Войти
Мультипликационный фрагмент скелетных мышц, показывающий т-канальцы, проходящие глубоко в центр клетки между двумя терминальными цистернами / соединительными SR. Более тонкие выступы, проходящие горизонтально между двумя терминальными цистернами, являются продольными срезами SR. саркоплазматический ретикулум (SR) - это мембранная связанная структура, обнаруженная в мышечных клетках., который похож на эндоплазматический ретикулум в других клетках. Основная функция SR заключается в хранении ионов кальция (Ca). Уровни ионов кальция поддерживаются относительно постоянными, при этом концентрация ионов кальция внутри клетки в 10 000 раз меньше, чем концентрация ионов кальция вне клетки. Это означает, что небольшое увеличение количества ионов кальция в клетке легко обнаруживается и может вызвать важные клеточные изменения (кальций считается вторым мессенджером ; подробнее см. кальций в биологии Детали). Кальций используется для производства карбоната кальция (содержится в мелу) и фосфата кальция, двух соединений, которые организм использует для образования зубов и костей <56.>. Это означает, что слишком много кальция в клетках может привести к затвердеванию (кальцификации ) определенных внутриклеточных структур, включая митохондрии, что приведет к гибели клеток. Следовательно, жизненно важно, чтобы уровни ионов кальция строго контролировались и могли высвобождаться в клетку, когда это необходимо, а затем удаляться из клетки.
.
Саркоплазматический ретикулум представляет собой сеть канальцев, которые проходят через мышечные клетки, обвивая (но не в прямом контакте с) миофибриллы (сократительные единицы клетки). Клетки сердца и скелетных мышц содержат структуры, называемые поперечными канальцами (Т-канальцами), которые являются продолжением клеточной мембраны, которые перемещаются в центр клетки. Т-канальцы тесно связаны со специфической областью SR, известной как терминальные цистерны в скелетных мышцах, на расстоянии примерно 12 нанометров, разделяющих их. Это основное место высвобождения кальция. Продольные SR - это более тонкие проекты, которые проходят между терминальными цистернами / соединительными SR и являются местом, где ионные каналы, необходимые для абсорбции ионов кальция, наиболее многочисленны. Эти процессы более подробно объясняются ниже и являются фундаментальными для процесса взаимодействия возбуждения и сокращения в скелетных, сердечных и гладких мышцах.
SR содержит насосы ионных каналов внутри своей мембраны, которые отвечают за перекачку Ca в SR. Поскольку концентрация ионов кальция в SR выше, чем в остальной части клетки, ионы кальция не будут свободно поступать в SR, и поэтому требуются насосы, которые используют энергию, которую они получают от молекулы под названием аденозинтрифосфат (АТФ). Эти кальциевые насосы называются АТФазами Sarco (эндо) плазматического ретикулума (SERCA). Существует множество различных форм SERCA, при этом SERCA 2a обнаруживается в основном в сердечной и скелетной мышцах.
SERCA состоит из 13 субъединиц (обозначенных M1-M10, N, P и A). Ионы кальция связываются с субъединицами M1-M10 (которые расположены внутри мембраны), тогда как АТФ связывается с субъединицами N, P и A (которые расположены вне SR). Когда 2 иона кальция вместе с молекулой АТФ связываются с цитозольной стороной насоса (то есть с областью насоса вне SR), насос открывается. Это происходит потому, что АТФ (который содержит три фосфатные группы ) высвобождает одну фосфатную группу (становится аденозиндифосфатом ). Освободившаяся фосфатная группа затем связывается с насосом, заставляя насос менять форму. Это изменение формы приводит к открытию цитозольной стороны помпы, позволяя проникать двум Са. Затем цитозольная сторона насоса закрывается, а сторона саркоплазматического ретикулума открывается, высвобождая Са в SR.
A белок, обнаруженный в сердечной мышце, называемый фосфоламбан (PLB), как было показано, предотвращает SERCA от работы. Это достигается путем связывания с SERCA и уменьшения его притяжения (сродства) к кальцию, тем самым предотвращая поглощение кальция в SR. Неспособность удалить Са из цитозоля предотвращает расслабление мышц и, следовательно, означает уменьшение мышечного сокращения. Однако такие молекулы, как адреналин и норадреналин, могут предотвратить ингибирование PLB SERCA. Когда эти гормоны связываются с рецептором, называемым бета-1-адренорецептором, расположенным на клеточной мембране, они вызывают серию реакций (известных как путь циклического АМФ ), которые производят фермент, называемый протеинкиназой А (PKA). PKA может добавлять фосфат к PLB (это известно как фосфорилирование), предотвращая его ингибирование SERCA и позволяя расслабить мышцы.
Внутри SR находится белок под названием кальсеквестрин. Этот белок может связываться примерно с 50 Ca, что снижает количество свободного Ca в SR (так как большее количество связано с кальсеквестрином). Следовательно, может сохраняться больше кальция (кальсеквестрин считается буфером). Он в основном расположен в соединительной SR / терминальных цистернах, в тесной связи с каналом высвобождения кальция (описанным ниже).
Высвобождение ионов кальция из SR возникает в соединительной SR / терминальной цистерне через рианодиновый рецептор (RyR) и известен как кальциевая искра. Существует три типа рецепторов рианодина: RyR1 (в скелетной мышце ), RyR2 (в сердечной мышце ) и RyR3. (в мозгу ). Высвобождение кальция через рецепторы рианодина в SR запускается по-разному в разных мышцах. В сердечной и гладкой мышце электрический импульс (потенциал действия ) запускает ионы кальция для проникновения в клетку через кальциевый канал L-типа, расположенный в клеточной мембране (гладкой мышце) или T- оболочка канальцев (сердечная мышца). Эти ионы кальция связываются с RyR и активируют его, вызывая большее увеличение внутриклеточного кальция. Однако в скелетных мышцах кальциевый канал L-типа связан с RyR. Следовательно, активация кальциевого канала L-типа через потенциал действия непосредственно активирует RyR, вызывая высвобождение кальция (см. кальциевые искры для получения более подробной информации). Кроме того, кофеин (содержится в кофе) может связываться с RyR и стимулировать его. Кофеин делает RyR более чувствительным либо к потенциалу действия (скелетные мышцы), либо к кальцию (сердечная или гладкая мышца), тем самым вызывая кальциевые искры чаще (это частично отвечает за влияние кофеина на частоту сердечных сокращений). 120>Триадин и юнктин - это белки, обнаруженные в мембране SR, которые связаны с RyR. Основная роль этих белков заключается в закреплении кальсеквестрина (см. Выше) на рецепторе рианодина. При «нормальном» (физиологическом) уровне кальция в SR кальсеквестрин связывается с RyR, триадином и юнктином, что предотвращает открытие RyR. Если концентрация кальция в SR упадет слишком низко, кальсеквестрин будет связывать меньше кальция. Это означает, что у кальсеквестрина больше места для связывания с рецепторами юнктина, триадина и рианодина, поэтому он связывается сильнее. Однако, если содержание кальция в SR повышается слишком высоко, больше кальция связывается с кальсеквестрином, и поэтому он менее прочно связывается с комплексом юнктин-триадин-RyR. Таким образом, RyR может открываться и высвобождать кальций в клетку.
В дополнение к эффектам, которые PKA оказал на фосфоламбан (см. Выше), что привело к усиленному расслаблению сердечной мышцы, PKA ( а также другой фермент, называемый кальмодулинкиназа II ), также может фосфорилировать рецепторы рианодина. При фосфорилировании RyR более чувствительны к кальцию, поэтому они открываются чаще и на более длительные периоды времени. Это увеличивает высвобождение кальция из SR, увеличивая скорость сокращения. Следовательно, в сердечной мышце активация PKA через путь циклического АМФ приводит к усилению сокращения мышц (через фосфорилирование RyR2 ) и усиленное расслабление (через фосфорилирование фосфоламбана ), что увеличивает частоту сердечных сокращений.
Механизм прекращения высвобождения кальция через RyR до сих пор полностью не изучен. Некоторые исследователи полагают, что это происходит из-за случайного закрытия рецепторов рианодина (известного как стохастическое истощение) или из-за того, что рецепторы рианодина становятся неактивными после искры кальция, в то время как другие полагают, что снижение уровня кальция SR вызывает закрытие рецепторов (см. кальциевые искры подробнее).
Разрушение саркоплазматического ретикулума, наряду с высвобождением кальция, является важным фактором трупного окоченения, жесткости мышц после смерть.
Если концентрация кальция в саркоплазме увеличивается, это также может вызвать жесткость мышц.
