Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Мультипликационный разрез скелетных мышц, показывающий Т-канальцы, проходящие глубоко в центр клетки между двумя терминальными цистернами / соединительными SR. Более тонкие выступы, идущие горизонтально между двумя терминальными цистернами, являются продольными сечениями SR.

Саркоплазматический ретикулум ( СР ) представляет собой мембрану -связанной структуры найти в мышечных клетках , что похоже на эндоплазматический ретикулум и в других клетках . Основная функция SR - накапливать ионы кальция (Ca 2+ ). Уровни ионов кальция поддерживаются относительно постоянными, при этом концентрация ионов кальция внутри клетки в 10 000 раз меньше, чем концентрация ионов кальция вне клетки. [1] Это означает, что небольшое увеличение количества ионов кальция в клетке легко обнаруживается и может вызвать важные клеточные изменения (кальций считается вторым посланником ; см.кальций в биологии ). Кальций используется для образования карбоната кальция (содержится в мелу) и фосфата кальция - двух соединений, которые организм использует для создания зубов и костей . Это означает , что слишком много кальция в клетках может привести к закалке ( кальциноз ) определенных внутриклеточных структур, в том числе митохондрий , [2] , ведущие к гибели клеток. Следовательно, жизненно важно, чтобы уровни ионов кальция строго контролировались и могли быть высвобождены в клетку при необходимости, а затем удалены из клетки.


Структура [ править ]

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 представляют собой продолжения клеточной мембраны, которые перемещаются в центр клетки. Т-канальцы тесно связаны с определенной областью SR, известной как терминальные цистерны в скелетных мышцах, на расстоянии примерно 12 нанометров , разделяющем их. Это основное место высвобождения кальция. [3]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. [4] Эти процессы объясняются более подробно ниже и являются фундаментальными для процесса взаимодействия возбуждения и сокращения в скелетных , сердечных и гладких мышцах .

Всасывание кальция [ править ]

SR содержит насосы ионных каналов внутри своей мембраны, которые отвечают за перекачку Ca 2+ 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, называемой аденозинтрифосфатом ( СПС) . Эти кальциевые насосы называются Са 2+ АТФазами Sarco (эндо) плазматического ретикулума (SERCA) . Существует множество различных форм SERCA, при этом SERCA 2a обнаруживается в основном в сердечных и скелетных мышцах. [5]

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 за пределами SR), насос открывается. Это происходит потому, что АТФ (который содержит три фосфатные группы ) высвобождает одну фосфатную группу (превращаясь в аденозиндифосфат ). Освободившаяся фосфатная группа затем связывается с насосом, в результате чего насос меняет форму. Это изменение формы приводит к открытию цитозольной стороны насоса, позволяя двум Ca 2+войти. Затем цитозольная сторона насоса закрывается, а сторона саркоплазматического ретикулума открывается, высвобождая Ca 2+ в SR. [6]

Было показано, что белок, обнаруженный в сердечной мышце, называемый фосфоламбаном (PLB) , препятствует работе SERCA. Он делает это путем связывания с SERCA и уменьшения его притяжения (сродства) к кальцию, тем самым предотвращая поглощение кальция в SR. Неспособность удалить Ca 2+ из цитозоля предотвращает расслабление мышц и, следовательно, означает уменьшение сокращения мышц. Однако такие молекулы, как адреналин и норадреналин , могут препятствовать тому, чтобы PLB подавлял SERCA. Когда эти гормоны связываются с рецептором, называемым бета-1-адренорецептором , расположенным на клеточной мембране, они вызывают серию реакций (известных как путь циклического АМФ.), который производит фермент под названием протеинкиназа A (PKA) . PKA может добавлять фосфат к PLB (это известно как фосфорилирование), предотвращая его ингибирование SERCA и позволяя расслабить мышцы. [7]

Хранение кальция [ править ]

Внутри SR находится белок кальсеквестрин . Этот белок может связываться примерно с 50 Ca 2+ , что снижает количество свободного Ca 2+ в SR (поскольку большее количество связывается с кальсеквестрином). [8] Таким образом, можно накапливать больше кальция (кальсеквестрин считается буфером). Он в основном расположен в соединительном SR / просвете , в тесной связи с каналом высвобождения кальция (описанным ниже). [9]

Выпуск кальция [ править ]

Высвобождение ионов кальция из SR происходит в соединительных SR / терминальных цистернах через рецептор рианодина (RyR) и известно как искра кальция . [10] Существует три типа рецепторов рианодина: RyR1 (в скелетных мышцах ), RyR2 (в сердечной мышце ) и RyR3 (в головном мозге ). [11] Высвобождение кальция через рецепторы рианодина в SR запускается по-разному в разных мышцах. В сердечной и гладкой мышцах электрический импульс ( потенциал действия ) заставляет ионы кальция проникать в клетку через кальциевый канал L-типа.расположен в клеточной мембране (гладкая мышца) или мембране Т-канальца (сердечная мышца). Эти ионы кальция связываются и активируют RyR, вызывая большее увеличение внутриклеточного кальция. Однако в скелетных мышцах кальциевый канал L-типа связан с RyR. Следовательно, активация кальциевого канала L-типа посредством потенциала действия непосредственно активирует RyR, вызывая высвобождение кальция (см. Кальциевые искры для более подробной информации). [12] Кроме того, кофеин (содержащийся в кофе) может связываться с RyR и стимулировать его. Кофеин делает RyR более чувствительным либо к потенциалу действия (скелетные мышцы), либо к кальцию (сердечные или гладкие мышцы), тем самым вызывая кальциевые искры чаще (это частично отвечает за влияние кофеина на частоту сердечных сокращений).[13]

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. [14]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. [15]

В дополнение к эффектам, которые ПКА оказывает на фосфоламбан (см. Выше), что приводит к усилению расслабления сердечной мышцы, ПКА (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. [16] Таким образом, в сердечной мышце активация PKA посредством пути циклического АМФ приводит к усилению мышечного сокращения (через фосфорилирование RyR2 ) и усилению релаксации (черезфосфоламбана ), 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 [17], в то время как другие полагают, что уменьшение содержания кальция в SR вызывает закрытие рецепторов ( см. искры кальция для более подробной информации).

Роль в трупном окоченении [ править ]

Разрушение саркоплазматического ретикулума, наряду с высвобождением кальция, является важным фактором трупного окоченения - жесткости мускулов после смерти.

Если концентрация кальция в саркоплазме увеличивается, это также может вызвать жесткость мышц.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Броннер, Ф. (2003) «Внеклеточная и внутриклеточная регуляция гомеостаза кальция», The ScienceWorldJournal., 1, стр. 919–25.
  2. ^ Трамп Б., Березский И., Лайхо К., Осорнио А., Мергнер В. и Смит М. (1980) «Роль кальция в повреждении клеток. Обзор », Сканирующая электронная микроскопия. С. 437–62.
  3. ^ Анатомия саркоплазматического ретикулума в скелетных мышцах позвоночных: его значение для сцепления при возбуждении и сокращении », Zeitschrift fur Naturforschung. Раздел C, Биологические науки, 37, стр. 665–78.
  4. ^ Arai, M .; Matsui, H .; Периасами, М. (1994-04-01). «Экспрессия гена саркоплазматического ретикулума при сердечной гипертрофии и сердечной недостаточности» . Циркуляционные исследования . 74 (4): 555–564. DOI : 10.1161 / 01.RES.74.4.555 . ISSN  0009-7330 . PMID  8137493 .
  5. ^ Periasamy, М. и Kalyanasundaram, A. (2007) 'Serca насос изоформы: Их роль в транспорте ионов кальция и болезни', Muscle & Nerve, 35 (4), стр 430-42..
  6. ^ Kekenes-Huskey, PM, Metzger, VT, Grant, BJ и McCammon, AJ (2012b) «Связывание кальция и аллостерические механизмы передачи сигналов для Ca 2+ АТФазысаркоплазматического ретикулума», 21 (10).
  7. ↑ Akin, B., Hurley, T., Chen, Z. and Jones, L. (2013) «Структурная основа ингибирования фосфоламбаном кальциевого насоса в саркоплазматическом ретикулуме», The Journal of Biological Chemistry., 288 (42) С. 30181–91.
  8. ^ Борода, NA; Laver, DR; Дулханти, AF (2004-05-01). «Кальсеквестрин и канал высвобождения кальция из скелетных и сердечных мышц» . Прогресс в биофизике и молекулярной биологии . 85 (1): 33–69. DOI : 10.1016 / j.pbiomolbio.2003.07.001 . ISSN 0079-6107 . PMID 15050380 .  
  9. ^ Кобаяши, Ю.М.; Alseikhan, BA; Джонс, LR (2000): Локализация и характеристика кальсеквестрин-связывающего домена триадина 1. Доказательства того, что заряженная бета-цепь опосредует белок-белковое взаимодействие. В Журнале биологической химии 275 (23), стр. 17639–17646. DOI: 10.1074 / jbc.M002091200.
  10. ^ Cheng, H .; Lederer, WJ; Каннелл, МБ (1993-10-29). «Кальциевые искры: элементарные события, лежащие в основе связи возбуждения и сокращения в сердечной мышце». Наука . 262 (5134): 740–744. DOI : 10.1126 / science.8235594 . ISSN 0036-8075 . PMID 8235594 .  
  11. ^ Lanner, JT, Georgiou, DK, Joshi, AD и Hamilton, SL (2010b) «Рецепторы рианодина: структура, экспрессия, молекулярные детали и функция в высвобождении кальция», 2 (11).
  12. ↑ Cheng, H. и Lederer, W. (2008) «Кальциевые искры», Physiological Reviews., 88 (4), pp. 1491–545.
  13. ^ Sitsapesan R, Уильямс AJ. Механизмы активации кофеином одиночных кальциевых каналов сердечного саркоплазматического ретикулума овец. J Physiol (Lond) 1990; 423: 425–439].
  14. ^ Чжан, L; Келли, Дж; Schmeisser, G; Кобаяши, Ю.М. Джонс, Л. Р. (1997). «Комплексное образование между юнктином, триадином, кальсеквестрином и рецептором рианодина: белки мембраны саркоплазматического ретикулума сердечного соединения» . J Biol Chem . 272 (37): 23389–23397. DOI : 10.1074 / jbc.272.37.23389 . PMID 9287354 . 
  15. ^ Györke, И., Хестер Н., Джонс, LR и Györke, С. (2004) 'Роль Calsequestrin, Triadin и Junctin в придании отзывчивости рецептора сердца Рианодин к просветному кальцию', 86 (4).
  16. ^ Bers, DM (2006) «Фосфорилирование сердечного рианодинового рецептора: сайты-мишени и функциональные последствия», 396 (1).
  17. ^ Шам, JSK; и другие. (1998). «Прекращение высвобождения Са2 + путем локальной инактивации рианодиновых рецепторов в сердечных миоцитах» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 95 (25): 15096–15101. DOI : 10.1073 / pnas.95.25.15096 . PMC 24581 . PMID 9844021 .