Сaркоплазматски ретикулум

Сaркоплаземски ретикулум (СР) је структура везана за мембрану унутар мишићних ћелија која је слична ендоплазматични ретикулуму у другим ћелијама. Главна функција СР је складиштење јона калцијума (Ca⁺⁺). Ниво калцијумових јона се одржава релативно константним, при чему је њихова концентрација унутар ћелије 10.000 пута нижа од концентрације јона калцијума ван ћелије.^[1] То значи да се мала повећања концентрације јона калцијума у ћелији лако могу довести до важних промена у ћелији (па се за калцијум се каже да је други гласник).

Калцијум се користи за изградњу калцијума карбонат (који се налази у креди) и калцијум фосфата, два једињења која тело користи за изградњу зуба и костију. У том смислу превише калцијума унутар ћелија може довести до очвршћавања (калцификације) одређених унутарћелијских структура, укључујући митохондрије,^[2] што може довести до ћелијске смрти. Због тога је кључно да се нивои јона калцијума строго контролишу и да се по потреби уноси у ћелију иили елиминише из ње.

Структура

Сaркоплазматски ретикулум је мрежа тубула која се протеже кроз мишићне ћелије, обавијајући их, али не додирујући директно, миофибриле (контрактилне јединице ћелије). Ћелије срчаних и скелетних мишића садрже структуре познате као Т-тубула, које су инвагинације ћелијске мембране које се протежу према центру ћелије. Т-тубула су уско повезани са специјализованим елементима СР, познатим као терминалне цистерне у случају срчаног мишића и спојне СР у случају скелетних мишића. Раздвојени су растојањем од око 12 nm. Ово је примарно место ослобађања калцијума. Уздужни елементи СР су представљени танким пресецима који повезују терминалне цистерне (јункцијски СР). Управо у уздужним пресецима су калцијумови канали неопходни за његову апсорпцију најбројнији.^[3]

Апсорпција калцијума

СР мембрана садржи јонске канале (пумпе) који пумпају Ca2⁺ у њу . Пошто је концентрација калцијума у СР већа него у другим деловима ћелије, јони калцијума не могу слободно да уђу у њу: то захтева посебне пумпе које пумпају калцијум унутра, трошећи енергију у облику АТП-а. Такве пумпе се називају сарк(ендо)плазматски ретикулум Ca2+ ATPase (Ca2+ АТПаза, SERCA). Постоји неколико врста SERCA, при чему се SERCA 2a првенствено налази у срчаним и скелетним мишићима.

SERCA се састоји од 13 подјединица, означених као М1-М10, Н, П и А. Калцијум се везује за подјединице М1-М10, које се налазе у мембрани, док се АТП везује за подјединице (са ознаком M1-M10, N, P i A). Када се два јона калцијума и један молекул АТП-а вежу за цитоплазматску страну канала (на страну окренуту ка цитоплазми), канал се отвара, претварајући АТП у АДП и ослобађајући енергију. Фосфатна група ослобођена у овом процесу везује се за канал, узрокујући његову промену облика. Ова промена облика узрокује отварање цитоплазматске стране канала, и два јона калцијума улазе у канал. Цитосолна страна пумпе се затим затвара, а унутрашња страна се отвара, ослобађајући јоне калцијума у СР.

Срчани мишић садржи протеин познат као фосфоламбан, који блокира SERCA. Везивањем за канал, PLB смањује свој афинитет за јоне калцијума, спречавајући калцијум да уђе у СР. Ако се калцијум не уклони из цитосола у СР, мишић се не може опустити и стога поново контраховати. Међутим, епинефрин и норепинефрин могу ометати везивање PLB за SERCA. Када се вежу за β1-адренорецепторе у ћелијској мембрани, покрећу низ реакција које на крају доводе до активације протеин киназе А (PKA), која може фосфориловати PLB, спречавајући његово везивање за SERCA и покрећући релаксацију мишића .

Складиштење калцијума

Унутар СР налази се протеин познат као калсеквестрин. Овај протеин везује приближно 50 јона калцијума, што смањује количину слободног калцијума унутар СР.^[4] Ово омогућава складиштење више Ca²⁺ у СР. Калсеквестрин се првенствено налази унутар спојних СР/терминалних цистерни, где је у блиској вези са калцијумовим каналима терминалне цистерне.^[5]

Ослобађање калцијума

Ослобађање калцијума из ријанодинских рецептора (СР) се одвија у СР/терминалних цистерни путем ријанодинских рецептора (RyRs) и познато је и као Calcium sparks. Постоје три типа ријанодинских рецептора: RyR1 (у скелетним мишићима), и RyR3 (у мозгу). Ослобађање калцијума путем ријанодинских рецептора се различито покреће у различитим мишићима. У срцу и глатким мишићима, електрични импулс ( акциони потенцијал ) покреће ослобађање калцијума у ћелију путем калцијумских канала L-типа који се налазе у ћелијској мембрани (глатки мишић) или мембрани Т-тубула (срчани мишић). Ови јони калцијума се везују за ријанодинске рецепторе и активирају их, узрокујући брзи пораст нивоа калцијума у ћелији. Кофеин, који се налази у кафи, може се везати за ријанодинске рецепторе и стимулисати њихову активност. Кофеин чини ријанодинске рецепторе осетљивијим на акционе потенцијале (скелетни мишићи) или калцијум (срце и глатки мишићи), што резултира чешћим скоковима калцијума.^[6]

Триадин и јунктин су протеини који се налазе у мембрани СР и повезани су са RyR. Главна улога ових протеина је да усидре калсеквестрин за ријанодинске рецепторе. При нормалним (физиолошким) нивоима калцијума, калсеквестрин се везује за RyR, триадин и јунктин, што спречава отварање RyR . Ако концентрација калцијума у СР постане прениска, мање јона калцијума се везује за калсеквестрин, и под овим условима, калсеквестрин се чврсто везује за триадин, јунктин и RyR. Ако има превише калцијума у СР, он се везује за калсеквестрин, а овај други је мање чврсто везан за триадин, јунктин и RyR. Стога, RyR може да се отвори и ослободи калцијум у ћелију.

Поред горе описаног ефекта на фосфоламбан, који доводи до опуштања срчаног мишића, ппротеин киназа А (ПКА) (као и други ензим познат као Ca2+/калмодулин-протеин киназа II може фосфориловати ријанодинске рецепторе. Када се фосфорилишу, они су осетљивији на калцијум, па се отварају чешће и дуже време. То доводи до ослобађања калцијума из СР,и повећања брзине контракције.^[7]

Механизам којим престаје излучивање калцијума кроз RyR-ове није у потпуности схваћен. Неки научници верују да се то дешава случајним затварањем RyR-ова или да ријанодински рецептори постају неактивни након наглог пораста калцијума. Други научници тврде да смањење нивоа калцијума у СР доводи до затварања рецептора.^[8]

Улога у укрућивању леша

Распад саркоплазматског ретикулума, заједно са резултујучим ослобађањем калција, важан је фактор у појави мртвачке укочености (укрућењу мишића након смрти), мада и свако друго повећања концентрација калција у саркоплазми такође може изазвати укоченост мишића.

Референце

^ Bronner, F (2003). „Extracellular and intracellular regulation of calcium homeostasis”. The Scientific World Journal: 919—25. , 1,
^ Trump, B., Berezesky, I., Laiho, K., Osornio, A., Mergner, W. and Smith, M. „The role of calcium in cell injury. A review”. Scanning Electron Microscopy.: 437—62. 1980.
^ Arai, M; Matsui, H; Periasamy, M (1994). „Sarcoplasmic reticulum gene expression in cardiac hypertrophy and heart failure.”. Circulation Research (на језику: енглески). 74 (4): 555—564. ISSN 0009-7330. doi:10.1161/01.RES.74.4.555.
^ Beard, N.A; Laver, D.R; Dulhunty, A.F (2004). „Calsequestrin and the calcium release channel of skeletal and cardiac muscle”. Progress in Biophysics and Molecular Biology (на језику: енглески). 85 (1): 33—69. doi:10.1016/j.pbiomolbio.2003.07.001.
^ MacLennan, David H.; Wong, P. T. S. (1971). „Isolation of a Calcium-Sequestering Protein from Sarcoplasmic Reticulum”. Proceedings of the National Academy of Sciences (на језику: енглески). 68 (6): 1231—1235. ISSN 0027-8424. doi:10.1073/pnas.68.6.1231.
^ Sitsapesan, R; Williams, A J (1990). „Mechanisms of caffeine activation of single calcium‐release channels of sheep cardiac sarcoplasmic reticulum.”. The Journal of Physiology. 423 (1): 425—439. ISSN 0022-3751. doi:10.1113/jphysiol.1990.sp018031.
^ Györke, Inna; Hester, Nichole; Jones, Larry R.; Györke, Sandor (2004). „The Role of Calsequestrin, Triadin, and Junctin in Conferring Cardiac Ryanodine Receptor Responsiveness to Luminal Calcium”. Biophysical Journal. 86 (4): 2121—2128. ISSN 0006-3495. doi:10.1016/s0006-3495(04)74271-x.
^ Bers, Donald M. (2006-04-26). „Cardiac ryanodine receptor phosphorylation: target sites and functional consequences”. Biochemical Journal. 396 (1). ISSN 0264-6021. doi:10.1042/bj20060377.

Молимо Вас, обратите пажњу на важно упозорење
у вези са темама из области медицине (здравља).

[1] Bronner, F (2003). „Extracellular and intracellular regulation of calcium homeostasis”. The Scientific World Journal: 919—25. , 1,

[2] Trump, B., Berezesky, I., Laiho, K., Osornio, A., Mergner, W. and Smith, M. „The role of calcium in cell injury. A review”. Scanning Electron Microscopy.: 437—62. 1980.

[3] Arai, M; Matsui, H; Periasamy, M (1994). „Sarcoplasmic reticulum gene expression in cardiac hypertrophy and heart failure.”. Circulation Research (на језику: енглески). 74 (4): 555—564. ISSN 0009-7330. doi:10.1161/01.RES.74.4.555.

[4] Beard, N.A; Laver, D.R; Dulhunty, A.F (2004). „Calsequestrin and the calcium release channel of skeletal and cardiac muscle”. Progress in Biophysics and Molecular Biology (на језику: енглески). 85 (1): 33—69. doi:10.1016/j.pbiomolbio.2003.07.001.

[5] MacLennan, David H.; Wong, P. T. S. (1971). „Isolation of a Calcium-Sequestering Protein from Sarcoplasmic Reticulum”. Proceedings of the National Academy of Sciences (на језику: енглески). 68 (6): 1231—1235. ISSN 0027-8424. doi:10.1073/pnas.68.6.1231.

[6] Sitsapesan, R; Williams, A J (1990). „Mechanisms of caffeine activation of single calcium‐release channels of sheep cardiac sarcoplasmic reticulum.”. The Journal of Physiology. 423 (1): 425—439. ISSN 0022-3751. doi:10.1113/jphysiol.1990.sp018031.

[7] Györke, Inna; Hester, Nichole; Jones, Larry R.; Györke, Sandor (2004). „The Role of Calsequestrin, Triadin, and Junctin in Conferring Cardiac Ryanodine Receptor Responsiveness to Luminal Calcium”. Biophysical Journal. 86 (4): 2121—2128. ISSN 0006-3495. doi:10.1016/s0006-3495(04)74271-x.

[8] Bers, Donald M. (2006-04-26). „Cardiac ryanodine receptor phosphorylation: target sites and functional consequences”. Biochemical Journal. 396 (1). ISSN 0264-6021. doi:10.1042/bj20060377.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]