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단백질의 구조는 1차, 2차, 3차, 4차구조등 네단계로 표시할 수 있다. 단백질 구조의 네 단계 구조는 전화 수화기 코드 모양으로 설명할 수 있다. 1차구조는 코드가 펼쳐져 있는 모양이고, 2차구조는 코일 형태로 꼬여 있는 코드 모양이며, 3차 구조는 코일 형태의 코드가 루프를 이루거나 여러 겹으로 감겨 있는 모양이고 4차 구조는 두 개의 3차 구조를 가진 코드가 서로 싸고 있는 모양이다. 지금부터 단백질과 전화코드 사이의 유사성을 단백질 구조와 연결시켜 보자. 단백질의 1차 구조는 사슬 내부의 펩티드 결합에 의해 결정되는데 단백질의 아미노산 서열을 의미한다. 단백질의 2차 구조는 같은 분자 안에 있는 어떤 아미노산 아미노기의 수소원자와 다른 아미노산 카르복실기의 산소원자 사이에 수소결합에 의해 만들어지는 단백질 구조의 형태다. 이러한 수소결합은 단백질의 3차 구조를 결정하는 데 중요한 알파-helix 및 베타-sheet 구조 같은 다양한 형태를 이루게 한다. 

3차구조는 단백질 내의 아미노산이 가지고 있는 서로다른 R기 사이의 상호작용에 의해 만들어진다. 각 R기는 서로 다른 화학적 성질을 가지고 있음을 기억하자. 아미노산 종류에 따라서 일어날 수 있는 R기의 상호작용의 종류는 수소결합, 이온결합, 반데르발스힘, 공유결합 이 네가지가 있다. 수소결합은 극성 R기 사이에 만들어질 수 있다. 이온결합은 이온화되거나 전하를 띤 R기 사이에 만들어질 수 있다. 반데르발스 힘은 한 원자의 전자와 다른 원자의 양성자 간에 일어나는 전기적 인력이다. 공유결합은 두 개의 시스틴 분자의 R기에서 일어난다. 시스틴 R기는 -SH이며 시스틴 사이의 공유결합을 이황화결합이라 부른다. 

4차구조는 두 개 이상의 폴리펩티드로 이루어진 단백질에만 존재한다. 대표적인 예가 헤모글로빈인데 적혈구에서 산소를 운반하는 역할을 한다. 헤모글로빈은 4개의 폴리펩티드로 구성된 단백질이다. 다른 단백질과 같이 헤모글로빈도 정확한 모양을 가져야 정상적인 기능을 한다. 

단백질의 입체적 구조는 선형 또는 구형으로 분류할 수 있다. 선형 단백질은 일반적으로 실과 같이 뻗어 있으며 구조적인 기능이나 수축의 기능을 가지고 있다. 선형 단백질의 예로는 힘줄이나 머리카락에 있는 콜라겐이나 근육세포에 있는 트로포미오신을 들 수 있다. 구형 단백질은 꼬이고, 접히고, 비정형적이며 크기가 크다. 구형 단백질의 여러 기능중에는 세포간의 신호전달 과정에서 화학신호전달물질의 기능, 화학신호전달 물질의 수용체 기능, 혈액에서 또는 세포막에서 물질의 이동이 일어나게 하는 운반체 단백질기능, 또는 우리 몸에서 화학반응을 매개하는 효소의 기능이 있다. 

구형단백질의 예로는 산소와 결합하는 미오글로빈, 화학신호전달물질인 성장호르면, 세포막 운반체인 Na+K+펌프 등을 들 수 있다. 몇 가지 단백질은 선형 및 구형의 구조를 함께 가지고 있다. 한 예로 근육에 있는 미오신은 구형의 머리 부위와 선형의 꼬리 부위를 가지고 있다.  

어떤 단백질은 다른 종류의 유기물분자가 결합하고 있다. 예를 들면 당단백질은 탄수화물과 결합하고 있으며 지단백질은 지방분자와 결합하고 있다. 당단백질과 지단백질은 세포막의 중요한 성분이다. 당단백질은 또한 면역계에서 자기세포를 구분하는 것과 같은 세포의 인식에도 관여한다. 지단백질은 혈액에도 있으며 지방의 이동에 중요한 역할을 한다. 

인지질은 인산기를 가지고 있는 지방이다. 글리세롤이 중추를 형성하고 있는 것은 트리글리세리드와 구조적으로 유사하다. 그러나 인지질은 세 개의 지방산을 가지는 대신 두 개의 지방산을 가지고 있으며 하나의 인산기가 글리세롤 중추의 3번 탄소에 연결되어 있다. 두개의 지방산은 인지질의 꼬리 부위를 형성하며 꼬리 부위는 긴 탄화수소사슬 때문에 비극성이다. 인산기에는 일반적으로 여러 종류의 분자가 결합하여 극성이 있는 인지질의 머리 부분을 형성한다. 그래서 인지질은 극성 부위와 비극성 부위가 있는 양쪽성 분자다. 양쪽성 성질로 인해 물이 있는 환경 또는 액성 환경에서 인지질의 독특한 특징이 나타난다. 극성 부위는 물과 잘 어울릴 수 있지만 비극성 부위는 물과 접하게 되고 비극성 부위는 서로 마주하게 된다. 인지질은 물이 있는 환경에서 생리적으로 중요한 구조인 인지질이중층이나 마이셀을 형성한다. 세포막의 중요한 구조인 인지질 이중층에서는 두 층의 인지질이 평행으로 배열되어 있다. 인지질의 꼬리 부위는 평행으로 안쪽에서 마주보고 있으며 머리 부위는 물이 있는 밖을 향하고 있다. 미셀은 단층의 인지질이 구형을 이루고 있는 구조다. 미셀은 비극성물질을 물이 있는 환경 내에서 이동시키는 역할을 한다. 인지질의 머리 부위는 밖으로 향해 물과 접하고 있다. 꼬리 부위는 안으로 향해 안쪽에 소수성 환경을 만든다. 

에이코사노이드

에이코사노이드는 변형된 지방산으로 세포간의 정보교환에 이용된다. 에이코사노이드는 20탄소로 이루어진 지방산으로부터 만들어지며 중앙에 5각 탄소꼬리를 가지고 있다. 5각 탄소꼬리로 인하여 에이코사노이드의 중앙 부위가 접혀 두 개의 탄화수소사슬이 평행으로 고리로 부터 밖으로 뻗어나간다. 프로스타글란딘(prostaglandins)과 트롬복산(thromboxans)이 에이코사노이드에 속한다. 

스테로이드 

스테로이드는 3개의 탄소 6각 고리와 1개의 탄소 5각 고리로 이루어진 독특한 구조를 가지고 있다. 가장 흔한 스테로이드는 콜레스테롤 이다. 대부분 비극성인 콜레스테롤 분자의 한쪽 끝에는 -OH기가 있어 약간의 양쪽성을 가지고 있다. 콜레스테롤은 세포를 싸고 있는 세포막의 중요한 성분이다. 또한 콜레스테롤은 모든 다른 종류의 스테로이드 전구체이다. 테스토스테론, 에스트라디올, 코르티솔 및 1,25디하이드록시 비타민 D3등의 스테로이드는 호르몬으로 작용한다. 

아미노산 

아미노산의 중합체는 두 아미노산을 펩티드결합으로 연결하여 만들어진다. 그래서 이러한 중합체를 폴리펩티드라 부른다. 두 개의 아미노산을 연결하는 펩티드결합은 한 아미노산의 아미노기와 다른 아미노산의 카르복실기가 응축반응을 통하여 결합하여 만들어진다. 응축반응은 물 한분자가 빠져나오면서 두 개의 작은 분자가 결합하는 반응이다. 폴리펩티드는 두 개에서 수백 개의 아미노산으로 연결되어 길이가 다양하다. 폴리펩티드의 이름은 길이나 기능에 따라 붙여진다. 일반적으로 아미노산 50개 미만으로 연결된 짧은 사슬을 펩티드라고 부른다. 단백질은 일반적으로 50개 이상 수백 개의 아미노산으로 연결된 것을 말한다. 단백질의 기능은 각 단백질의 입체구조와 밀접한 관련이 있다. 단백질의 구조는 1차, 2차, 3차 및 4차구조 등 네 단계로 표시할 수 있다. 단백질 구조의 네 단계 구조는 전화 수화기의 코드 모양으로 설명할 수 있다. 1차구조는 코드가 펼쳐져 있는 모양이고, 4차 구조는 두 개의 3차 구조를 가진 코드가 서로 싸고 있는 모양이다. 

탄수화물은 (CH2O)n 형태의 일반식으로 표시할 수 있으며 탄소, 수소, 산소가 1:2:1의 비율로 구성되어 있다. 이 일반식은 수화탄소로 또는 물로 둘러싸인 탄소로 해석할 수 있는 Cn(H2O)n으로 표시할 수도 있으며 이로인해 탄수화물이라고 명명되었다. 그러나 탄소원자가 물분자가아닌 -OH기 및 수소와 공유결합을 하고 있기 때문에 탄수화물이라는 이름은 오해를 불러일으킬 수 있다. 탄수화물 분자에 있는 여러 개의 수산기로 인해 탄수화물 분자는 극성을 띠며 쉽게 물에 녹는다. 분자의 크기에 따라서 탄수화물은 (1)단당류 (2)이당류 (3)다당류 세가지로 분류할 수 있다. 단당류는 하나의 구성단위로 이루어진 가장 간단한 당이다. 가장 흔한 단당류는 6탄당인 포도당인데 세포의 중요한 에너지원이다. 포도당의 일반식은 C6H12O6이다. 두 가지 흔한 6탄당인 과당과 갈락토오스도 포다당과 같은 화학식을 가지고 있다. 그러나 각각의 단당류분자는 원소들의 배열이 다르기 때문에 서로 다른 기하학적 성질을 가지고 있다. 리보오스와 디옥시리보오스도 일반적인 단당류로 5탄당이다. 이 두가지 단당류는 뒷부분에서 설명할 다른 종류의 생체분자인 뉴클레오티드의 중요한 구성성분이다. 

이당류는 두 개의 단당류가 공유결합으로 연결된 탄수화물이다. 흔한 이당류로는 포도당과 과당이 결합하여 만들어진 설탕과 포도당과 갈락토오스가 결합하여 만들어진 젖당이 있다. 설탕은 흔히 감미료로 쓰는 설탕이며 반면에 젖당은 젖 속에 있는 탄수화물이다.  단당류나 이당류의 이름에는 - ose를 사용한다. 

다당류는 여러 개의 단당류가 공유결합으로 연결되어 있다. 글리코겐은 포도당의 중합체로, 동물세포에있다. 우리 몸의 여러 종류의 세포는 포도당을 글리코겐 형태로 저장할 수 있으며 에너지원으로 포도당이 필요할 때 분해하여 사용한다. 녹말은 식물에서 발견되는 다당류다. 인간은 다양한 식물의 녹말을 섭취하며, 소화를 통하여 녹말을 포도당으로 분해하여 에너지원으로 사용한다. 셀룰로오스는 식물에서 발견되는 다른 종류의 다당류인데 사람이 섭취하기는 하지만 분해를 하지 못하며 에너지원으로 사용할 수 없다. 그래서 식이섬유로 알려진 셀룰로오스는 우리 소화기관을 빠져나간다. 다당류는 에너지 저장기능 외에 다음 단원에서 다룰 세포막의 중요한 구성성분이다. 

지방

지방은 주로 탄소와 수소가 비극성 공유결합으로 연결된 다양성을 가지고 있는 생체분자다. 그래서 지방은 일반적으로 비극성분자이며 물에 녹지 않는다. 대부분의 지방분자는 구조에 따라 약간의 산소원자를 가지고 있거나 몇가지 지방분자는 인산기를 가지고 있어 분자 내에 극성부위가 있다. 분자 내에 극성 부위와 비극성 부위를 가지고 있는 분자를 양쪽성 분자라고 한다. 구조적 또는 기능적 차이에 따라 지방을 다음과 같이 네종류로 분류한다. 1.트리글리세리드, 2. 인지질, 3. 에이코사노이드 , 4. 스테로이드 이렇게 4가지 이다. 

트리글리세리드

기름이라고 부르는 트리글리세리드는 한 분자의 글리세롤과 세 분자의 지방산으로 되어있다. 글리세롤은 세 개의 탄소로 구성된 알콜인데 트리글리세리드의 중추적 역할을 한다. 지방산은 한 쪽 끝에 카르복실기를 가지고 있는 긴 탄화수소사슬이다. 트리글리세리드는 세 분자의 지방산이 글리세롤 중추의 각기 다른 탄소에 연결되어 있다. 대부분의 지방산은 짝수의 탄소원자를 가지고 있으며 16또는 18개의 탄소를 가진 지방산이 가장 흔하다. 지방산 사슬에서 가장 중요한 점은 탄소 사이의 이중결합의 수다. 지방산 사슬에 이중결합이 없으면, 각 탄소 원자가 최대수의 수소원자와 결합해서 수소원자로 포화되어 있다. 그래서 포화지방산의 탄소는 단일결합만으로 연결되어 있다. 반면에 불포화지방산은 하나 이상의 탄소쌍이 이중결합을 하고 있으며 그 결과 탄소당 결합하는 수소의 수가 적다. 단가불포화지방산은 하나의 이중결합으로 연결된 탄소쌍을 가지고 있지만 다가불포화지방산은 여러개의 이중결합을 하고있는 탄소쌍을 가지고 있다. 지방산의 포화정도는 지방의 중요한 성질을 결정하며 중요한 임상진단 지표로 이용된다. 예를 들면 포화지방산은 혈관내 플라크 형성을 유도하여 혈관을 막아 뇌출혈이나 심장마비에 이를 수 있다. 트리글리세리드와 지방산은 비극성인 탄소-탄소, 탄소-수소 결합 때문에 비극성 분자다. 이러한 비극성 분자는 물에 녹지 않지만 비극성 용매인 기름에는 쉽게 녹는다. 

인지질과 에이코사노이드, 스테로이드에 대해서 다음포스팅에 올리도록 하겠습니다. 

사막에서 밤이 되면 한낮의 햇빛 아래에 왕성하게 움직이던 뱀, 도롱뇽, 곤충들은 어느정도 휴면이라고 할 수 있는 상태로 빠져든다. 거의 움직이지 못하는 것들도 많다. 이런 변화가 일어나는 이유는 온도가 떨어짐에 따라 이들 동물들의 몸이 차가워지고, 이에 따라 생화학적 반응을 비롯한 기타 대사 과정이 느려지기 때문이다. 반면 인간을 비롯한 포유동물은 주변온도의 변화에 영향을 덜 받는데 그 이유는 포유동물이 좁은 범위 안에서 체온을 유지하는 능력을 갖고 있기 때문이다. 이러한 능력을 가진 동물들은 정온동물이라고 부르며, 이러한 능력을 가지지 못한 동물들을 변온동물이라고 부른다. 

모든 동물은 대사산물로 열을 발생시키지만, 정온동물은 몸에서 열이 생성되고 발산되는 비율을 조절하여 체온을 조절할 능력이 있다. 열이 생성되는 속도가 빨라지거나, 열을 잃는 속도가 느려지거나, 두 가지가 다 일어나면 체온이 올라가도록 되어있다. 그 반대의 상황이 벌어지면 체온은 떨어지도록 되어 있다. 

그러나 이러한 온도조절 기작이 할 수 있는 일에는 한계가 있다. 매우 낮은 온도에 오랫동안 노출되면 체온이 설정점 이하까지 떨어질 수 있고, 이러한 증세를 저체온증이라고 한다. 이런 일은 운 나쁘게도 산에서 눈보라에 갇히거나 배에서 떨어져 찬물에 빠진 사람에게 일어난다. 이런 사건을 당하면 사람은 금방 휴면상태로 들어가고, 의식을 잃으며, 여러 개의 기관이 작동을 멈추고 결국은 죽는다. 반면 지나치게 운동을 하거나 극도로 고온인 환경에 노출되면 체온이 설정점 이상으로 올라가는 고체온증이 발생할 수 있다. 정도가 심하면 의식을 잃고, 경련을 일으키며 호흡곤란에 빠져 사망에 이른다. 체온이 41도씨 에 접근하면서 악영향이 발생하기 시작하고, 43도씨에 이르면 대개 사망한다. 

인체와 주변 환경 사이의 열교환 방식

대부분의 상황에서 인체는 주변 환경으로 열을 빼앗긴다. 왜냐하면 일반적으로 주변 온도가 체온보다 낮기 때문이다. 열을 발산하는 속도가 몸 안에서 열을 발생시키는 온도와 같으면 체온은 변하지 않는다. 일반적으로 열의 발산은 세 가지 기작을 통해서 이루어진다. 1. 복사, 2. 전도, 3. 증발 이렇게 3가지 이다. 

1. 복사에서 열에너지는 전자파의 형태로 인체로부터 주변환경으로 전달된다. 모든 물체는 정도의 차이는 있지만 전자파를 발사하고 흡수한다는 것은 물리학의 일반 법칙이다. 어떤 물체가 주변 환경보다 따뜻하면 그 물체는 흡수하는 것보다 더 많은 열을 발산하여 열을 잃는다. 반면 어떤 물체가 주변 환경보다 온도가 낮으면 발산하는 것보다 흡수하는 양이 많아 열을 얻는다. 불 옆에 몇발자국쯤 떨어져 서 있으면 따뜻하게 느껴지는 이유는 복사되는 열에너지를 몸이 흡수하기 때문이다. 

2. 전도는 직접 접촉하고 잇는 물체 사이에 열에너지가 교환되는 방식이다. 복사에서와 마찬가지로 열은 항상 더 따뜻한 물체로부터 더 차가운 물체로 이동한다. 예를 들어 차가운 금속을 만지면 내 몸보다 더 차갑다는 느낌이 든다. 왜냐하면 열에너지가 피부에서 금속으로 직접 전달되기 때문이다. 

3. 증발에서는 표면에서의 기화라는 형태로 물체가 열을 잃는다. 인체에서 물이 증발하려면 물은 일단 액체상태에서 기체상태로 바뀌어야 한다. 이렇게 되려면 몸으로부터 얻은 열에너지가 필요하다. 어떤 경우 증발은 피부, 폐의 내벽, 기타 구강처럼 축축한 표면으로부터 이루어진다. 이러한 현상을 감지되지 않는 수분손실 이라고 한다. 왜냐하면 우리가 모르는 사이에 지속적으로 발생하는 현상이기 때문이다. 인체는 또한 땀의 증발을 통해서 물을 잃는데, 땀은 피부에 있는 무수한 땀샘이 분비하는 소금기 있는 액체다. 피할 수 없는 감지되지 않는 수분손실과는 달리 땀이 나는 것은 인체의 필요에 따라 조절된다. 열을 빨리 발산하는 것이 바람직할 경우 땀이 더 많이 난다. 그 결과 피부 표면에서 더 많은 열이 증발하고, 이에따라 몸에서 열에너지가 더 많이 발산된다. 주변 온도가 체온보다 높으면 복사와 전도에 의해 열이 몸 안으로 전달된다. 이렇게 되면 이미 열을 생산하고 있는 인체에 열이 추가되는데, 그러면 사람의 몸은 이러한 상황에서 증발을 통해서 열을 발산한다. 이에 따라 땀이 나게 된다. 

기체 또는 액체가 한 장소에서 다른 장소로 옮겨감에 따라 발생하는 열전도의 형태인 대류는 바람 부는 날의 열 발산에 한몫 한다. 바람이 없는 상태에서는 피부 가까이에 있는 공기가 따뜻해진다. 왜냐하면 체표면으로부터 열을 흡수하기 때문이다. 이렇게 따뜻해진 공기는 몸 주변에 일종의 담요를 형성하여 전도에 의한 열손실이 느려지게 만든다. 이 담요 속에 잇는 공기에는 피부에서 증발한 수증기가 들어 있으므로, 담요 속의 공기는 주변 공기보다 온도 뿐만아니라 습도도 높은 경향이 있다. 피부 근처에 습기가 존재하기 때문에 증발에 의한 열발산의 속도가 느려진다. 그런데 몸을 둘러싸고 있는 공기가 움직이면 이 담요의 두께가 줄어들고, 따라서 전도와 복사에 의한 열손실이 증가한다. 

체온은 무한정 변화할 수 있는 것이 아니라 비교적 좁은 범위 내에서 움직이도록 조절되고 있으므로 체온을 조절된 변수라고 부른다. 나트륨, 칼륨, 칼슘의 혈장 내 농도도 조절된 변수다. 왜냐하면 항상성 조절 기작에 의해 일정하게 유지되기 때문이다. 대부분의 항상성 조절 기작은 같은 패턴을 다른다. 즉 조절된 변수 하나가 증가하면 시스템은 이를 감소시키는 방향으로 반응한다. 변수가 감소하면 시스템은 이를 증가시키는 방향으로 반응한다. 이런 식으로 행동하는 시스템을 음성 피드백에 따라 움직이는 시스템이라고 한다. 

음성 피드백 시스템의 친숙한 예는 자동차의 정속 주행장치이다. 이 장치는 원하는 지점가지 자동차가 일정한 속도로 주행하도록 해준다. 평지를 달리던 차가 언덕을 오르기 시작하면 차는 속도가 떨어진다. 조절 기작이 차의 실제 속도와 운전자가 원하는 속도와의 차이를 감지하면 이 기작은 엔진에 더 많은 연료를 보내고, 다라서 차의 속도가 상승한다. 차가 원하는 속도에 도달하면 연료 공급을 다시 줄여 정해진 속도를 유지한다. 차의 속도가 정해진 속도와 달라지지 않는 한 조절 기작은 연료의 흐름에 어더한 변화도 가하지 않는다. 자동차의 정속 주행 장치처럼 대부분의 기작은 조절된 변수의 실제값과 정상적인 정해진 값 사이에 차이가 발생할 때만 조절을 수행한다. 이 정상적인 값을 설정점이라고 한다. 실제값과 설정점 사이의 차이는 모두 오류 신호로 받아들여진다. 보통 조절기 작은 조절된 변수를 설정점 근처 가지 가져가는 쪽으로 작동하므로, 이들은 결국 오류 신호를 최소화하는 쪽으로 기능한다. 예를 들어 체온이 정상적 설정점인 37도씨를 초과할 때 발사되는 오류 신호는 결국 체온을 치온을 37도씨 근처까지 끌어내리는 조절 기작을 활성화한다. 

정상적으로 작동하려면 항상성 조절기작은 조절된 변수를 감시하는 수단을 갖추고 있어야 한다. 이를 수행하는 것이 수용기로, 이들은 문제의 변수에 민감한 세포들이다. 예를 들어 일부 혈관에는 혈액 속의 탄소와 이산화탄소 농도를 감지하는 화학 수용기라는 세포들이 들어있으며 뇌를 비롯한 신체의 여러 부분에는 온도를 감지하는 온도 수용기라는 뉴런이 들어있다. 일반적으로 수용기는 신호를 통합 중추로 전달하며, 이 세포는 조절된 변수의 현재 값과 설정점을 비교하여 적절한 반응을 이끌어낸다. 들어온 입력에 반응하여 통합 중추는 신호를 세포, 조직, 기관으로 전달하여 최종적인 반응을 일으키도록 한다. 이러한 세포, 조직, 기관을 효과 기라고 한다. 

체온에 대한 항상성 조절기작을 보면 체온을 모니터 하기 위해 온도 수용기가 뇌에서 온도조절을 담당하는 구역인 온도조절 중추로 입력을 보낸다. 온도가 설정점 위로 상승하면 온도 조절 중추는 효과기에 신호를 보내고, 효과 기는 체온을 떨어뜨리도록 작용한다. 이렇게 체온이 떨어진 사실은 온도 수용기에 의해 감지되며, 그 결과가 온도조절 중추로 다시 전달되므로, 시스템의 출력은 효과적으로 시스템의 입력에 되먹여져 이른바 피드백 루프를 형성한다. 

이 피드백은 음성피드백이라고 불리는데 그 이유는 시스템의 반응이 이 기작을 가동하게 만든 원인과는 반대방향으로 작용하기 때문이다. 

음성 피드백은 중요하다. 왜냐하면 적절한 때만 조절된 변수에 대해 변화를 일으키기 때문이다. 예를 들어 일단 체온이 상승하여 이를 보상하기 위해 체온을 떨어뜨리는 음성 피드백이 작동하면, 이대 발사되는 오류 신호는 체온이 거의 정상상태를 향해 가는 과정에서 계속 약해진다. 그러므로 음성 피드백에 대한 보상은 체온이 설정점 이하까지 떨어지기 전에 종료된다. 

음성피드백 뿐만 아니라 생리학에서는 몇 가지 양성 피드백도 중요하다. 양성 피드백에서는 시스템의 반응이 그 반응을 촉발한 변화와 같은 방향으로 움직인다. 예를 들어 여성의 경우 뇌하수체가 황체형성호르몬 이라는 호르몬을 분비하는데, 이 호르몬은 난소를 자극하여 에스트로겐이라는 호르몬을 분비시키며, 에스트로겐은 생식기능을 조절한다.

일정 조건하에서 혈장내 에스트로겐 농도가 높아지면 황체형성호르몬이 더 많이 분비될 수 있다. 그러면 황체형성호르몬(LH)가 에스트로겐 분비를 자극하고 그로인해 황체형성호르몬의 분비가 더욱 활발해져 에스트로겐의 더 많이 분비되는 식의 순환이 지속된다. 그 결과 혈장내 황체형성호르몬의 농도가 급상승하는데 이를 LH급증이라고하고 이로써 배란이 이루어진다. 생리적 변수에 발생하는 변화를 최소화하는 음성피드백과 달리 양성피드백은 몇몇 생리적 시스템에는 유용하다. 왜냐하면 이로인해 어떤 변수가 자극에 반응하여 급속히 변할 수 있기 때문이다. 

양성피드백에서는 어떤 변수가 급속히 변한다 하더라도 끝없이 증가하거나 통제 불능상태가 되지는 않는다. 이렇게 되는 이유는 항상 어떤 인자가 작용하여 당초의 자극을 제거하거나 아니면 시스템이 그 자극에 반응하는 능력을 제한하여 양성피드백 루프를 종결시키기 때문이다. 예를 들어 LH급증 기간 중 LH 농도는 급속히 상승하여 최고점에 달한 후 하강하기 시작한다. 왜냐하면 이 급속한 증가로 인해 배란이 촉발되고, 배란은 일시적으로 난소의 에스트로겐 분비 능력을 저해하기 때문이다. 이렇게 해서 혈장 에스트로겐 수준이 떨어지면 당초 LH 분비를 끌어올린 자극이 사라지고 이에 따라 LH수준이 떨어진다. 

항상성이라는 용어는 많이들 들어봤을 것이다. 하지만 정확히 어떤 것인지 어떻게 우리 몸을 조절하는 데에 영향을 주고 관여하는지에 대해서 오늘 살펴볼 것이다. 

인체의 세포는 생존을 위해 서로 의지한다. 세포를 신체로부터 분리하면 보통 짧은 시간 안에 죽는다. 과학자들은 배지에서 인간의 세포가 좀 더 오래 생명을 유지하는 기작을 연구해 왔지만, 결국 세포가 죽어감에 따라 끊임없이 새로운 세포로 대체할 필요가 있다는 사실을 발견하게 되었다. 기술의 발전에도 불구하고 과학은 아직 생명을 유지하는데 필요한 인체 내의 조건을 재현해내지 못하고 있다. 

인간의 세포가 이렇게 변화하는 환경에 민감하다면 인간의 몸은 어떻게 해서 극단적인변화를 견뎌낼까? 어쨌든 인간은 열대 지방처럼 아주 더운 기후로부터 상당히 추운 기후에 이르기까지 다양한 지여겡서 살 수 있다. 그리고 산소가 풍부한 해수면 근처의 고도에서도 살 수 있는가 하면 대기 중 산소 농도가 상대적으로 낮은 고산지대에서도 생존한다. 인간은 또한 건조한 사막지대에서도 살 수 있고 열대우림의 극심한 습기 속에서도 산다. 인간의 몸은 어떻게 이렇게 다양한 환경에 적응할까? 인체는 외부 환경에서 발생하는 여러 가지 변화에도 불구하고 외부 환경의 조건을 비교적 변하지 않는 상태로 유지하는 모든 종류의 조절 기작을 갖추고 있다. 내부 환경이 이렇게 변하지 않는 상태를 유지하는 성질을 항상성이라고 한다. 내부 환경이 일정하게 유지되도록 조절된다는 말은 정상 조건하에서는 세포외액의 조성, 온도, 양이 크게 변하지 않는다는 뜻이다. 세포외액의 온도는 보통 37도씨로 유지되며 여러 가지 용질의 농도도 비교적 일정하게 유지된다. 이렇게 일정하게 유지하는 능력은 중요하다. 왜냐하면 인체는 외부 환경 또는 인체 자체로부터 기인하는 여러 가지 변화, 즉 충격을 줄 수 있는 변화에 끊임없이 직면하기 때문이다. 예를 들어 주변 환경이 따뜻해지거나 운동을 하면 체온이 오른다. 체온이 올라가면 체온을 낮추는 방향으로 작동하는 조절 기작이 활동을 시작하여 체온을 정상적으로 끌어내린다. 생리학을 공부하다 보면 알겠지만 인체는 오직 서로 다른 여러 기관 상호 간의 협력에 의존해서만 일정한 조건을 유지할 수 있다. 

항상성 조절 기작이 내부환경의 변화에 저항하는 방향으로 작동하기는 하지만 모든 조절 시스템은 질병이나 상처에 의해 손상을 받지 않고 정상적으로 작동하고 있다 하더라도 한계가 있을 수 있다. 예를 들어 체온은 주변 환경의 온도가 너무 극단적이 아닌 상태에서만, 그리고 조절 시스템에 가해지는 스트레스가 너무 크지 않을 때만 정상 체온에 가깝게 유지된다. 그러나 극심한 운동 혹은 극도의 고온 환경에 노출되면 체온이 걷잡을 수 없이 올라가 생명을 위협하는 상황에 까지 이를 수 있다. 사실 어떤 시스템이든 항상성 유지에 실패하면 궁극적으로 질병의 징후와 증상이 나타나기 시작한다. 왜냐하면 이러한 상태는 기관계의 기능에 악영향을 미치기 때문이다. 

인체에는 많은 세포가 질서 있는 모습으로 배열된 놀라운 구조로 되어 있다. 세포가 모여 조직이 되고, 조직이 모여 기관이 된다. 기관은 기관계를 형성하여 협동한다. 이러한 계층적 구조의 요소 하나하나를 들여다보자. 

세포와 조직

인체 내에는 서로 다른 200여 가지의 세포가 있으며 이들을 크게 다음과 같이 4가지로 분류할 수 있다. 1.뉴런, 2. 근육세포, 3. 상피세포, 4. 연결조직세포. 이는 매우 광범위한 분류이며 주로 기능적 차이에 바탕을 두고 있다. 그리고 해부학적 구분 및 태생학적 기원에 바탕을 둔 좀 더 엄격한 분류법도 있다. 

앞서도 말한 것 처럼 신경세포, 즉 뉴런은 전기신호의 형태로 정보를 전달하는 일에 전문화되어 있다. 이러한 기능을 수행하기 위해 보통 뉴런은 다른 세포로부터 신호를 수신하거나 다른 세포로 신호를 송신하는 기능을 수행하는 몇 개의 가지를 갖고 있다. 눈에 존재하면서 비에 반응하는 뉴런이나 피부에 존재하여 감촉에 반응하는 뉴런 같은 것들은 외부 환경으로부터 정보를 입수하여 감각을 통해 사람이 외부세계를 인식하도록 해준다. 어떤 뉴런은 신호를 근육, 분비선 및 기타 기관에 전달하여 운동, 호르몬 분비, 기타 신체의 기능을 조절할 수 있도록 해준다. 또 어떤 뉴런은 예를 들어 뇌 속에 있는 뉴런은 정보 처리에 관여하여 사람이 개념을 형성하고 기억하며 행동계획을 수립하고 감정을 경험할 수 있도록 해준다. 

근육세포, 즉 근섬유는 수축을 전문으로 하여 기계적 힘과 운동을 만들어낸다. 이 세포들은 팔, 다리 및 기타 수의적 조절하에 운동을 하는 신체부분에서 찾아볼 수 있다. 그러나 이 세포들은 또한 수의적 조절이 되지 않는 구조, 예를 들면 심장, 혈관에서도 찾아볼 수 있다. 팔 구부리기, 심장이 혈액을 내보내는 것, 위가 음식물을 섞는 것 등은 모두 근육세포가 활동하는 예다. 

상피세포는 상피라고 부르는 조직에서 찾아볼 수 있는데, 이들은 연속적인 판 모양의 세포층을 이루면서 세포가 아닌 물질로 된얇은 바닥층인 기저막과 결합해있다. 문제의 상피가 어떤 종류의 것이냐에 따라 세포층의 두께는 세포 하나로 되어있을 수도 있고 몇 개의 세포가 포개진 형태가 될 수도 있으며, 세포의 형태도 짧고 납작한 것으로부터 길고 직사각형인 것에 이르기까지 여러 가지가 있다. 그러나 어떤 경우든 세포들은 촘촘히 붙어 있어서 상피의 한쪽 편에 있는 물질이 반대편에 있는 물질과 자유로이 섞이지 못하도록 장벽을 형성한다. 이러한 특성에 알맞게 상피는 피부의 표면 또는 폐의 내벽처럼 체액이 외부 환경과 분리되어 보존되어야 하는 곳이면 어디에나 있다. 상피는 또한 위, 장, 혈관 등 내부 공간이 빈 기관의 내벽에서도 찾아볼 수 있는데, 이 내벽에서 상피는 외부 공간에 있는 액체를 주변의 체액과 분리한다. 속이 비어 있는 기관이나 관 외부의 공간을 일반적으로 내강이라고 부른다. 일부 상피세포는 특정한 물질, 이를테면 무기이온, 유기분자, 물 등을 한 곳에서 다른 곳으로 운반하는 데 특화되어 있다. 예를 들어 위 내벽에 있는 세포는 산을 위 내부 공간으로 운반하여 음식물의 소화를 돕는다. 장 내부 공간으로부터 영양소와 물을 혈류로 운반하는 장 내벽 세포는 또 한 가지 예가 된다. 

일부 상피세포는 어떤 물질의 합성과 분비를 전문으로 하는 기관인 분비선을 형성한다. 분비선에는 두가지 형태가 있다. 외분비선은 분비한 물질을 외부환경으로 통하는 도관으로 흘려보낸다. 외분비선으로는 땀샘과 침샘이 있다. 내분비선은 호르몬을 분비하는데, 호르몬은 인체 안의 특정 세포를 향하는 명령을 담아 혈액 속을 이동하는 화학물질이다. 내분비선의 예로는 뇌하수체와 부신선이 있다. 

마지막으로 남은 주요 세포의 형태는 연결조직 세포로, 가장 다양하다. 여기 속하는 세포로는 혈액세포, 골세포, 지방세포 등 다양한 세포가 있는데 얼핏 보면 이들의 구조와 기능 사이에 별 공통점이 있는 것 같지 않다. 

좁은 의미에서 연결조직이라는 용어는 일차적 기능이 다른 구조에 대해 물리적 지지를 제공하거나, 제자리에 고정하거나, 상호 연결해주는 기능을 하는 모든 구조를 뜻한다.  가까운 예로는 근육을 뼈에 고정하는 힘줄, 뼈를 상호 연결하는 인대, 피부가 탄탄하고도 유연성 있도록 만들어주는 탄성 조직 등이 있다. 연결조직의 또 한 가지 예로는 뼈 자체를 들 수 있는데, 뼈는 인체의 모든 구조에 대해 직접 또는 간접으로 지지를 제공한다. 대부분의 경우 연결조직은 세포가 세포 외기질이라고 불리는 비세포 물질의 덩어리 속에 흩어져 박혀 있는 모습으로 존재한다. 세포 외기질은 단백질을 비롯한 큰 분자가 빽빽하게 그물구조를 이루고 있는 물질이다. 세포 외물질 중 가장 중요한 것들로는 긴 섬유상의 단백질인 엘라스틴과 콜라겐 조직에 장력, 즉 양쪽으로 잡아 늘이는 데 저항하는 능력을 주는 성분이다. 

넓은 의미에서 연결조직이라는 용어는 혈액이나 림프액 같은 액체도 포괄한다. 이들은 다른 연결 조직처럼 구조적 지지를 제공하지는 않지만 의사소통의 통로를 제공하여 인체의 여러 부분을 연결하는 역할을 한다. 예를 들어 혈액은 폐로부터 산소를 받아 온몸의 조직에 전달하며 분비선이 만들어낸 호르몬을 조직으로 보내 조직이 호르몬에 적절히 반응하도록 한다. 마찬가지로 림프액도 전신의 혈관에서 새어 나온 물을 비롯한 여러 물질을 혈액으로 돌려보낸다. 

특정한 형태의 세포는 인체 내에서 같은 형태의 세포와 무리를 짓는 경향이 있는 것이 일반적 법칙이다. 예를 들어 신경세포는 다른 신경세포와 연결된 형태로 찾아 볼 수 있으며, 상피세포도 항상 다른 상피세포와 연결되어 있다. 비슷한 기능을 수행하는 이런 세포들의 모임을 조직이라고 한다. 그러므로 조직도 역시 신경조직, 근육조직, 상피조직, 연결조직 등 네 가지의 기본 카테고리로 분류된다. 

기관과 기관계 

일반적으로 둘 혹은 그 이상의 조직이 결합하여 특정한 기능을 수행하는 구조를 형성할 경우, 이러한 구조를 기관이라고 한다. 예를 들어 심장은 온몸으로 피를 보내주는 것이 주요 기능인 기관이다. 심장은 물론 주로 근육조직으로 이루어져 있지만 심장안에는 신경조직, 상피조직, 연결조직 도 있다. 여러개의 기관이 모여 기관계를 이루는데, 기관계는 한데 모여 일정한 기능을 수행하는 기관들의 집합이다. 예를 들어 전신의 조직으로 혈액을 공급하는 심장혈관계가 있다. 심장혈관계는 심장, 혈관, 혈액으로 이루어져 있다. 또  한가지 기관계로는 소하계가 있는데, 그 기능은 음식물을 작은 분자로 쪼개서 혈류 속으로 운반하는 것이다. 소화계에는 입, 침샘, 식도, 위, 장, 간, 쓸개, 이자 등이 속해 있다. 일부 기관계에서는 각 기관이 물리적으로 연결되어 있다. 그러나 어떤경우에는 각 기관이 분리되어 멀리 떨어져있는 경우도 있다. 호르몬을 분비하는 인체의 모든 분비선을 포괄하는 내분비계와 미생물 및 기타 이물질의 침입으로 부터 인체를 보호하는 면역계가 여기 해당한다. 기관계라는 개념은 원칙적으로 단순하지만 한 기관계와 다른 기관계 사이의 구분은 항상 그렇게 분명하지는 않다. 많은 기관들이 복수의 기관계에 해당하는 기능을 수행하기 때문이다. 이자가 그 대표적인 예인데 이자는 액체와 소화 효소를 분비하여 장으로 흘려 보내기 때문에 소화계의 일부인 동시에 호르몬을 분비하기 때문에 내분비계의 일부이기도 하다.