자극과 반응

학습 지도 목표

   (1) 지식의 이해
    ① 자극에 대하여 반응을 나타내는 것은 생물이 갖는 특성 중의 하나임을 이해시킨다.
    ② 자극은 어떤 감각기관에서 수용하며, 반응은 어떤 경로를 거쳐서 일어나는지 이해한다.
    ③ 신경계의 기본 단위인 뉴런의 구조와 종류에 대해 이해한다.
    ④ 신경의 흥분 전달 과정과 흥분 전도를 이해한다.
    ⑤ 내분비선에서 분비되는 호르몬의 특성을 설명할 수 있다.
    ⑥ 내분비선과 호르몬의 종류 및 작용을 설명할 수 있다.
    ⑦ 생물체 안의 항상성은 신경계와 호르몬의 상호 작용에 의해 유지된다는 사실을 이해한다.

   (2) 탐구 능력의 신장
    ① 베버 상수가 감각기의 종류에 따라 다름을 알고, 적합 자극, 역치, 실무율을 중심으로 설명할 수 있다.
    ② 명순응, 암순응과 원근조절을 이해시킨다.
    ③ 뇌의 구조와 각 부분의 기능을 파악할 수 있다.
    ④ 내부 환경의 항상성을 유지시키는 자율신경의 길항작용을 설명할 수 있다.
    ⑤ 항상성의 유지 원리인 피드백 개념을 알 수 있다.

   (3) 태도의 함양
    ① 고등동물의 감각기인 시각기, 청각기, 후각기, 미각기, 피부감각기 등이 나타내는 특성과 반응기에서의 반응을 설명할 수 있다.
    ② 신경계의 구조와 기능을 파악할 수 있다.
    ③ 호르몬의 종류와 특성 및 생물체 안에서의 작용을 안다.
    ④ 우리 몸의 기능을 통합 조절하는 원리를 자극의 수용에서 반응에 이르는 과정을 통해서 이해하며, 신경과 호르몬의 작용의 유사점과 차이점을 토의를 통해서 이해한다.

1. 자극과 반응

1. 동물

① 자극 : 생물체에 작용하여 반응을 일으키게 하는 체내외의 환경 변화

ⅰ) 물리적 자극 - 빛, 소리, 속도, 중력, 전기

ⅱ) 화학적 자극 - 물, 산소, 이산화탄소, 무기염류, 수소이온

② 반응 : 자극을 받은 동물이 나타내는 생리적 변화 또는 행동의 변화

적합자극 : 수용체의 각 감각세포가 반응을 일으킬 수 있는 자극

ⅰ) 역치 : 적합자극이 주어졌을때 흥분(반응)을 일으킬 수 있는 최소자극의 세기

ⅱ) 실무율 : 역치 이상의 자극을 받으면 자극의 세기에 관계없이 반응이 일정하게 나타나는 현상

ⅲ) 베버의 법칙 : 자극이 약할 때에는 자극이 조금만 강해도 자극의 변화를 느낄 수 있으나 처음의 자극이 강한 경우는 약할 때의 증가율에 비해 상당히 큰 자극이 가해져야 자극의 변화를 느끼는 것

.※ 감각기

(1) 시 각

① 눈의 구조와 기능

수정체 : 빛을 굴절시켜 망막에 상이 맺히게 한다. ˙

홍채 : 동공의 크기 조절로 빛의 양을 조절한다.

모양체 : 수정체의 두께를 변화시켜 원근을 조절한다.

˙망막 : 시세포가 분포하여 상이 맺힌다.

② 시세포 : 원추 세포와 간상 세포로 구분된다. ˙

원추 세포 : 밝은 빛을 수용, 색깔 구분

˙간상 세포 : 약한 빛에서 흥분, 명암과 형태 식별

③ 시각의 성립 : 빛 → 수정체 → 망막의 시세포 흥분 → 시신경 → 대뇌 시각 중추

④ 눈의 조절 작용

˙원근 조절 : 수정체의 두께로 조절된다.

멀리볼 때 : 수정체가 얇아진다.
가까이 볼 때 : 수정체가 두꺼워 진다.

명암 조절 : 홍채에 의해 조절된다.

밝을 때 : 홍채이완 →동공 축소
어두울 때 : 홍채수축 → 동공 확장

(2) 청각과 평형 감각

① 귀의 구조와 기능 : 외이, 중이, 내이로 구분된다.

˙외이 : 귓바퀴와 외이도로 구성되어 음파 수집을 유도한다

중이 : 고막 - 음파의 진동
청소골 - 고막의 진동을 증폭
유스타키오관 - 중이와 외이의 기압조절

내이 : 달팽이관 - 림프액의 진동을 대뇌에 전달
전정기관 - 위치감각
반고리관 - 회전감각

② 청각의 성립 : 음파→귓바퀴→고막→청소골→달팽이관→청세포→청신경→대뇌의 청각 중추

(3) 기타 감각

① 후각 : 기체 상태의 화학 물질을 감지하는 것이다.

② 미각 : 액체 상태의 화학 물질을 감지하는 것이다

③ 피부 감각 : 온각, 냉각, 통각, 압각 등이 있다.

2.식물

* 굴성 : 식물이 자극에 반응하여 굽어지는 성질

굴광성 - 자극이 빛인 경우

굴지성 - 자극이 중력인 경우

굴수성 - 자극이 물인 경우

굴화성 - 자극이 화학물질인 경우

굴촉성 - 자극이 접촉인 경우

2. 자극과 반응의 경로

감각 신경과 운동 신경은 뇌와 척수에 있는 연합 신경에 연결되어 있다. 뇌와 척수는 몸이 하는 모든 일을 조절하는 중심이기 때문에 이들을 충추 신경계라고 하는데, 특히 대뇌는 감각 기관을 통하여 받아들인 여러 가지 정보를 저장하고 종합, 분석, 추리하는 등 정보 센터의 역할을 한다.
한편, 감각 신경과 운동 신경은 감각과 운동에 관한 정보를 전달하는 역할을 하므로 말초 신경계라고 한다.
우리 몸의 운동에서 대뇌의 활동에 의하여 의식적으로 일어나는 운동을 수의 운동이라 하고, 대뇌의 의식과 관계없이 자동적으로 일어나는 운동을 반사 운동이라고 한다. 반사 운동은 자극에 대하여 대체로 빠른 속도로 일어나며, 위험으로부터 몸을 보호하는 역할을 한다.

(1) 뉴 런

+-중추신경계

신 경 계 |

+-말초신경계

* 뉴 런 : 신경계의 구조적, 기능적 기본 단위

※ 뉴런의 구조

(2) 뉴런의 종류

① 감각 뉴런 : 감각기에서 받아들인 자극을 중추부(뇌,척수)로 전달하는 뉴런

② 연합 뉴런 : 중추부에 분포. 감각 뉴런과 운동 뉴런 사이에서 자극과 흥분 중계

③ 운동 뉴런 : 중추부로 부터 흥분을 반응기로 전달하는 뉴런

수상돌기 → 중추부에 분포

신경종판 → 반응기에 분포

축색돌기 : 길다.

※ 신경의 자극 전달 모델

자극 → 감각기 → 중추 → 반응기 → 반응

※ 흥분의 전도 속도 : 유수신경 > 무수신경

* 시냅스 : 한 뉴런의 축색돌기 말단과 다음 뉴런의 수상돌기의 연접 부위

* 흥분 전달 경로

흥분→뉴런(수상돌기→신경세포체→축색돌기) ^........→뉴런

(시냅스)

→ 뉴런 (수상돌기→신경세포체→축색돌기)^........→

* 수상돌기에는 시냅스 소포(아세틸콜린)가 없어 흥분은 항상 한 뉴런의 축색돌기 끝으로 부터 다음 뉴런의 수상돌기 쪽으로만 전달 된다.

3. 항상성의 유지

- 항상성 : 생물체가 끊임없이 변화하는 환경에 대응하여 일정한 상태를 유지하는 성질

1.혈당량 조절

인슐린

포도당 <--> 글리코겐 (길항작용)

글루카곤

아드레날린 → 혈당량 조절

코르티코이드

※혈당량 조절
(1) 혈당 조절 중추 : 간뇌의 시상 하부
(2) 혈당량 조절 과정
① 고혈당일 때 : 인슐린 분비가 증가되어 포도당을 글리코겐으로 전환시키거나 포도당을 산화 (포도당→CO₂ +H₂O)시켜 혈당량을 감소시킨다.
② 저혈당일 때 : 아드레날린과 글루카곤 분비가 증가되어 글리코겐을 포도당으로 전환시키거나, 코르티코이드 분비가 증가되어 단백질과 지방을 포도당으로 전환(단백질·지방→포도당)시켜 혈당량을 증가시킨다. [Keyword] 길항 작용 : 어느 현상에 2개의 요인이 동시에 작용할 때 상반 작용을 하여 서로 효과를 없애는 경우, 이 두 개의 요인 사이에는 길항 작용이 있다고 한다. 예를 들어 교감 신경과 부교감 신경은 주로 내장 에 분포되어 서로 상반 작용을 하여 내장의 기능을 자율적으로 조절한다. 피드백 : 되먹이기, 자동 제어의 뜻을 가진 용어이다. 만일 티록신이 과다하게 분비되면 이 티록신은 간뇌의 시상 하부나 뇌하수체 전엽을 억제하여 티록신이 과다하게 분비되지 않도록 조절하며, 티록신이 적게 분비되면 이와 상반되는 작용을 하는데, 이와 같은 호르몬 상호 간의 조절 기작을 피드백(feed- back)이라고 한다.

2. 수분량 조절 (또는 삼투압 조절 )

- 체내의 수분조절(또는 염분 과다섭취) → 삼투압 증가 → 간뇌의 시상하부 → 뇌후엽 → 바소프레신 분비 → 세뇨관(신장)에서 수분, 재흡수 촉진 → 삼투압 감소(일정 삼투압 유지)

- 삼투압 감소 → 부신 피질 → 무기질 코르티코이드 분비 → 신장 (Na⁺흡수촉진, K⁺흡수 억제) → 바소프레신(항이뇨호르몬)분비억제 → 삼투압 증감(일정 삼투압 유지)

3. 체온조절

a. 체온에 대한 조절

피부혈관 수축(교감신경) → 간, 근육의 열 발생량 증가(아드레날린, 티록신) → 떨림(당질코르티코이드)

b. 더위에 대한 조절

피부 혈관 확장(부교감신경) → 간, 근육의 열발생 감소 (인슐린, 바소프레신) → 땀분비 촉진, 발한량 증가(무기질 코르티코이드)

질병과 관련이 있는 호르몬

- 생장호르몬(STH) : → 뇌하수체 전엽

과잉 - 거인, 결핍 - 난장이

- 티록신 : 물질대사 촉진 → 갑상선

과잉 : 바제도 병(체온상승, 체중감소, 안구골출)

결핍 : 크레틴 병(어린이는 신체적, 정신적 발육부진)

- 파라토르몬 : P, Ca의 대사조절 → 부갑상선

결핍 : 테타니 병

- 인슐린 → 이자, 랑게르한스섬 β세포

결핍 : 당뇨병