Sarkoplazmatické retikulum (SR) je membránová organela svalových buněk , podobná endoplazmatickému retikulu (EPR) jiných buněk . Hlavní funkcí SR je ukládání vápenatých iontů (Ca 2+ ). Hladina vápníku v buňce je udržována relativně konstantní a koncentrace vápníku uvnitř buněk je udržována 100 000krát nižší než vně buněk. Mírné zvýšení koncentrace vápníku v buňce lze tedy snadno detekovat a může hlásit důležité změny uvnitř buňky (vápník je označován jako tzv. sekundární poslové ). Příliš mnoho vápníku vede ke kalcifikaciněkteré intracelulární struktury (například mitochondrie ) [1] , což vede k buněčné smrti. V živé buňce je proto hladina vápníku přísně kontrolována, v případě potřeby může být uvolněn do buňky a odstraněn z ní.
SR je síť tubulů, která se táhne všemi svalovými buňkami, obaluje myofibrily (kontraktilní jednotky buněk), ale není v přímém kontaktu. Svalové buňky srdce a kosterních svalů obsahují struktury známé jako T-tubuly , což jsou invaginace buněčné membrány, které se rozprostírají směrem ke středu buňky. T-tubuly jsou úzce spojeny se specifickými SR elementy známými jako terminální cisterny v případě srdečního svalu a junkční SR v případě kosterního svalu ( angl. junctional SR ). Jsou od sebe vzdáleny asi 12 nm . Toto je primární místo uvolňování vápníku [2] . Podélné prvky SR jsou reprezentovány tenkými profily, které spojují koncové nádrže (spojování SR). Právě v podélných řezech jsou vápníkové kanály nezbytné pro jeho vstřebávání nejpočetnější [3] .
Membrána SR obsahuje iontové kanály (čerpadla), které do ní pumpují Ca 2+ . Protože koncentrace vápníku v SR je vyšší než v jiných částech buňky, ionty vápníku do něj nemohou volně vstupovat: to vyžaduje speciální pumpy, které pumpují vápník dovnitř se spotřebou energie ve formě ATP . Takové pumpy se nazývají sarkoplazmatická Ca 2+ -ATPáza ( angl. Sarcoplasmic reticulum Ca2+ ATPáza, SERCA ). Existuje několik druhů SERCA , přičemž SERCA 2a se nachází hlavně v srdečních a kosterních svalech [4] .
SERCA se skládá ze 13 podjednotek , označených M1-M10, N, P a A. Vápník se váže na podjednotky M1-M10, které se nacházejí v membráně, zatímco ATP se váže na podjednotky N, P a A. Když 2 vápník ionty, stejně jako jedna molekula ATP se váže na cytoplazmatickou stranu kanálu (tj. stranu směřující k cytoplazmě), kanál se otevře, zatímco ATP se přemění na ADP a uvolní energii. Uvolněná fosfátová skupina se naváže na kanál a způsobí, že změní svůj tvar. V důsledku této změny tvaru se otevře cytoplazmatická strana kanálu a dva ionty vápníku vstupují do kanálu. Dále se cytosolická strana pumpy uzavře, vnitřní strana se otevře a uvolní ionty vápníku do SR [5] .
Srdeční sval obsahuje protein známý jako fosfolamban (PLB), který blokuje činnost SERCA. Vazbou na kanál PLB snižuje svou afinitu k iontům vápníku, čímž brání vstupu vápníku do SR. Pokud není vápník z cytosolu v SR odstraněn, pak se sval nemůže uvolnit, a proto se nemůže znovu stáhnout. Nicméně, adrenalin a norepinefrin mohou interferovat s PLB vazbou na SERCA. Když se navážou na β1-adrenergní receptor umístěný v buněčné membráně , spustí řadu reakcí, které nakonec vedou k aktivaci proteinkinázy A (PKA). PKA může fosforylovat PLB, čímž brání jeho vazbě na SERCA a spouští svalovou relaxaci [6] .
Uvnitř SR je protein známý jako calsequestrin . Tento protein váže asi 50 iontů vápníku, což snižuje množství volného vápníku uvnitř SR. Díky tomu může být v SR uloženo více Ca 2+ [7] . Calsequestrin se nachází především v junkčních SR/ terminálních cisternách , kde je v těsném spojení s kalciovými kanály [8] .
Uvolňování vápníku ze SR nastává v pojivových SR/koncových cisternách prostřednictvím ryanodinových receptorů (RyR) a je také známé jako kalciové vzplanutí [9] . Existují tři typy ryanodinových receptorů: RyR1 (v kosterním svalu), RyR2 (v srdečním svalu) a RyR3 (v mozku ) [10] . V různých svalech je uvolňování vápníku prostřednictvím ryanodinových receptorů spouštěno různými způsoby. V srdci a hladkém svalu spouští elektrický impuls ( akční potenciál ) uvolňování vápníku do buňky přes vápníkové kanály typu L umístěné v buněčné membráně (hladký sval) nebo membráně T-tubulů (srdeční sval). Tyto ionty vápníku se vážou na ryanodinové receptory a aktivují je, což způsobuje, že hladina vápníku v buňce rychle stoupá [11] . Kofein obsažený v kávě se může vázat na ryanodinové receptory a stimulovat jejich aktivitu. Kofein činí ryanodinové receptory citlivějšími na akční potenciály (kosterní svalstvo) nebo vápník (srdce a hladké svalstvo), což má za následek častější výrony vápníku [12] .
Triadin a jsou proteiny umístěné v membráně SR a spojené s RyR . Hlavní úlohou těchto proteinů je ukotvení calsekvestrinu k ryanodinovým receptorům. Při normálních (fyziologických) hladinách vápníku se calsekvestrin váže na RyR, triadin a junctin, což brání otevření RyR [13] . Pokud se koncentrace vápníku v SR příliš sníží, na calsekvestrin se váže méně iontů vápníku a za těchto podmínek se calsekvestrin silně váže na triadin, junctin a RyR. Pokud je v SR příliš mnoho vápníku, pak se váže na calsekvestrin a ten je méně silně spojen s triadinem, junctinem a RyR. Proto se RyR mohou otevřít a uvolnit vápník do buňky [14] .
Kromě výše popsaného působení na fosfolamban, který vede k relaxaci srdečního svalu, může PKA (stejně jako další enzym známý jako kalmodulinkináza II ) fosforylovat ryanodinové receptory. Ve fosforylované formě jsou citlivější na vápník, takže se otevírají častěji a na delší dobu. To vede k uvolňování vápníku ze SR, čímž se zvyšuje rychlost kontrakce [15] .
Mechanismus zastavení uvolňování vápníku prostřednictvím RyR není zcela objasněn. Někteří vědci se domnívají, že se to stane, když se RyR náhodně uzavře, nebo že se ryanodinové receptory stanou neaktivními po zvýšení vápníku. Jiní vědci tvrdí, že pokles hladiny vápníku v SR způsobuje uzavření receptorů [16] .