<체온, 삼투조절, 배설>
1. 항상성
항상성(homeostasis) : 생명을 유지하는데 필요한 생리적 조건을 일정하게 유지시키는 것을
말하며 항상적 반응은 자율적이며 feedback에 의해 이루어진다.
음성피드백고리 (negative feedback loop) : 자극을 감소시키는 결과 초래
양성피드백고리 (positive feedback loop) : 자극을 증가시키는 방향으로 작용
2. 체온조절
(1) 체온조절의 범주
항온동물 (homeotherm) : 체온을 조절(내부 온도를 일정하게 유지)
변온동물 (poiklotherm) : 능동적으로 체온조절을 하지 않는 동물(체온이 환경의 온도와 비
슷)
이온동물 (heterothem) : 어떤 때는 체온을 조절하고 어떤 때는 환경의 온도를 그대로 따르
는 동물 체온조절 방법
① 내온성 조절 - 내부의 대사과정에 의해 발생한 열 이용
② 외온성 조절 - 외부(환경)의 열 이용
(2) 내온성 조절 (endothermic regulation)
일정한 체온을 유지하면 물질대사에 관련된 화학작용이 보다 일정하게 지속된다.
진화상 내온성동물이 출현함으로써 다양한 환경을 정복할 수 있는 방법이 나왔다는데 의미
가 있지만 단점으로는 많은 양의 에너지가 필요하다는 것을 들수있다.
조류나 포유류의 몸은 체온 변화에 잘 견디지 못한다. 몸 크기에 제한을 받는다 (몸 크기가
어느 정도 이하가 되면 열 생산이 열 손실을 따라갈 수 없다)
① 저온에 적응된 나방의 내온성 조절
밤나방류 (Noctuidae; 일시적으로 내온성이 되는 이온동물) → 비상근이 제기능을 하기 위
해서는 나방의 가슴부위가 30℃ 정도 되어야 한다. 밤나방류의 열의 보존 방법으로는 피부
를 덮는 털, 공기주머니, 두 개의 역류열교환구조등을 들수있다.
e.g. 역류열교환구조(countercurrent heat exchange) : 따뜻한 혈액을 몸의 다른 부분으로 보
내는 혈관과 되돌아 오는 차가운 피를 운반하는 혈관이 평행하게 놓여 있어 차가운 피로 열
을 전달하는 방식.
② 참다랭이 (Bluefin Tuna)의 내온성 조절
체온조절 능력이 없는 물고기 : 주요 혈관이 많은 작은 가지로 나누어지고 몸에 퍼져 있다.
항온성 동물(참다랭이) : 동맥과 정맥이 거의 물고기 전체를 따라 뻗어 있으며 역류열교환
구조를 형성하고 있다.
혈관그물망 (rete mirable, wonderful net) - 검은색 수영근의 온도를 유지시켜 주는 효과적
인 역류교환구조이다.
③ 조류와 포유류의 체온조절
- 몸의 크기와 열의 생성
대사율 (metabolic rate) - 단위 시간당 생상되는 몸 전체의 에너지
몸의 크기와 대사율은 반비례한다.
- 열의 생성 방법 (화학에너지 → 열에너지)
i) 산화적 호흡 : ATP가 합성되면서 열 발생
ii) 떨기 (shivering)에 의한 열 생성
iii) 갈색지방 (brown fat) 사용 - 갈색지방 대사는 호르몬에 의해 시작되며 몸을 재빨리 정
상상태로 돌리는데 필요한 체열 제공
- 열의 손실을 줄이기 위한 메카니즘
역류열교환구조, 지방층, 털과 보호털
- 열 방출 메카니즘 : 피부와 호흡을 통해 일어나며 복사, 전도, 대류를 통해 방출
④ 행동에 의한 적응
내온성동물은 생리적인 내부 메카니즘이 체온조절을 제대로 할 수 없을 때 행동적으로도 조
절한다.
⑤ 내적인 체온조절
시상하부 : 뇌의 온도 감지 부위
시상하부의 체온조절 예
자율신경계를 통해 부신 자극 → 혈액에 에피네프린 방출 → 간에서 글리코겐을 포도당으로
전환 → 포도당이 혈액으로 방출 → 세포의 호흡활동 증가 → 열 생성
시상하부는 또 뇌하수체를 자극하여 갑상선 호르몬을 분비 → 갑상선에서 티록신 분비 →
세포의 호흡 활동 증가 → 열 생성 가속화
열 생산의 감소는 음성피드백에 의해 조절
(3) 외온성 조절 (ectothermic regulation)
외온성 조절 동물의 장점 : 대사에 필요한 에너지가 적게 든다.
외온성 조절 동물의 단점 : 환경의 열에 의지 → 밤이나 추운 계절동안 활동 위축
외온성동물의 추위에 대한 적응기작을 보면 빙점 이하에서의 세포 보호 : 물이 세포외 공간
에서 얼면 세포외액 농도가 높아져 삼투현상에 의해 세포는 탈수. 대부분의 외온성 동물은
체액 속에 부동물질(antifreeze)를 갖고 있어 어는 현상 방지
3. 삼투조절과 배설
(1) 질소노폐물의 생성
탈아미노화 반응(deamination) : 아미노기(-NH2)는 아미노산에서 떨어져 나와 암모니아로
제거 (암모니아는 물 속에 있는 수소원자와 결합하여 암모늄이온(NH4+)로 전환) 암모니아
는 요산과 요소로 전환된다.
요산(uric acid) - 반고체. 물에 녹지 않음. 곤충, 파충류, 조류의 질소노폐물
요소(urea) - 요산에 비해 용해도가 높다. 지렁이, 물고기, 양서류, 모든 포유류의 질소노폐
물. 물에 녹아 소변으로 배출
(2) 삼투환경
① 바다환경 : 생물체의 체액보다 더 높은 나트륨, 염소 등을 포함하고 있는 고장액
(hyperosmotic)이고, 그들의 몸은 저장액 (hypoosmotic)이다.
삼투순응형 동물 - 주변의 농도에 적응하여 몸 내부의 농도를 수동적으로 변화
⇒ 고장액인 해양환경에 대하여 혈액과 조직 내에 요소 농도를 높임으로써 바깥의 해수와
동등한 삼투조건 형성
능동수송을 통해 염을 밖으로 배출 → 과도한 염의 섭취 방지
삼투조절형 동물 - 주변의 염도 변화에 상관없이 내부의 용매 농도를 일정하게 유지
삼투조절 기관 : 아가미 → 염류선(salt gland)을 가지고 있어 염을 능동적으로 혈액 밖으로
수송
② 민물의 환경 : 민물 속에 사는 생물에 비해 저장액이기 때문에 삼투현상을 통해 세포내
로 물이 들어간다. 나트륨, 칼륨, 마그네슘 등이 부족 → 이온 확산 원리에 따라 생물체에서
주변환경으로 빠져 나간다.
편형동물(플나리아) - 불꽃세포 (flame cell) 혹은 원신관 (protonephridium)이 삼투조절기관
과 배설기관의 역할을 한다. 세포간액 속의 물은 음세포작용 (pinocytosis)을 통해 불꽃세포
로 이동 → 불꽃세포의 섬모에 의해 관을 따라 배설공으로 운반
민물고기 - 신장은 물을 보존하도록 적응되지 않았다 → 고도로 희석된 오줌 생성. 능동수
송을 통해 농도 차를 역행하면서 염을 세포내로 수송한다.
양서류 - 올챙이는 암모니아로 질소노폐물 배설, 개구리는 요소 형태로 배설. 피부를 통해
주변으로부터 세포내로 염을 능동적으로 수송한다.
③ 육상의 환경 : 물을 많이 먹고 효율적으로 물을 보존하는 배설계. 물을 잘 통과시키지 않
는 피부. 탈수의 문제
[육상 무척추동물]
지렁이 : 신관 (nephridium)에 의해 재흡수
⇒ 물, 미네랄 등의 필수물질들은 혈액으로 재흡수되고, 용해되어 있는 노폐물은 외신문
(nephridiopore)이라는 구멍 통해 배출
절지동물 : 왁스로 된 방수성 각피. 보호가 잘되는 호흡기관. 요산으로 질소노폐물 배출
곤충 : 말피기관(Malpighian tubule; 장에서 노폐물을 흡수하여 물에 녹지 않는 요산 결정으
로 전환) - 속이 비고 끝이 막혀있는 관상구조. 중장(midgut)과 후장(hindgut)이 결합되는
부위에 연결
※ 곤충의 수분 보존 방법
i) 희석을 위해 물이 필요치 않는 질소노폐물 형태로 배설
ii) 말피기관으로부터 오는 액체가 후장 벽에서 재흡수
육상 척추동물 - 파충류와 조류는 요산을 생성함으로써 물 보존
요산 생성은 알을 낳기 때문에 생긴 방법 → 알은 요산으로부터 안전하게 격리될 수 있다.
4. 사람의 배설기관
신장의 역할 : 질소성 노폐물인 요소를 배설하고 수분과 미네랄을 보존하고 조절해준다.
(1) 사람의 배설계
신장(kidney) : 피질(cortex), 수질(medulla), 신우(renal pelvis)로 구성되어 있으며 피질은
네프론(nephron; 신장의 여과단위)과 그에 분포하는 혈관으로 구성되어 있다. 네프론은 보먼
주머니와 세뇨관(renal tuble)으로 구성되어 있으며 수뇨관(ureter), 요도(urethra), 신장에 분
포하는 혈관등을 포함한다.
뇨의 생성 : 네프론이 혈액으로부터 여과되어 온 물질들을 받음으로써 뇨 (urine) 생성을 시
작한다. 생성된 뇨는 집합관 (collecting duct)을 통과하여 신우로 이동 → 수뇨과 → 방광
→ 요도로 방출됨.
(2) 네프론의 구조
① 보먼주머니 (Bowman's capsule) : 모세혈관 덩어리인 사구체 (glomerulus)를 둘러싸며,
이 주머니에서 세뇨관이 시작
사구체 - 신장동맥의 한 가지인 수입소동맥 (afferent arteriole)에서 나오는 모세혈관으로
구성. 수출소동맥 (efferent arteriole)은 네프론 전체에 모세혈관망 형성. 이런 혈관들은 네프
론의 주요 기능인 사구체에서의 여과와 세뇨과에서의 재흡수에 결정적 역할을 수행한다.
② 세뇨관
기부세뇨관 (proximal convoluted tubule) - 물을 보존하는 모든 신장에서 발견되며 사막에
사는 포유류에서는 더욱 발달해있다. 헨레고리 (loop of Henle)를 형성한 후 다시 꼬여서 말
부세뇨관 (distal convoluted tubule)을 형성한다.
방사구체장치(juxtaglomerular complex) - 수입소동맥과 말부세뇨관이 접촉해 있는 것을 말
하며, 나트륨의 재흡수에 매우 중요한 역할 수행
(3) 네프론의 작용
네프론의 기능 : 여과, 능동수송, 엔도시토시스, 엑소시토시스, 확산, 삼투현상, 역류교환.
① 보먼주머니 - 신장동맥으로부터 분지된 수입소동맥은 보먼주머니로 들어가 사구체 (혈액
전체 부피의 약 1/5이 모세혈관을 통해 보먼주머니로 여과)라는 모세혈관 덩어리 형성함.
여과된 물질 … 대부분 이온과 작은 분자(포도당, 아미노산, 요소 등을 포함)
② 기부세뇨관에서의 재흡수 - 기부세뇨관을 통과할때 고장액의 수출소동맥과 접촉하면서
삼투압 차로 인해 물이 뇨로부터 재흡수됨. 나트륨, 포도당, 아미노산 등도 능동수송에 의해
세뇨관 주변 세포로 유입된다.
나트륨 이온 … 나트륨-칼륨 펌프에 의해 이동 (∴칼륨이 펌프되어 들어옴) 염소이온은 수
동적으로 나트륨이온을 따라 들어감
기부세뇨관을 떠날 때의 여과액 … 요소, 여러 독성물질(암모니아, 크레아틴, 요산), 약간의
염류, 상당한 양의 물
③ 헨레고리의 작용 - 여과액 속에 있는 대부분의 물과 염은 헨레고리와 집합관에서 혈액
으로 재흡수
네프론의 역류 메카니즘 … 네프론 밖 주변의 염(나트륨과 염소이온)과 요소의 농도 농축
→ 주변이 고장액이 되어 물은 바깥으로 확산
헨레고리의 하행지 … 헨레고리와 집합관은 수질 속에 있는데 수질의 조직액은 상대적으로
고장액이므로 확산에 의해 물을 잃고 염을 얻는다.
헨레고리의 상행지 … 염이 네프론으로부터 주변 조직으로 능동수송 → 신장 수질 부분은
세뇨관 내의 뇨에 비해 고장 상태 유지
④ 말부세뇨관과 집합관에서의 재흡수
말부세뇨관 … 물은 이온 기울기를 따르는데 염과 물을 잃은 세뇨관내의 여과액은 근처 모
세혈관과 등장 상태가 되므로 물은 이동하지 않음
집합관 … 고장 상태의 수질에 있다(물은 밖으로 확산)
요소에 대한 역류메카니즘 형성 → 수질로 확산
⑤ 세뇨관 분비(tubular secretion) - 재흡수와 반대로 물질을 모세혈관으로부터 집합관과
말부세뇨관 쪽으로 수송하는 것을 말하며 보먼주머니에서 여과되지 않고 혈액에 남은 물질
(암모니아, 수소이온, 칼륨이온, 유기산, 크레아틴 등) ⇒ 세뇨관 분비를 통해 모세혈관으로
부터 네프론으로 수송
(4) 네프론 기능의 조절
① 알도스테론 (aldosterone)의 조절 - 부신피질에서 분비되는 호르몬으로 나트륨의 양 조절
말부세뇨관의 방사구체장치 (juxlaglomerula complex) 세포들은 사구체로 들어가는 혈관내
의 혈압 변화 감지 ⇒ 혈압이 최적 상태 이하로 떨어지면 레닌 효소의 분비 자극 → 안지오
텐신 (angiotensin)이라는 혈액단백질 활성화 → 부신피질 자극하여 알도스테론 분지 촉진
→ 알도스테론이 말부세뇨관과 집합관 자극 ⇒ 나트륨 이온을 관 밖으로 방출 → 물이 뒤따
라 방출되고 혈압 증가
※ 알도스테론 조절 메카니즘의 중요성
i) 신장에서 일어나는 열과작용에 필요한 충분한 혈압 유지
ii) 알도스테론에 의해 나트륨 수송이 증가되면 칼륨이온의 배출도 증가
② 항이뇨호르몬 (antidiuretic hormone, ADH)의 조절
집합관의 상피세포로 하여금 물에 대한 투과도를 높게 하여 물을 혈액으로 수송 → 혈액의
삼투농도가 회복되면 항이뇨호르몬(ADH)의 분비 감소 → 뇨의 양이 늘어남
e.g. 시상하부가 자극되면 갈증을 느낌 → 물을 마시면 혈액은 묽게됨 → 시상하부는 ADH
의 분비 중지 → 뇨의 양 증가
* 오영민님에 의해서 게시물 이동되었습니다 (2004-05-08 18:14)
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