골격근 자극이 끝난 뒤 이완이 일어나려면 필요한 과정으로 옳은 것은?

Ca²⁺-ATPase가 세포질 Ca²⁺를 근소포체로 회수하면 트로포닌에서 Ca²⁺가 떨어지고 결합 부위가 다시 가려진다. ATP는 미오신과 액틴의 분리에도 필요하다. 이완은 단순히 에너지가 없어지는 과정이 아니다.

[근거] OpenStax Anatomy and Physiology 2e, Chapter 10 — https://openstax.org/books/anatomy-and-physiology-2e/pages/10-chapter-review

골격근의 이완은 단순히 자극이 사라졌다고 해서 저절로 일어나는 수동적 과정이 아니라, 세포질에 남아 있는 칼슘 이온(Ca²⁺)을 얼마나 빠르고 효율적으로 제거하느냐에 달려 있습니다. 수축이 일어나려면 근소포체(sarcoplasmic reticulum, SR)에서 세포질로 방출된 Ca²⁺가 트로포닌(troponin)에 결합하여 액틴-미오신 상호작용을 허용해야 하는데, 이완은 이 과정을 정확히 반대로 되돌리는 능동적 회수 작업입니다. 근소포체 막에 존재하는 칼슘 ATPase(SERCA)가 ATP를 가수분해하여 얻은 에너지로 세포질의 Ca²⁺를 근소포체 내강으로 퍼올리는 재흡수(reuptake)가 일어나야만 세포질 Ca²⁺ 농도가 낮아지고, Ca²⁺가 트로포닌에서 떨어지면서 액틴-미오신 결합이 해제됩니다 ^[1][2][4]. 근육 이완의 본질은 SERCA가 ATP를 사용하여 Ca²⁺를 근소포체 안으로 능동적으로 회수하는 과정입니다.

각 보기를 살펴보면, 2번과 3번은 오히려 수축 상태를 유지하거나 강화하는 방향입니다. 트로포닌에 Ca²⁺가 계속 결합해 있으면 액틴과 미오신의 결합 부위가 계속 노출되어 수축이 지속되고, 근소포체가 Ca²⁺를 세포질로 방출하는 것은 수축을 유발하는 신호이기 때문입니다. 4번은 미오신이 액틴에서 떨어지려면 ATP가 반드시 필요하다는 점에서 틀렸습니다. 사후강직(rigor mortis)이 ATP 고갈 시 근육이 굳는 현상인 것을 떠올리면 이해하기 쉽습니다. 5번의 액틴 필라멘트 분해는 정상적인 수축-이완 주기에서는 일어나지 않는 병리적 상황입니다.

혼동 주의! Ca²⁺가 근소포체에서 세포질로 나오는 통로는 라이아노딘 수용체(ryanodine receptor)이고, 세포질에서 근소포체로 되돌아가는 통로는 SERCA입니다. 방출은 농도 기울기에 따른 확산에 가깝지만, 회수는 ATP를 쓰는 능동 수송입니다 ^[4]. 핵심! 골격근에는 SERCA의 아형이 존재하는데, 지근(slow-twitch)은 주로 SERCA2가, 속근(fast-twitch)은 SERCA1이 담당합니다 ^[1][2]. 속근에서는 MCARE라는 단백질이 SERCA1을 억제하는 마이오레귤린(myoregulin)을 경쟁적으로 막아 Ca²⁺ 회수를 촉진하므로, 빠른 이완이 가능해집니다 ^[2].

임상적으로 근경련(muscle cramp)은 이러한 이완 종결 과정의 장애로 볼 수 있습니다. 운동이나 혈액투석 중 발생하는 근경련은 운동신경의 과흥분뿐 아니라, 세포질 내 Ca²⁺ 제거가 지연되거나 불완전하여 수축이 끝나지 못하는 상태로 통합적으로 설명됩니다 ^[3]. Ca²⁺ 재흡수가 원활하지 않으면 액틴-미오신 상호작용이 유지되어 근육이 이완되지 못합니다. 따라서 이완을 위한 최소 조건은 ATP가 존재하는 상태에서 SERCA가 Ca²⁺를 근소포체 내부로 회수하는 것입니다.