Sarkoplasmatisk reticulum (SR) er en membranorganel af muskelceller , der ligner det endoplasmatiske reticulum (EPR) i andre celler . Hovedfunktionen af SR er lagring af calciumioner ( Ca 2+ ). Niveauet af calcium i cellen holdes relativt konstant, og koncentrationen af calcium inde i cellerne holdes 100.000 gange mindre end uden for cellerne. Derfor kan en let stigning i koncentrationen af calcium i cellen let påvises og kan rapportere vigtige ændringer inde i cellen (calcium omtales som de såkaldte sekundære budbringere ). For højt niveau af calcium fører til forkalkning af nogle intracellulære strukturer (for eksempel mitokondrier ) [1] , hvilket fører til celledød. Derfor er niveauet af calcium i en levende celle stramt kontrolleret; om nødvendigt kan det frigives ind i cellen og fjernes fra den.
SR er et netværk af tubuli, der strækker sig gennem alle muskelceller, der vikler sig omkring, men ikke direkte i kontakt, omkring myofibriller (sammentrækkende enheder af celler). Muskelcellerne i hjertet og skeletmuskulaturen indeholder strukturer kendt som T-tubuli , som er invaginationer af cellemembranen, der strækker sig mod midten af cellen. T-tubulierne er tæt forbundet med specifikke SR-elementer kendt som de terminale cisterner i tilfælde af hjertemuskel og junctional SR i tilfælde af skeletmuskulatur ( eng. junctional SR ). De er adskilt med en afstand på ca. 12 nm . Dette er det primære sted for calciumfrigivelse [2] . De langsgående elementer af SR er repræsenteret af tynde sektioner, der forbinder terminaltankene (forbinder SR). Det er i længdesnittene, at de calciumkanaler, der er nødvendige for dets absorption, er mest talrige [3] .
SR-membranen indeholder ionkanaler (pumper), der pumper Ca 2+ ind i den . Da koncentrationen af calcium i SR er højere end i andre dele af cellen, kan calciumioner ikke frit trænge ind i den: dette kræver specielle pumper, der pumper calcium ind med energiforbrug i form af ATP . Sådanne pumper kaldes sarcoplasmic Ca 2+ -ATPase ( eng. Sarcoplasmic reticulum Ca2+ ATPase, SERCA ). Der er flere varianter af SERCA , hvor SERCA 2a hovedsageligt findes i hjerte- og skeletmusklerne [4] .
SERCA består af 13 underenheder , betegnet M1-M10, N, P og A. Calcium binder sig til M1-M10 underenhederne, som findes i membranen, mens ATP binder til N, P og A underenhederne. ioner, såvel som et ATP- molekyle binder sig til den cytoplasmatiske side af kanalen (det vil sige den side, der vender mod cytoplasmaet), åbner kanalen sig, mens ATP omdannes til ADP og frigiver energi. Den frigivne fosfatgruppe binder sig til kanalen, hvilket får den til at ændre form. På grund af denne formændring åbner den cytoplasmatiske side af kanalen sig, og to calciumioner kommer ind i kanalen. Dernæst lukker den cytosoliske side af pumpen, den indvendige side åbner og frigiver calciumioner i SR [5] .
Hjertemusklen indeholder et protein kendt som phospholamban (PLB), som blokerer for SERCA's arbejde. Ved at binde sig til kanalen reducerer PLB sin affinitet for calciumioner, hvilket forhindrer indtrængen af calcium i SR. Hvis calcium ikke fjernes fra cytosolen i SR, så kan musklen ikke slappe af, og kan derfor ikke trække sig sammen igen. Adrenalin og noradrenalin kan dog interferere med PLB-binding til SERCA. Når de binder til den β1-adrenerge receptor placeret i cellemembranen , sætter de gang i en række reaktioner, som til sidst fører til aktivering af proteinkinase A (PKA). PKA kan phosphorylere PLB, hvilket forhindrer det i at binde sig til SERCA og udløse muskelafslapning [6] .
Inde i SR er et protein kendt som calsequestrin . Dette protein binder omkring 50 calciumioner, hvilket reducerer mængden af frit calcium inde i SR. På grund af dette kan mere Ca 2+ lagres i SR [7] . Calsequestrin findes primært i de junctional SR/ terminal cisterner , hvor det er i tæt forbindelse med calciumkanaler [8] .
Calciumfrigivelse fra SR sker i de bindende SR/terminale cisterner via ryanodinreceptorer (RyR) og er også kendt som calcium flare [9] . Der er tre typer ryanodin-receptorer: RyR1 (i skeletmuskulaturen), RyR2 (i hjertemusklen) og RyR3 (i hjernen ) [10] . I forskellige muskler udløses frigivelsen af calcium gennem ryanodin-receptorer på forskellige måder. I hjertet og glat muskulatur udløser en elektrisk impuls ( aktionspotentiale ) frigivelsen af calcium til cellen gennem L-type calciumkanaler placeret i cellemembranen (glat muskel) eller T-tubulus membran (hjertemuskel). Disse calciumioner binder til og aktiverer ryanodin-receptorer, hvilket får calciumniveauet i cellen til at stige hurtigt [11] . Koffeinen , der findes i kaffe , kan binde sig til ryanodin-receptorer og stimulere deres aktivitet. Koffein gør ryanodin-receptorer mere følsomme over for aktionspotentialer (skeletmuskulatur) eller calcium (hjerte og glatte muskler), hvilket resulterer i hyppigere calciumudbrud [12] .
Triadin og er proteiner placeret i SR-membranen og forbundet med RyR . Hovedrollen for disse proteiner er at forankre calsequestrin til ryanodin-receptorer. Ved normale (fysiologiske) niveauer af calcium binder kalsequestrin til RyR, triadin og junctin, hvilket forhindrer RyR i at åbne sig [13] . Hvis calciumkoncentrationen i SR bliver for lav, binder færre calciumioner til calsequestrin, og under disse forhold binder calsequestrin sig stærkt til triadin, junctin og RyR. Hvis der er for meget calcium i SR, så binder det sig til calsequestrin, og sidstnævnte er mindre stærkt forbundet med triadin, junctin og RyR. Derfor kan RyR'er åbne og frigive calcium ind i cellen [14] .
Ud over den ovenfor beskrevne virkning på phospholamban, som fører til afslapning af hjertemusklen, kan PKA (såvel som et andet enzym kendt som calmodulinkinase II ) phosphorylere ryanodinreceptorer. I phosphoryleret form er de mere følsomme over for calcium, så de åbner sig oftere og i længere tid. Dette fører til frigivelse af calcium fra SR, hvilket øger kontraktionshastigheden [15] .
Mekanismen til at stoppe calciumfrigivelse gennem RyR er ikke fuldt ud forstået. Nogle forskere mener, at dette sker, når RyR ved et uheld lukker, eller at ryanodin-receptorerne bliver inaktive efter en calciumstigning. Andre forskere hævder, at et fald i niveauet af calcium i SR får receptorerne til at lukke [16] .