Саркоплазматический ретикулум 1

Схема скелетного м'яза. Зображені T-трубочки, що йдуть углиб до центру клітини між двома кінцевими цистернами саркоплазматичного ретикулума

Саркоплазматический ретикулум (СР) - мембранна органела м'язових клітин. схожа з ендоплазматичним ретикулумом (ЕПР) інших клітин. Головна функція СР - запасання іонів кальцію (Ca 2+). Рівень кальцію в клітині підтримується відносно постійним, причому концентрація кальцію всередині клітин підтримується в 100000 разів менше, ніж поза клітинами. Тому невелике підвищення концентрації кальцію в клітині може бути легко виявлено і може повідомляти про важливі зміни всередині клітини (кальцій відносять до числа так званих вторинних посередників). Занадто високий рівень кальцію призводить до кальцифікації деяких внутрішньоклітинних структур (наприклад, мітохондрій) [1]. що призводить до загибелі клітини. Тому в живій клітині рівень кальцію жорстко контролюється, може при необхідності виділений в клітку і видалений з неї.

СР є мережею трубочок, що тягнеться по всьому м'язових клітин, обвиваючись, але не контактуючи безпосередньо, навколо міофібрил (скоротливі одиниці клітин). М'язові клітини серцевої і скелетної мускулатури містять структури, відомі як T-трубочки. які представляють собою впячивания клітинної мембрани, що тягнуться до центру клітини. T-трубочки тісно пов'язані з особливими елементами СР, відомими як термінальні цистерни в разі серцевого м'яза і з'єднувальний СР в разі скелетної мускулатури (англ. Junctional SR). Вони розділені відстанню близько 12 нм. Це первинний сайт вивільнення кальцію [2]. Поздовжні елементи СР представлені тонкими ділянками, які з'єднують між собою термінальні цистерни (з'єднувальний СР). Саме в поздовжніх ділянках кальцієві канали. необхідні для його абсорбції, найбільш численні [3].

Мембрана СР містить іонні канали (насоси), які закачують всередину нього Ca 2+. Оскільки концентрація кальцію в СР вище, ніж в інших частинах клітини, іони кальцію не можуть вільно надходити всередину нього: для цього потрібні особливі насоси, які накачують кальцій всередину з витратою енергії у вигляді АТФ. Такі насоси називаються саркоплазматическим Ca 2+ -АТФази [en] (англ. Sarcoplasmic reticulum Ca2 + ATPase, SERCA). Існує кілька різновидів SERCA [en]. причому SERCA 2a зустрічаються в основному в серцевому і скелетних м'язах [4].

SERCA складається з 13 субодиниць. позначаються M1-M10, N, P і A. Кальцій зв'язується з субодиницями M1-M10, які знаходяться в мембрані, в той час як АТФ зв'язується субодиницями N, P і А. Коли 2 іона кальцію, а також одна молекула АТФ зв'язуються з цитоплазматичної стороною каналу (тобто стороною, зверненої до цитоплазмі), канал відкривається, при цьому АТФ перетворюється в АДФ. виділяючи енергію. Вивільнена при цьому фосфатна група зв'язується з каналом, спонукаючи його змінити свою форму. Через це зміни форми цитоплазматическая сторона каналу відкривається, і два іона кальцію надходять в канал. Далі цитозольні сторона насоса закривається, внутрішня відкривається, вивільняючи іони кальцію всередину СР [5].

У серцевому м'язі міститься білок. відомий як фосфоламбан [en] (PLB), який блокує роботу SERCA. Зв'язуючись з каналом, PLB знижує його спорідненість до іонів кальцію, заважаючи надходженню кальцію всередину НГ. Якщо кальцій не видаляється в СР з цитозолю, то м'яз не може розслабитися, а значить, і знову скоротитися. Однак адреналін і норадреналін можуть заважати зв'язування PLB з SERCA. Коли вони зв'язуються з β1-адренорецепторів [en]. розташованим в клітинній мембрані. вони запускають серію реакцій, в кінці кінців призводять до активації протеїнкінази А (PKA). PKA може фосфорилювати PLB, запобігаючи його зв'язування з SERCA і запускаючи розслаблення м'язи [6].

Усередині СР знаходиться білок, відомий як кальсеквестрін [en]. Цей білок пов'язує близько 50 іонів кальцію, що знижує кількість вільного кальцію усередині НГ. Завдяки цьому в СР може запасатися більше Ca 2+ [7]. В основному кальсеквестрін знаходиться всередині з'єднувального СР / термінальних цистерн [en]. де він знаходиться в близькій зв'язку з кальцієвими каналами [8].

Вивільнення кальцію з СР відбувається в сполучному СР / термінальних цистернах через ріанодінового рецептори [en] (RyR) і також відомо як кальцієва спалах [en] [9]. Існує три типи ріанодінового рецепторів: RyR1 (в скелетних м'язах), RyR2 [en] (в серцевому м'язі) і RyR3 (в мозку) [10]. У різних м'язах вивільнення кальцію через ріанодінового рецептори запускається по-різному. У серці і в гладких м'язах електричний імпульс (потенціал дії) зипускает вихід кальцію в клітину через кальцієві канали L-типу, розташовані в клітинній мембрані (гладкі м'язи) або мембрані T-трубочок (серцевий м'яз). Ці іони кальцію зв'язуються з ріанодінового рецепторами і активують їх, в результаті чого рівень кальцію в клітині швидко підвищується [11]. Кофеїн. що міститься в каві. може зв'язуватися з ріанодінового рецепторами і стимулювати їх активність. Кофеїн робить ріанодінового рецептори більш чутливими до потенціалу дії (скелетні м'язи) або кальцію (серце і гладкі м'язи), в результаті чого кальцієві спалахи відбуваються частіше [12].

Тріадін [en] і джунктін (англ. Triadin and Junctin) - це білки, що знаходяться в мембрані СР і пов'язані з RyR. Головна роль цих білків полягає в заякоріванню кальсеквестріна до ріанодінового рецепторам. При нормальних (фізіологічних) рівнях кальцію кальсеквестрін зв'язується з RyR, тріадіном і джунктіном, що запобігає відкриттю RyR [13]. Якщо концентрація кальцію в СР стає занадто низькою, з кальсеквестріном зв'язується меншу кількість іонів кальцію, і в цих умовах кальсеквестрін міцно зв'язується з тріадіном, джунктіном і RyR. Якщо ж кальцію в СР занадто багато, то він зв'язується з кальсеквестріном, і останній пов'язаний з тріадіном, джунктіном і RyR менш міцно. Тому RyR можуть відкритися і вивільнити кальцій в клітку [14].

Крім вищеописаного дії на фосфоламбан, яке призводить до розслаблення серцевого м'яза, РКА (а також іншої фермент, відомий як кальмодулін-кіназа II [en]) може фосфорилювати ріанодінового рецептори. У фосфорильованому вигляді вони більш чутливі до кальцію, тому відкриваються частіше і на більший час. Це призводить до виходу кальцію з СР, посилюючи темпи скорочення [15].

Механізм припинення виходу кальцію через RyR до кінця не зрозумілий. Деякі вчені вважають, що це відбувається при випадковому закриття RyR, або ж ріанодінового рецептори стають неактивними після кальцієвої спалаху. Інші вчені стверджують, що зниження рівня кальцію в СР змушує рецептори закритися [16].