Retículo sarcoplásmico - Sarcoplasmic reticulum
El retículo sarcoplásmico ( SR ) es una estructura unida a la membrana que se encuentra dentro de las células musculares y que es similar al retículo endoplásmico liso de otras células . La función principal del SR es almacenar iones de calcio (Ca 2+ ). Los niveles de iones de calcio se mantienen relativamente constantes, siendo la concentración de iones de calcio dentro de una célula 10,000 veces menor que la concentración de iones de calcio fuera de la célula. Esto significa que los pequeños aumentos en los iones de calcio dentro de la célula se detectan fácilmente y pueden provocar cambios celulares importantes (se dice que el calcio es un segundo mensajero ; consulte el calcio en biología para obtener más detalles). El calcio se usa para producir carbonato de calcio (que se encuentra en la tiza) y fosfato de calcio , dos compuestos que el cuerpo usa para formar dientes y huesos . Esto significa que demasiado calcio dentro de las células puede provocar el endurecimiento ( calcificación ) de ciertas estructuras intracelulares, incluidas las mitocondrias , lo que lleva a la muerte celular. Por lo tanto, es vital que los niveles de iones de calcio se controlen estrictamente y se puedan liberar en la célula cuando sea necesario y luego eliminarlos de la célula.
Estructura
El retículo sarcoplásmico es una red de túbulos que se extienden a lo largo de las células musculares , envolviendo (pero no en contacto directo con) las miofibrillas (unidades contráctiles de la célula). Las células del músculo cardíaco y esquelético contienen estructuras llamadas túbulos transversales (túbulos en T) , que son extensiones de la membrana celular que viajan hacia el centro de la célula. Los túbulos T están estrechamente asociados con una región específica de la SR, conocida como cisternas terminales en el músculo esquelético, con una distancia de aproximadamente 12 nanómetros que los separa. Este es el sitio principal de liberación de calcio. Los SR longitudinales son proyectos más delgados, que corren entre las cisternas terminales / SR de unión, y son la ubicación donde los canales iónicos necesarios para la absorción de iones calcio son más abundantes. Estos procesos se explican con más detalle a continuación y son fundamentales para el proceso de acoplamiento excitación-contracción en el músculo esquelético , cardíaco y liso .
Absorción de calcio
El SR contiene bombas de canales de iones , dentro de su membrana, que son responsables de bombear Ca 2+ al SR. Como la concentración de iones de calcio dentro del SR es más alta que en el resto de la célula, los iones de calcio no fluirán libremente hacia el SR y, por lo tanto, se requieren bombas que usan energía, que obtienen de una molécula llamada trifosfato de adenosina ( ATP) . Estas bombas de calcio se denominan retículo sarco (endo) plásmico Ca 2+ ATPasas (SERCA) . Hay una variedad de formas diferentes de SERCA, y SERCA 2a se encuentra principalmente en el músculo cardíaco y esquelético.
SERCA consta de 13 subunidades (etiquetadas M1-M10, N, P y A). Los iones de calcio se unen a las subunidades M1-M10 (que se encuentran dentro de la membrana), mientras que el ATP se une a las subunidades N, P y A (que se encuentran fuera del SR). Cuando 2 iones de calcio, junto con una molécula de ATP, se unen al lado citosólico de la bomba (es decir, la región de la bomba fuera del SR), la bomba se abre. Esto ocurre porque el ATP (que contiene tres grupos fosfato ) libera un solo grupo fosfato (convirtiéndose en difosfato de adenosina ). El grupo fosfato liberado se une a la bomba, lo que hace que la bomba cambie de forma. Este cambio de forma hace que el lado citosólico de la bomba se abra, permitiendo que entren los dos Ca 2+ . El lado citosólico de la bomba luego se cierra y el lado del retículo sarcoplásmico se abre, liberando el Ca 2+ en el SR.
Se ha demostrado que una proteína que se encuentra en el músculo cardíaco, llamada fosfolamban (PLB), evita que SERCA funcione. Lo hace uniéndose al SERCA y disminuyendo su atracción (afinidad) por el calcio, evitando así la absorción de calcio en el SR. Si no se elimina el Ca 2+ del citosol, se evita la relajación muscular y, por lo tanto, también se produce una disminución de la contracción muscular. Sin embargo, moléculas como la adrenalina y la noradrenalina pueden evitar que PLB inhiba SERCA. Cuando estas hormonas se unen a un receptor, llamado adrenoceptor beta 1 , ubicado en la membrana celular, producen una serie de reacciones (conocidas como vía AMP cíclica ) que produce una enzima llamada proteína quinasa A (PKA) . PKA puede agregar un fosfato a PLB (esto se conoce como fosforilación), evitando que inhiba SERCA y permitiendo la relajación muscular.
Almacenamiento de calcio
Dentro de la SR se encuentra una proteína llamada calsequestrina . Esta proteína puede unirse a alrededor de 50 Ca 2+ , lo que disminuye la cantidad de Ca 2+ libre dentro de la SR (ya que más se une a la calsequestrina). Por lo tanto, se puede almacenar más calcio (se dice que la calsequestrina es un tampón). Se encuentra principalmente dentro de la unión SR / espacio luminal , en estrecha asociación con el canal de liberación de calcio (descrito a continuación).
Liberación de calcio
La liberación de iones de calcio del SR ocurre en la unión SR / cisternas terminales a través de un receptor de rianodina (RyR) y se conoce como chispa de calcio . Hay tres tipos de receptores de rianodina, RyR1 (en el músculo esquelético ), RyR2 (en el músculo cardíaco ) y RyR3 (en el cerebro ). La liberación de calcio a través de los receptores de rianodina en el SR se activa de manera diferente en diferentes músculos. En el músculo cardíaco y liso, un impulso eléctrico ( potencial de acción ) hace que los iones de calcio ingresen a la célula a través de un canal de calcio de tipo L ubicado en la membrana celular (músculo liso) o en la membrana del túbulo T (músculo cardíaco). Estos iones de calcio se unen y activan el RyR, produciendo un aumento mayor del calcio intracelular. En el músculo esquelético, sin embargo, el canal de calcio de tipo L está unido al RyR. Por lo tanto, la activación del canal de calcio tipo L, a través de un potencial de acción, activa el RyR directamente, provocando la liberación de calcio (ver chispas de calcio para más detalles). Además, la cafeína (que se encuentra en el café) puede unirse a RyR y estimularlo. La cafeína hace que el RyR sea más sensible al potencial de acción (músculo esquelético) o al calcio (músculo cardíaco o liso), lo que produce chispas de calcio con mayor frecuencia (esto es parcialmente responsable del efecto de la cafeína en la frecuencia cardíaca).
La triadina y la junctina son proteínas que se encuentran dentro de la membrana SR, que están unidas al RyR . El papel principal de estas proteínas es anclar la calsequestrina (ver arriba) al receptor de rianodina. A niveles de calcio SR "normales" (fisiológicos), la calsequestrina se une al RyR, Triadin y Junctin, lo que evita que el RyR se abra. Si la concentración de calcio dentro de la SR desciende demasiado, habrá menos calcio unido a la calsequestrina. Esto significa que hay más espacio en la calsequestrina para unirse al receptor de junctina, triadina y rianodina, por lo tanto, se une con más fuerza. Sin embargo, si el calcio dentro de la SR aumenta demasiado, más calcio se une a la calsequestrina y, por lo tanto, se une al complejo junctina-triadina-RyR con menos fuerza. Por lo tanto, el RyR puede abrir y liberar calcio en la célula.
Además de los efectos que la PKA tuvo sobre el fosfolambán (ver arriba) que resultaron en una mayor relajación del músculo cardíaco, la PKA (así como otra enzima llamada calmodulina quinasa II ) también puede fosforilar los receptores de rianodina. Cuando se fosforilan, los RyR son más sensibles al calcio, por lo que se abren con más frecuencia y durante períodos de tiempo más prolongados. Esto aumenta la liberación de calcio del SR, aumentando la tasa de contracción. Por lo tanto, en el músculo cardíaco , la activación de PKA , a través de la vía del AMP cíclico , da como resultado una mayor contracción muscular (a través de la fosforilación de RyR2 ) y una mayor relajación (a través de la fosforilación de fosfolamban ), lo que aumenta la frecuencia cardíaca.
El mecanismo detrás de la terminación de la liberación de calcio a través del RyR aún no se comprende completamente. Algunos investigadores creen que se debe al cierre aleatorio de los receptores de rianodina (conocido como atrición estocástica), o que los receptores de rianodina se vuelven inactivos después de una chispa de calcio, mientras que otros creen que una disminución en el calcio SR hace que los receptores se cierren (ver chispas de calcio para más detalles).
Papel en el rigor mortis
La ruptura del retículo sarcoplásmico, junto con la liberación resultante de calcio, es un factor importante que contribuye al rigor mortis , el endurecimiento de los músculos después de la muerte.
Si la concentración de calcio aumenta en el sarcoplasma, también puede causar rigidez muscular.