신경세포도 장거리로 메시지를 전달할 수 있다. 그러나 뉴런 신호의 경우, 메시지는 널리 전달되지 않고 대신에 개인 라인을 통해 개별 표적 세포로 신속하고 구체적으로 전달된다.

뉴런의 축은 뉴런 세포체로부터 멀리 떨어져 있을 수 있는 표적 세포의 특수 접합부(시냅스)에서 종료된다. 예를 들어 성인 인간의 척수에서 엄지발가락까지 뻗어 있는 축은 길이가 1미터 이상이 될 수 있다. 환경이나 다른 신경 세포로부터의 신호에 의해 활성화되면, 뉴런은 최대 100 m/sec의 속도로 축을 따라 질주하는 전기 자극을 보낸다. 축음기 단자에 도달하면 이러한 전기적 신호는 화학적 형태로 변환된다.

각 전기적 자극은 신경 단자를 자극하여 신경 전달기라 불리는 세포외 신호 분자의 방출을 자극한다. 그런 다음 신경전달물질은 Axon terminal의 막과 표적 세포의 막 사이를 분리하는 좁은(<100 nm) 간격을 가로질러 확산되어 1 msec 미만의 시간에 목적지에 도달한다.
신호 매개 세포 대 세포 통신의 네 번째 방식(가장 짧은 범위라고 할 수 있다.)은 비밀 분자의 방출을 요구하지 않는다. 대신에, 세포들은 신호를 통해 직접적인 물리적인 접촉을 한다.

예를 들어, 배아 발달단계 중에, 이러한 촉각 의존적 신호는 처음에 유사한 인접 세포가 특성화되어 신호 세포의 플라즈마 막과 표적 세포의 플라즈마 막에 내장된 수용체 단백질을 형성할 수 있도록 한다. 배아 발달 동안, 그러한 촉각 의존적 신호는 초기에 유사한 인접 세포가 다른 유형의 세포로 전문화될 수 있도록 한다.

이러한 다양한 신호 방식을 이해하기 위해서 흥미로운 강의, 또는 콘서트나 축구 게임을 광고하려고 한다고 상상해 본다고 하자. 내분비 신호는 라디오 방송국을 통해 정보를 방송하는 것과 비슷할 것이다. 국부적인 Paracrine 신호는 당신의 이웃에 있는 선택된 게시판에 전단지를 붙이는 것과 같다고 할 수 있다. 장거리지만 개인적인 신호는 전화, 문자 메시지 또는 이메일과 유사할 수 있으며, 연락 의존적인 신호는 좋은 구식 대면 대화처럼 될 것이다. Autocrine 신호에서는, 당신은 자신에게 출석하라고 상기시키는 메모를 작성하는 것처럼 신호전달 표적 대상이 곧 자기 자신이 되는 것이다.

다세포 유기체의 전형적인 세포는 그 환경에서 수백 개의 다른 신호 분자에 노출된다. 이러한 신호분자들은 세포 외 유체에서 자유로워질 수 있으며, 대부분의 세포가 존재하는 세포 외 기질에 내장되거나 인접 세포의 표면에 결합될 수 있다. 각 세포는 세포의 특수 기능에 따라 일부 신호를 무시하고 다른 세포에 반응하는 이 혼합물에 매우 선별적으로 반응해야 한다.

세포가 신호 분자에 반응하는지는 무엇보다도 그 신호에 대한 알맞은 수용체를 가지고 있느냐에 달려 있다. 각 수신기는 대개 하나의 신호 유형에만 의해 활성화된다. 각 신호에 반응하는 적절한 수용기(Receptor)가 없으면, 세포는 신호를 받아들이고 그에 따른 알맞은 세포신호 반응하지 않을 것이다. 가능한 수천 개의 수용체 중에서 제한된 일련의 수용체만 생성함으로써, 세포는 그것에 영향을 줄 수 있는 신호의 종류를 제한한다.
물론 이 제한된 세포외 신호 분자 집합조차도 대상 세포의 행동을 매우 다양한 방법으로 변화시킬 수 있다. 그들은 세포의 모양, 움직임, 신진대사, 유전자 발현 또는 조합을 바꿀 수 있다. 우리가 보게 될 것처럼, 세포 표면 수용체로부터의 신호는 일반적으로 일련의 세포내 신호 분자를 통해 표적 세포 내부로 전달된다. 이 분자들은 순차적으로 작용하고 궁극적으로 표적 세포의 행동에 직접적인 영향을 미치는 이펙터 단백질(Effector protein)들의 활동을 변화시킨다. 

이 세포내 릴레이 시스템과 그것이 작용하는 세포내 이펙터 단백질은 전문화된 세포의 종류마다 다르기 때문에, 다른 종류의 세포들이 같은 신호에 서로 다른 방식으로 반응한다. 예를 들어 심장 박동 조절기 세포가 신경전달물질인 아세틸콜린에 노출되면 세포 자극이 감소한다. 침샘의 경우 같은 신호에 노출되면 두 세포 유형 모두 수용체가 같지만 침의 성분을 분비한다. 결과 물이 달라지는 것이다. 또 하나의 예로 골격근에서 아세틸콜린은 다른 수용체 단백질과 결합하여 세포가 수축하게 한다. 따라서 세포외 신호분자만으로는 메시지가 아니다. 신호가 전달하는 정보는 표적 셀이 신호를 어떻게 수신하고 해석하느냐에 따라 달라진다.

전형적인 세포는 많은 종류의 수용체를 가지고 있다. 각 수용체는 각각 10개의 수용체를 가지고 있다.
수십만 부까지 이러한 다양성은 세포가 동시에 많은 다른 세포외 신호에 민감하게 만들고, 다른 조합에 사용되는 신호 분자의 비교적 적은 수가 세포의 행동을 미묘하고 복잡한 통제력을 발휘하도록 한다.

세포 응답의 이러한 "맞춤화"는 부분적으로 다른 신호에 의해 활성화된 세포내 릴레이 시스템이 상호 작용하기 때문에 발생한다. 따라서 한 신호의 존재는 종종 다른 신호의 효과의 변형을 야기한다. 신호의 한 조합은 세포가 생존할 수 있도록 해줄 수 있고, 다른 조합은 세포가 어떤 전문화된 방식으로 차별화되도록 할 수 있으며, 또 다른 조합은 세포가 분열하게 할 수 있다. 그 어떤 신호가 없는 경우 대부분의 동물 세포 자살하도록 프로그램되어 있다.

세포가 세포 밖의 신호에 반응하는 데 걸리는 시간의 경우는 메시지가 수신되면 어떤 일이 일어나야 하는지에 따라 크게 다르다. 일부 세포외 신호는 빠르게 작용한다. 아세틸콜린이 골격근세포를 자극하여 밀리초 이내에 수축하고 침샘 세포를 1분 정도 내에 분비하도록 한다. 이러한 빠른 반응은 각각의 경우에 신호가 표적 세포 안에 이미 존재하는 단백질들의 활동에 영향을 미치기 때문에 행군 명령을 기다리기 때문에 가능하다.

다른 응답은 시간이 더 걸리기도 한다. 적절한 신호 분자에 의해 유발될 때 세포 성장과 세포 분열의 경우는 실행하는데 많은 시간이 걸릴 수 있다. 이러한 세포외 신호에 대한 반응은 유전자 발현과 새로운 단백질의 생성을 필요로 하기 때문이다.

세포내 수용체 단백질에 의존하는 신호 분자의 중요한 범주 중 하나는 코티솔, 에스트라디올, 테스토스테론을 포함한 스테로이드 호르몬과 티록신과 같은 갑상선 호르몬이다. 이러한 모든 소수성 분자는 표적 세포의 원형질막(plamsa membrane)을 통과하여 세포질이나 핵에 위치한 수용체 단백질에 결합한다.

인지질 이중층으로 이루어져 있기 때문에 소수성 분자들은 쉽게 통과할 수 있다. 하지만 펩티드계 호르몬과 같은 친수성 분자들은 통과할 수 없으므로 수용체가 세포 바깥에 존재하게 되는 것이다.

세포성 수용체와 핵 수용체 모두를 핵 수용체라고 하는데, 호르몬 결합에 의해 활성화되면 핵에서 전사 조절기 역할을 하기 때문이다. 비임계 세포에서 핵 수용체는 일반적으로 비활성 형태로 존재한다. 호르몬이 결합하면 수용체는 단백질을 활성화시키는 변화를 일으켜 특정 표적 유전자의 전사를 촉진하거나 억제할 수 있게 된다. 각 호르몬은 다른 핵 수용체에 결합되고, 각 수용체는 DNA의 단백질을 합성하는 등 조절 작용한다. 게다가 주어진 호르몬은 보통 서로 다른 세포 형태의 다른 유전자 집합을 조절하여 다른 대상 세포에서 서로 다른 생리적 반응을 불러일으킨다.

모든 세포 표면 수용체 단백질은 세포외 신호 분자에 결합하여 그 메시지를 세포내 신호 분자로 전달하여 세포의 행동을 변화시킨다. 이러한 수용체 대부분은 세 가지 큰 종류 중 하나에 속하는데, 이 세 가지 종류는 그들이 사용하는 전달 메커니즘이 다르다.

1. 이온 채널 결합 수용기는 원형질막의 투과성을 선택한 이온으로 변화시켜 막 전위를 변화시키고, 조건이 맞으면 전류를 생성한다.
2. G단백질 결합 수용체는 막 결합, GTP 결합 단백질(G 단백질)을 활성화하고, 그 다음 플라즈마 막의 효소나 이온 채널을 활성화(또는 억제)하여 세포내 신호 전달을 단계별로 개시한다.
3. 효소 결합 수용체는 효소로서 작용하거나 세포 내부의 효소와 연관된다. 자극을 받으면, 효소는 세포내 신호 경로를 다양하게 활성화시킬 수 있다.

참고: BIO/Alberts, Essential Cell Biology 4th edition