BIOLOGY/Animal Physiology

Sensory physiology - 미각, 후각 편

Ungbae 2024. 6. 19. 23:44

 

 

 

사람들이 생각하는 삶의 낙 중에 하나는 먹는 것이 아닐까. 심지어 우리의 3대 욕구 중 하나이기도 하다. 애초에 우리는 살아가기 위해서는 먹어야 한다. 우리가 일하는 이유도 다 먹고 살기 위해서 하는 것 아닌가! 우리가 그토록 맛집을 찾아 떠날만큼 맛은 우리에게 매우 중요한 요소이다. 우리가 음식을 느끼는 것은 그 코를 찌르는 맛있는 냄새와 뒤통수를 탁 치고 들어가는 맛이었다. 그렇기에 이 맛의 즐거움을 느끼게 해주는 이 세치 혀와 코는 우리에게 너무도 고마운 존재이지만.. 단지 이 쾌락을 위해서만 존재하는 것이 아닐터.

 

 

맛(Gustation)과 냄새(Olfacation)는 음색, 친족, 짝, 방향을 감지하는 데 중요한 역할을 한다.

맛과 냄새는 상태 체크를 위한 checkpoint로서의 역할이다. 동물의 맛과 냄새를 느끼는 감각은 chemoreceptor를 통해 화학 물질을 감지하여 그에 따른 neural signal을 생성한다. Crab, 게의 경우는 생물학적으로 이용 가능한 거의 모든 종류의 분자를 감지할 수 있다. 이 친구.. 셰프의 자질이 있다.

맛과 냄새를 느끼는 감각은 종에 따라 민감도가 매우 다르다. 고양이는 단맛을 느낄 수 없다. 그래서 집사가 주는 츄르는 달아서 먹는게 아닌 것. 난 집사가 아니라서 공감이 되지 않는다.

 

곤충에서

Sensilla : 외골격에서 돌출되어 분자가 미세한 구멍을 통해 내부 감각 종점에 도달할 수 있게 한다.

Chemoreceptor는 다리의 끝부분, 입주둥이의 끝, 더듬이에 위치한 털 같은 돌기에 있다.

 

 

고등 척추동물에서

맛, 미각을 위한 chemoreceptor는 taste buds(미뢰)에 집중되어 있다.

Chemoreceptor는 구강, 목구멍, 소화관, 폐(쓴맛 수용체)에도 존재한다. 

각 포유류의 taste buds는 약 50개의 taste receptor cell, supporting cell, taste pore으로 구성된다.

입 안의 액체는 taste pore에서 돌출된 microvilli(미세융모)를 가진 receptor cell의 표면과 접촉하게 된다.

용액 상태의, 즉 물에 녹아져 있는 상태의 화학 물질만 인식할 수 있다. 그래서 입이 바싹 마른다던지, 코의 경우도 속이 매우 건조하다면 맛과 향을 잘 느낄 수 없다.

Microvillisms chemoreceptor를 함께 가지고 있다.

Tastant(맛 물질)이 receptor cell과 결합하면 ion channel이 변하여 depolarizing receptor potenial을 생성한다.

 

맛 수용체

미각은 다양한 taste receptors의 활성 패턴에 의해 암호화된다.

인간의 taste receptor는 약 10일 동안 살아있으며, taste buds 주변의 epithelial cell은 supporting cell로 differntiate(분화)하고, supporting cell은 새로운 receptor cell로 분화하여 재생한다.

Receptor potential에서 action potential이 되면(Sensory input) brainstem을 거쳐 thalamus로 전달된다. 그리고 hypothalamus에서 cerebral cortex의 cortical gustatory area(미각 영역, 체성 감각, Parietal lobe)으로, hypothalamus와 limbic system으로 전달되어 맛과 관련된 행동으로 보여줄 수 있는 반응에 대해서 처리하게 된다.

 

 

 

여담이지만 남자는 단맛 수용기가 더 많고 여자는 쓴 맛 수용기가 더 많다. 여자는 태아를 독으로부터 보호하기 위함이라는 가설이 있다.

포유류의 미각

포유류는 기본적으로 5가지의 맛을 느낀다.

짠맛, 신맛, 단맛, 쓴맛, 감칠맛(Umami)

각 receptor의 세포는 모든 기본 맛에 다양한 정도로 반응하지만, 특정 맛에 대해 우선적으로 반응한다. 우리가 어렸을 적 보았던 인간 혀의 맛 지도는 틀렸다. 믿지 말도록 하자. 지금와서 생각해보면 말이 안된다.

 

기본 맛의 특징

1. 짠맛(Salty) - 나트륨(Sodium)

  • 충분한 NaCl 섭취는 삼투 균형과 전기 신호에 중요하다. Sodium ion이 receptor cell membrane의 sodium ion channel(ENaC 등)을 통해 직접 들어와 receptor potential을 생성한다. 

 

2. 신맛(Sour) - 산(Acid)

  • 자유 H+ 이온이 포함되어 있다.
  • 적당한 신맛은 우리에게 긍정적인 감정을 준다. 비타민 C가 그러하다.
  • H+ 이온이 진입하여 receptor cell membrane을 depolarization시킨다. H+ 이온이 세포에서 K+ 유출을 차단하여 receptor cell을 depolarization시킨다.

 

3. 단맛(Sweet) - 설탕(Sugar)

  • 기분 좋은 맛으로 에너지원 섭취를 촉진한다. G-protein coupled receptor가 cAMP 또는 IP3 경로를 자극한다. 
  • PKA 활성화로 K+ 채널이 인산화되어 차단되고 IP3가 ER(소포체)에서 Ca++을 방출하여 neurotransmitter의 방출을 유도한다.

 

4. 쓴맛(Bitter) - 식물 알칼로이드(Plant alkaloid) : 카페인, 니코틴, 모르핀 etc.

  • 다양한 G-protein coupled receptor 메커니즘을 가지고 있다.(G gustducin etc.)
  • 쓴 맛 독소를 피하기 위해 여러 종류의 쓴맛 receptor를 가질 수록 유리하다.
  • 습득된 맛(Aquired taste) : 보통 독은 쓰기 때문에 뱉어서 우리를 독으로부터 보호한다. 하지만 우리는 차, 커피, 와인, 맥주 등의 쓴 맛의 경우 자주 접하면서 익숙해진다. 왜냐?? 마시면 기분이 좋지 아니한가.

 

5. 감칠맛(Umami) - 아미노산(Glutamate etc.)

  • Glutamate가 G-protein coupled receptor에 결합하여 secondary messenger system을 활성화시킨다.
  • 6번째 감각으로 지방(Fat)과 7번째 감각으로 칼슘(Calcium)이 있다.

 

미각의 보완요소

  • 후각 : 정교한 맛 구별에 기여한다.
  • 온도, 질감, 여러 생리학적 요소들이 맛을 판단하는데 영향을 미친다.

 

 

 

한 머리 두 냄새. 예능 무한도전의 한 장면

 

향기 또한 이성에게 어필할 수 있는 좋은 매력 요소가 될 수 있다. 한때 플러팅을 위해 페로몬 향수가 화제였던 시절이 있다. 그만큼 후각은 감각에 있어서 예민한 존재가 아닐까. 대한민국 대부분의 남자라면 기억할 것이다. 건물 안에서의 아찔한 CS탄 악몽을. 그리고 우리는 이를 평생 기억할지 모른다. 냄새는 냄새 그 자체로 끝나는 게 아닌 그 때의 감성과 낭만을 모두 함축하는 또 다른 마음 속의 기록으로 남고 있었다. 그만큼 냄새는 우리의 인생에서 엄청 큰 부분을 차지하고 있을지 모른다.

 

그렇다면 우리는 눈에 보이지 않는 그 냄새는 어떻게 내 뇌까지 흘러 들어오는걸까?

 

 

 

 

 

 

후각 수용체(Olfactory receptor)

  • 코의 Olfactory receptor는 재생 가능한 afferent neuron의 특수한 말단이다.
  • Olfactory mucosa(후각 점막)은 nasal fossae(비강) 내에 위치하며, olfactory receptors, supporting cells and basal cells가 있다. 
  • Supporting cell : mucus(점액)을 분비
  • Basal cell : 새로운 olfactory receptor cell의 precursor(전구체이자 줄기세포)이다.
  • Olfactory afferent neuron은 분화된 상태임에도 세포 분열을 하는 유일한 포유류의 neuron이다.
  • Brain subventricular zone(뇌의 뇌실하 구역)에서 세포 분열이 발생한다.

 

냄새의 조건

냄새를 감지하려면 물질이 충분히 volatile(휘발성)이며 soluble(용해성)이어야 한다.

 

 

 

 

냄새의 인식과 처리

  • 다양한 냄새의 구성요소는 서로 다른 olfactory receptor에 의해 감지되고 냄새 인자로 분류된다.
  • 각 수용체는 냄새의 한 가지 특정 구성 요소에만 반응한다.
  • 냄새 물질이 G-protein coupled receptor에 결합하여 Ca++ 또는 Na+ channel을 여는 일련의 세포 내 반응을 유발한다.

 

후각 경로

  • Afferent fiber은 olfactory bulb의 glomeruli 내의 mitral cells와 시냅스를 형성한다.
  • Glomeruli는 공 모양의 신경 접합부, 각 glomeruli는 특정 냄새 구성 요소를 감지하는 'smell file'의 역할을 한다.
  • 냄새의 개별 구성 요소는 서로 다른 glomeruli로 분류되며, 하나의 구성 요소는 하나의 smell file에 해당한다.
  • Mitral cells는 냄새 신호를 필터링하여 뇌로 전달한다.

 

 

 

 

냄새 신호의 전달 경로

  • Subcortical route : 피질하 경로, 하부 내측 temporal lobe의 primary olfactory cortex로 연결되며, 기억 및 행동과 관련이 있다.(Limbic system)
  • Thalamic-cortical route : 냄새의 의식적 인식과 정교한 구별을 할 수 있게 한다. 

 

코로나 검사할 때 저 안까지 후비는 건가?

 

냄새의 구별

  • 냄새를 구별하는 것은 olfactory bulb의 glomeruli에서 발생하는 활성 패턴에 의해 암호화된다.
  • 다양한 향기에 의해 활성화되는 서로 다른 glomeruli 패턴에 기반한다. Cerebral cortex는 1000개 이하의 서로 다른 receptor protein으로부터 20000개의 서로 다른 향기를 구별할 수 있다.

 

후각 시스템의 적응

  • Intrinsic adaptation : Ca++이 비활성화된다.
  • Extrinsic adaptation : CNS에서 발생한다.
  • Olfactory mucosa에서 발견된 odor-eating enzyme(냄새 분해 효소)에 의해 receptor에서 odorant(냄새 분자)가 제거된다. 오래된 odorant를 제거하고 잠재적으로 유해한 화학 물질을 무해한 분자로 변환시키기도 한다.

 

 

Vomeronasal organ, VNO

 

 

 

Vomeronasal Organ, VNO

Olfactory mucosa 외에도, vertebrate의 코에는 또 다른 감각 기관인 Vomeronasal organ(Jacobson's organ)이 존재한다. 보통 mammals 또는 reptiles에 존재한다. "Sexual nose"라고도 불리며, pheromones을 수용하여 생식 및 사회적 활동을 조절한다. 수컷 돼지 saliva(침)에 있는 androstenone, 인간 남성의 땀 등에 존재한다. 일반적으로 pheromone은 같은 종 간의 의사소통을 위해 환경으로 방출되는 volatile chemical messenger이다.