A szarkoplazmatikus retikulum (SR) az izomsejtek membránszerveze , hasonló más sejtek endoplazmatikus retikulumához (EPR) . Az SR fő feladata a kalciumionok (Ca 2+ ) tárolása. A sejt kalciumszintjét viszonylag állandóan tartják, és a sejten belüli kalciumkoncentrációt 100 000-szer kisebb mértékben tartják fenn, mint a sejteken kívül. Ezért a sejtben a kalciumkoncentráció enyhe növekedése könnyen kimutatható, és fontos változásokról számolhat be a sejten belül (a kalciumot ún. másodlagos hírvivőknek nevezik ). A túl magas kalciumszint egyes intracelluláris struktúrák (például mitokondriumok ) meszesedéséhez vezet [1] , ami sejthalálhoz vezet. Ezért egy élő sejtben a kalciumszintet szigorúan szabályozzák, ha szükséges, a sejtbe ki lehet engedni és eltávolítani onnan.
Az SR egy tubulusok hálózata, amely az összes izomsejten keresztül húzódik, és körülveszi, de nem érintkezik közvetlenül a miofibrillumok (a sejtek összehúzódó egységei) körül. A szív izomsejtjei és a vázizmok T-tubulusoknak nevezett struktúrákat tartalmaznak , amelyek a sejtmembrán invaginációi, amelyek a sejt közepe felé terjednek. A T-tubulusok szorosan kapcsolódnak specifikus SR-elemekhez, amelyeket szívizom esetében terminális ciszternáknak, vázizom esetében pedig junkcionális SR-nek neveznek ( eng. junctional SR ). Körülbelül 12 nm távolság választja el őket egymástól . Ez a kalcium felszabadulás elsődleges helye [2] . Az SR hosszirányú elemeit vékony szakaszok képviselik, amelyek összekötik a termináltartályokat (az SR-t összekötő). A felszívódásához szükséges kalciumcsatornák a hosszmetszetekben találhatók a legtöbben [3] .
Az SR membrán ioncsatornákat (szivattyúkat) tartalmaz, amelyek Ca 2+ -ot pumpálnak bele . Mivel a kalcium koncentrációja az SR-ben magasabb, mint a sejt más részeiben, a kalciumionok nem tudnak szabadon bejutni oda: ehhez speciális szivattyúkra van szükség, amelyek energiafelhasználással ATP formájában pumpálják be a kalciumot . Az ilyen pumpákat sarcoplasmic Ca 2+ -ATPase -nak ( eng. Sarcoplasmic reticulum Ca2+ ATPase, SERCA ) nevezik. A SERCA számos fajtája létezik , a SERCA 2a főként a szív- és vázizmokban található [4] .
A SERCA 13 alegységből áll , amelyeket M1-M10-nek, N-nek, P-nek és A-nak neveznek. A kalcium a membránban található M1-M10 alegységekhez, míg az ATP az N, P és A alegységekhez kötődik. Ha 2 kalcium ionok, valamint egy ATP molekula a csatorna citoplazmatikus oldalához (vagyis a citoplazma felé eső oldalához) kötődik , a csatorna kinyílik, miközben az ATP ADP -vé alakul , energiát szabadítva fel. A felszabaduló foszfátcsoport a csatornához kötődik, ami megváltoztatja az alakját. Az alakváltozás miatt a csatorna citoplazmatikus oldala megnyílik, és két kalciumion jut be a csatornába. Ezután a pumpa citoszolos oldala bezárul, a belső oldala kinyílik, így kalciumionok szabadulnak fel az SR-be [5] .
A szívizom egy foszfolambán (PLB) néven ismert fehérjét tartalmaz , amely blokkolja a SERCA munkáját. A csatornához kötődve a PLB csökkenti a kalciumionokhoz való affinitását , megakadályozva a kalcium bejutását az SR-be. Ha a kalciumot nem távolítják el a citoszolból az SR-ben, akkor az izom nem tud ellazulni, ezért nem tud újra összehúzódni. Az epinefrin és a noradrenalin azonban megzavarhatja a PLB SERCA-hoz való kötődését. Amikor a sejtmembránban található β1-adrenerg receptorhoz kötődnek , reakciók sorozatát indítják el, ami végül a protein kináz A (PKA) aktiválásához vezet. A PKA képes foszforilálni a PLB-t, megakadályozva, hogy a SERCA-hoz kötődjön, és kiváltja az izomrelaxációt [6] .
Az SR belsejében egy calsequestrin néven ismert fehérje található . Ez a fehérje körülbelül 50 kalciumiont köt meg, ami csökkenti a szabad kalcium mennyiségét az SR-ben. Ennek köszönhetően több Ca 2+ tárolható az SR-ben [7] . A calsequestrin elsősorban a junkciós SR/ terminális ciszternákban található , ahol szoros kapcsolatban áll a kalciumcsatornákkal [8] .
A kalcium felszabadulása az SR-ből az összekötő SR/terminális ciszternákban történik a rianodin receptorokon (RyR) keresztül, és kalciumfáklyának is nevezik [9] . Háromféle rianodin receptor létezik: RyR1 (a vázizomban), RyR2 (szívizomban) és RyR3 ( agyban ) [10] . Különböző izmokban a kalcium felszabadulása a rianodin receptorokon keresztül különböző módon vált ki. A szívben és a simaizomban elektromos impulzus ( akciós potenciál ) váltja ki a kalcium felszabadulását a sejtbe a sejtmembránban (simaizom) vagy a T-tubulus membránjában (szívizomban) található L-típusú kalciumcsatornákon keresztül. Ezek a kalciumionok a rianodin receptorokhoz kötődnek és aktiválják azokat, aminek következtében a sejt kalciumszintje gyorsan megemelkedik [11] . A kávéban található koffein kötődhet a rianodin receptorokhoz, és serkentheti azok aktivitását. A koffein érzékenyebbé teszi a rianodin receptorokat az akciós potenciálokra (vázizom) vagy a kalciumra (szív és simaizom), ami gyakoribb kalciumkitöréseket eredményez [12] .
A triadin és az SR membránban található fehérjék, amelyek a RyR-hez kapcsolódnak . Ezeknek a fehérjéknek a fő szerepe, hogy a kalszekvestrint a rianodin receptorokhoz rögzítsék. Normál (fiziológiás) kalciumszinten a kalszekesztrin RyR-hez, triadinhoz és junctinhoz kötődik, ami megakadályozza a RyR kinyílását [13] . Ha az SR-ben a kalciumkoncentráció túl alacsony lesz, kevesebb kalciumion kötődik a kalsequestrinhez, és ilyen körülmények között a kalszekesztrin erősen kötődik a triadinhoz, a junctinhoz és a RyR-hez. Ha túl sok kalcium van az SR-ben, akkor az a calsequestrinhez kötődik, és ez utóbbi kevésbé erősen kapcsolódik a triadinhoz, a junctinhoz és a RyR-hez. Emiatt a RyR-ek kinyithatják és a kalciumot a sejtbe bocsáthatják [14] .
A foszfolambánra gyakorolt fent leírt hatáson kívül, amely a szívizom relaxációjához vezet, a PKA (valamint egy másik enzim, a calmodulin kinase II ) képes foszforilálni a rianodin receptorokat. Foszforilezett formában érzékenyebbek a kalciumra, ezért gyakrabban és hosszabb ideig nyílnak meg. Ez kalcium felszabadulásához vezet az SR-ből, növelve a kontrakció sebességét [15] .
A RyR-en keresztüli kalciumfelszabadulás megállításának mechanizmusa nem teljesen ismert. Egyes tudósok úgy vélik, hogy ez akkor történik, amikor a RyR véletlenül bezárul, vagy a rianodin receptorok inaktívvá válnak egy kalciumcsúcs után. Más tudósok azzal érvelnek, hogy az SR kalciumszintjének csökkenése a receptorok bezárulását okozza [16] .