Sarkoplazmatski retikulum

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Poprečni presjek skeletnog mišića, na kojem se prikazuju t-tubule koje ulaze duboko u središte ćelije između dva terminalns cisterns/spojna SR. Tanje projekcije, koje vodoravno teku između dviju terminalnih cisterni, su uzdužni presjeci SR.

Sarkoplasmatski retikulum (SR) je membrsnski-vezana struktura unutar mišićnih ćelija koja je slična endoplazmatskom retikulumu u ostalim ćelijama. Glavna funkcija SR je skladištenje kalcijevih iona (Ca2+). Razina kalcijevih iona se održava relativno konstantnom, s tim da je njihova koncentracija unutar ćelije 10.000 puta manja od koncentracije kalcijevih iona izvan ćelije.[1] To znači da se mala povećanja kncentracije iona kalcija unutar ćelije lahko otkriju i mogu dovesti do važnih ćelijskih promjena (za kalcijum se kaže da je drugi glasnik; pogledajte detalje o ulozi kalcija u biologiji. Kalcij se koristi za izgradnju kalcij-karbonata (koji se nalazi u kredi) i kalcij-fosfata, dva spoja koja tijelo koristi za izradu zuba] i kostiju. To znači da previše kalcija unutar ćelija može dovesti do otvrdnjavanja (kalcifikacija) određenih unutarćelijskih struktura, uključujući i mitohondrije,[2] što dovodi do smrti ćelije. Zbog toga je ključno da se razine kalcijevih iona strogo kontrolira i da se po potrebi može pustiti u ćeliju i potom iz nje ukloniti.

Struktura[uredi | uredi izvor]

Sarkoplazmatski retikulum je mreža tubula koje se protežu kroz mišićne ćelije, obavijajući se (ali ne u direktnom kontaktu) s miofibrilims (kontraktilnim jedinicama ćelije). Ćelije srčanog i skeletnog mišića sadrže strukture zvane transverzalne tubule (T-tubule)), koji su produžeci ćelijske membrane koji putuju u središte ćelije. T-tubule su usko povezane sa specifičnom regijom SR, poznatom kao terminalna cisterna u skeletnom mišiću, s razdvajajućim razmakom od otprilike 12 nanometara. Ovo je primarno mjesto oslobađanja kalcija.[3] Uzdužni SR su tanje projekcije koji se kreću između terminalnih cisterni / spojnih SR i mjesto su na kojem su ionski kanali, potrebni za apsorpciju kalcijevih iona.[4] Ovi procesi su detaljnije objašnjeni u daljnjem tekstu i osnovni su za proces spajanja ekscitacije-kontrakcije u skeletnom, srčanom i glatkom mišićnom tkivu.

Apsorpcija kalcija[uredi | uredi izvor]

Unutar svoje membrane, SR sadrži membranu ionske pumpe koja je odgovorna za ispumpavanje Ca2+ u SR. Kako je koncentracija kalcijevih iona unutar SR veća nego u ostatku ćelije, oni neće slobodno teći u SR, pa su potrebne pumpe, koje koriste energiju koju dobivaju iz molekule zvane adenozin trifosfat (ATP). Ove kalcijeve pumpe nazivaju se sarko (endo)plazmatski retikulumske ATPaze (SERCA). Postoji mnoštvo različitih oblika SERCA, s tim da se SERCA 2a nalazi prvenstveno u srčanom i skeletnom mišiću.[5]

SERCA se sastoji od 13 podjedinica (s oznakom M1-M10, N, P i A). Kalcijevi ioni vežu se za M1-M10 podjedinice (koje se nalaze unutar membrane), dok se ATP veže za N, P i A podjedinice (koje se nalaze izvan SR). Kad se dva kalcijeva iona, zajedno s molekulom ATP-a, vežu na citosolnu stranu pumpe (tj. područje pumpe izvan SR-a), pumpa se otvara. To se događa jer ATP (koji sadrži tri fosfatne grupe) oslobađa jednu fosfatnu grupu (postaje adenozin-difosfat, ADP). Oslobođena fosfatna grupa tada se veže za pumpu, uzrokujući da pumpa promijeni oblik. Ova promjena oblika uzrokuje otvaranje citosolne strane pumpe, omogućavajući ulazak dva Ca2+. Citosolna strana pumpe se zatim zatvara i otvara se sarkoplazmatski retikulum, oslobađajući Ca2+ u SR.[6]

Protein koji se nalazi u srčanom mišiću, a zove se fosfolamban (PLB) sprečava rad SERCA. To se postiže vezanjem na SERCA i smanjujući njegovu privlačnost (afinitet) prema kalciju, čime sprečava unos kalcija u SR. Ako se iz citosola ne ukloni Ca2+, sprečava se opuštanje mišića, a samim tim znači i smanjenje mišićne kontrakcije. Ipak, molekule poput adrenalina i noradrenalina, mogu sprečiti PLB da inhibira SERCA. Kad se ovi hormoni vežu za receptor, zvani beta 1 adrenoceptor, smješten na ćelijskoj membrani, oni proizvode niz reakcija (poznatih kao ciklični AMP put)) koji proizvodi enzim zvani protein kinaza A (PKA). PKA može dodati fosfat u PLB (ovo je poznato kao fosforilacija), sprečavajući da inhibira SERCA i omogućava opuštanje mišića.[7]

Skladištenje kalcija[uredi | uredi izvor]

U SR se nalazi protein koji se zove kalsekvestrin. Ovaj protein se može vezati na oko 50 Ca 2+, što smanjuje količinu slobodnog Ca2+ unutar SR (jer se više veže na kalsekvestrin).[8] Zbog toga se može sačuvati više kalcija (kalsekvestrin se ponaša kao pufer). Prvenstveno se nalazi unutar spoja SR / terminalna cisterna, u uskoj povezanosti s kanalom za oslobađanje kalcija (opisan dolje).[9]

Oslobađanje kalcija[uredi | uredi izvor]

Oslobađanje kalcijevvih iona iz SR, događa se u spoju SR / terminalna cisterna kroz rijanodinski receptor (RyR) i poznato je kao kalcijevo varničenje.[10] Postoje tri vrste rijanodinskih receptora, RyR1 (skeletni mišić), RyR2 (srčani mišić) i RyR3 (mozak). Oslobađanje kalcijuma putem rijanodinskih receptora u SR aktivira se različito u različitim mišićima. U srčanom i glatkom mišiću električni impuls (akcijski potencijal) pokreće kalcijeve ione da uđu u ćeliju kroz kalcijev kanal L-tipa smješten u ćelijskoj membrani (glatki mišić) ili membrani T-tubula (srčani mišića). Ovi kalcijevi ioni vežu se i aktiviraju RyR, uz veće povećanje koncentracije unutarćelijskog kalcija. U skeletnim mišićima, međutim, kalcijev kanal L-tipa vezan je na RyR. Stoga aktivacija L-tipa kalcijevog kanala, putem akcijskog potencijala, direktno aktivira RyR, izazivajući oslobađanje kalcija.[11] Također, kofein (koji se nalazi u kahvii) može se vezati i stimulirati RyR. Kofein čini RyR osjetljivijim na akcijski potencijal (skeletni mišić) ili kalcij (srčani ili glatki mišić), stvarajući tako češće kalcijeve varnice (to je djelomično odgovorno za utjecaj kofeina na rad srca).[12]

Triadin i junktin su proteini koji se nalaze u membrani SR i koji su vezani za RyR. Glavna uloga ovih proteina je da se usidre kalsekvestrin (vidi gore) na rijanodinski receptor. Pri „normalnim“ (fiziološkim) nivoima SR kalcijuma, kalsekvestrin se veže na RyR, triadin i kunktin, što sprečava otvaranje RyR.[13] Ako koncentracija kalcija unutar SR padne prenisko, manje će se kalcijuma vezati za kalsekvestrin. To znači da na calsekvestrinu ima više prostora, da se veže za receptor za junktin, triadin i rijanodin, stoga se veže čvršće. Međutim, ako se kalcij unutar SR povećava previsoko, više ga se veže na kalsekvestrin i samim tim se manje čvrsto veže na kompleks junktin-triadin-RyR. Zbog toga se RyR može otvoriti i otpustiti kalcij u ćeliju.[14]

Pored efekata koje je PKA imao na fosfolamban (vidi gore) koji su rezultirali povećanim opuštanjem srčanog mišića, PKA (kao i drugi enzim nazvan kalmodulin kinaza II) također mogu fosforilati rijanodinski receptori. Kada su fosforilirani, RyR su osjetljiviji na kalcij, pa se stoga otvaraju češće i duže vrijeme. To povećava oslobađanje kalcijuma iz SR, povećavajući brzinu kontrakcije.[15] Zbog toga, u srčanom mišiću, aktiviranje PKA, kroz ciklički AMP put, rezultira pojačanom kontrakcijom mišića (putem RyR2 fosforilacije) i povećana opuštenost (putem fosfolambanske fosforilacije), što povećava učestalost otkucaja srca.

Mehanizam zaustavljanja oslobađanja kalcija putem RyR još uvijek nije u potpunosti razumljiv. Neki istraživači vjeruju da je to slučajno zatvaranje receptora rijanodina (poznato kao stohastička atricija) ili receptora rijanodina koji postaju neaktivni nakon kalcijeve varnice,[16] dok drugi vjeruju da smanjenje kalcija u SR pokreće zatvaranje receptora.

Uloga u ukrućivanju mrtvaca[uredi | uredi izvor]

Raspad sarkoplazmatskog retikuluma, zajedno s rezultirajućem oslobađanju kalcija, važan je doprinos pojavi rigor mortis, ukrućenju mišića nakon smrti. Ako se koncentracija kalcija u sarkoplazmi poveća, tada to također može uzrokovati ukočenost mišića.

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Bronner, F. (2003) ‘Extracellular and intracellular regulation of calcium homeostasis’, TheScientificWorldJournal., 1, pp. 919–25.
  2. ^ Trump, B., Berezesky, I., Laiho, K., Osornio, A., Mergner, W. and Smith, M. (1980) ‘The role of calcium in cell injury. A review’, Scanning electron microscopy., pp. 437–62.
  3. ^ The anatomy of the sarcoplasmic reticulum in vertebrate skeletal muscle: Its implications for excitation contraction coupling’, Zeitschrift fur Naturforschung. Section C, Biosciences., 37, pp. 665–78.
  4. ^ Arai, M.; Matsui, H.; Periasamy, M. (1. 4. 1994). "Sarcoplasmic reticulum gene expression in cardiac hypertrophy and heart failure". Circulation Research (jezik: engleski). 74 (4): 555–564. doi:10.1161/01.RES.74.4.555. ISSN 0009-7330. PMID 8137493.
  5. ^ Periasamy, M. and Kalyanasundaram, A. (2007) ‘SERCA pump isoforms: Their role in calcium ion transport and disease’, Muscle & Nerve, 35(4), pp. 430–42.
  6. ^ Kekenes-Huskey, P.M., Metzger, V.T., Grant, B.J. and McCammon, A.J. (2012b) ‘Calcium binding and allosteric signaling mechanisms for the sarcoplasmic reticulum Ca2+ ATPase’, 21(10).
  7. ^ Akin, B., Hurley, T., Chen, Z. and Jones, L. (2013) ‘The structural basis for phospholamban inhibition of the calcium pump in sarcoplasmic reticulum’, The Journal of Biological Chemistry., 288(42), pp. 30181–91.
  8. ^ Beard, N. A.; Laver, D. R.; Dulhunty, A. F. (1. 5. 2004). "Calsequestrin and the calcium release channel of skeletal and cardiac muscle". Progress in Biophysics and Molecular Biology. 85 (1): 33–69. doi:10.1016/j.pbiomolbio.2003.07.001. ISSN 0079-6107. PMID 15050380.
  9. ^ MacLennan, DH; Wong, PT (1971). "Isolation of a calcium-sequestering protein from sarcoplasmic reticulum". Proc Natl Acad Sci USA. 68 (6): 1231–1235. doi:10.1073/pnas.68.6.1231. PMC 389160. PMID 4256614.
  10. ^ Cheng, H.; Lederer, W. J.; Cannell, M. B. (29. 10. 1993). "Calcium sparks: elementary events underlying excitation-contraction coupling in heart muscle". Science. 262 (5134): 740–744. doi:10.1126/science.8235594. ISSN 0036-8075. PMID 8235594.
  11. ^ Cheng, H. and Lederer, W. (2008) ‘Calcium sparks’, Physiological Reviews., 88(4), pp. 1491–545.
  12. ^ Sitsapesan R, Williams AJ. Mechanisms of caffeine activation of single calcium-release channels of sheep cardiac sarcoplasmic reticulum. J Physiol (Lond) 1990;423:425– 439]
  13. ^ Zhang, L; Kelley, J; Schmeisser, G; Kobayashi, YM; Jones, LR (1997). "Complex formation between junctin, triadin, calsequestrin, and the ryanodine receptor: proteins of the cardiac junctional sarcoplasmic reticulum membrane". J Biol Chem. 272 (37): 23389–23397. doi:10.1074/jbc.272.37.23389. PMID 9287354.
  14. ^ Györke, I., Hester, N., Jones, L.R. and Györke, S. (2004) ‘The role of Calsequestrin, Triadin, and Junctin in conferring cardiac Ryanodine receptor responsiveness to Luminal calcium’, 86(4).
  15. ^ Bers, D.M. (2006) ‘Cardiac ryanodine receptor phosphorylation: Target sites and functional consequences’, 396(1).
  16. ^ Sham, J. S. K.; et al. (1998). "Termination of Ca2+ release by a local inactivation of ryanodine receptors in cardiac myocytes". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95 (25): 15096–15101. doi:10.1073/pnas.95.25.15096. PMC 24581. PMID 9844021.