Retículo sarcoplásmico
Estructura unida a membranas en las células musculares para almacenar calcio
Sección esquemática de un músculo esquelético , en la que se muestran túbulos T que recorren la profundidad del centro de la célula entre dos cisternas terminales/RS de unión. Las proyecciones más delgadas, que recorren horizontalmente entre dos cisternas terminales, son las secciones longitudinales del RS.

El retículo sarcoplásmico ( SR ) es una estructura unida a una membrana que se encuentra dentro de las células musculares y que es similar al retículo endoplasmático liso en otras células . La función principal del SR es almacenar iones de calcio (Ca 2+ ). Los niveles de iones de calcio se mantienen relativamente constantes, y la concentración de iones de calcio dentro de una célula es 10 000 veces menor que la concentración de iones de calcio fuera de la célula. [1] Esto significa que los pequeños aumentos de 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 ). El calcio se utiliza para fabricar carbonato de calcio (que se encuentra en la tiza) y fosfato de calcio , dos compuestos que el cuerpo utiliza para fabricar dientes y huesos . Esto significa que demasiado calcio dentro de las células puede provocar el endurecimiento ( calcificación ) de ciertas estructuras intracelulares, incluidas las mitocondrias , [2] lo que lleva a la muerte celular. Por lo tanto, es vital que los niveles de iones de calcio estén estrictamente controlados y puedan liberarse en la célula cuando sea necesario y luego eliminarse de ella.

Estructura

El retículo sarcoplásmico es una red de túbulos que se extienden a lo largo de las células musculares , envolviendo (pero sin contacto directo con) las miofibrillas (unidades contráctiles de la célula). Las células del músculo cardíaco y esquelético contienen estructuras llamadas túbulos transversales (túbulos 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 del SR, conocida como cisternas terminales en el músculo esquelético, con una distancia de aproximadamente 12 nanómetros , separándolos. Este es el sitio primario de liberación de calcio. [3] 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 de calcio son más abundantes. [4] Estos procesos se explican con más detalle a continuación y son fundamentales para el proceso de acoplamiento de excitación-contracción en el músculo esquelético , cardíaco y liso .

Absorción de calcio

El retículo sarcoplásmico contiene bombas de canales iónicos dentro de su membrana que son responsables de bombear Ca 2+ hacia el retículo sarcoplásmico. Como la concentración de iones de calcio dentro del retículo sarcoplásmico es mayor que en el resto de la célula, los iones de calcio no fluirán libremente hacia el retículo sarcoplásmico y, por lo tanto, se requieren bombas que utilicen energía, que obtienen de una molécula llamada trifosfato de adenosina (ATP) . Estas bombas de calcio se denominan ATPasas de Ca 2+ del retículo sarcoplásmico (SERCA) . Hay una variedad de formas diferentes de SERCA, y la SERCA 2a se encuentra principalmente en el músculo cardíaco y esquelético. [5]

La SERCA consta de 13 subunidades (etiquetadas como 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 (que se convierte en adenosina difosfato ). 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, lo que permite que entren los dos Ca 2+ . Luego, el lado citosólico de la bomba se cierra y el lado del retículo sarcoplásmico se abre, liberando el Ca 2+ en el SR. [6]

Se ha demostrado que una proteína que se encuentra en el músculo cardíaco, llamada fosfolamban (PLB), impide que la SERCA funcione. Lo hace uniéndose a la SERCA y disminuyendo su atracción (afinidad) por el calcio, impidiendo así la captación de calcio en el SR. La imposibilidad de eliminar el Ca 2+ del citosol impide la relajación muscular y, por lo tanto, también significa que hay una disminución de la contracción muscular. Sin embargo, moléculas como la adrenalina y la noradrenalina pueden impedir que la PLB inhiba la SERCA. Cuando estas hormonas se unen a un receptor, llamado beta 1 adrenoceptor , ubicado en la membrana celular, producen una serie de reacciones (conocidas como vía del AMP cíclico ) que produce una enzima llamada proteína quinasa A (PKA) . La PKA puede añadir un fosfato a la PLB (esto se conoce como fosforilación), impidiendo que inhiba la SERCA y permitiendo la relajación muscular. [7]

Almacenamiento de calcio

Dentro del SR se encuentra una proteína llamada calsecuestrina . Esta proteína puede unirse a alrededor de 50 Ca 2+ , lo que disminuye la cantidad de Ca 2+ libre dentro del SR (ya que una mayor cantidad se une a la calsecuestrina). [8] Por lo tanto, se puede almacenar más calcio (se dice que la calsecuestrina es un amortiguador). Se encuentra principalmente dentro del espacio de unión SR/luminal, en estrecha asociación con el canal de liberación de calcio (descrito a continuación). [9]

Liberación de calcio

La liberación de iones de calcio del SR, ocurre en las cisternas de unión SR/terminal a través de un receptor de rianodina (RyR) y se conoce como chispa de calcio . [10] Hay tres tipos de receptor de rianodina, RyR1 (en el músculo esquelético ), RyR2 (en el músculo cardíaco ) y RyR3 (en el cerebro ). [11] La liberación de calcio a través de los receptores de rianodina en el SR se desencadena de manera diferente en diferentes músculos. En el músculo cardíaco y liso, un impulso eléctrico ( potencial de acción ) desencadena 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 la membrana del túbulo T (músculo cardíaco). Estos iones de calcio se unen y activan el RyR, produciendo un mayor aumento 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 de tipo L, a través de un potencial de acción, activa directamente el RyR, lo que provoca la liberación de calcio (consulte las chispas de calcio para obtener más detalles). [12] Además, la cafeína (presente en el café) puede unirse al RyR y estimularlo. La cafeína hace que el RyR sea más sensible tanto al potencial de acción (músculo esquelético) como al calcio (músculo cardíaco o liso), lo que produce chispas de calcio con mayor frecuencia (esto es parcialmente responsable del efecto de la cafeína sobre la frecuencia cardíaca). [13]

La triadina y la junctina son proteínas que se encuentran dentro de la membrana del SR y que están unidas al receptor RyR. La función principal de estas proteínas es anclar la calsecuestrina (ver arriba) al receptor de rianodina. En niveles de calcio "normales" (fisiológicos) del SR, la calsecuestrina se une al RyR, la triadina y la junctina, lo que impide que el RyR se abra. [14] Si la concentración de calcio dentro del SR cae demasiado, habrá menos calcio unido a la calsecuestrina. Esto significa que hay más espacio en la calsecuestrina para unirse al receptor de junctina, triadina y rianodina, por lo que se une más fuertemente. Sin embargo, si el calcio dentro del SR aumenta demasiado, más calcio se une a la calsecuestrina y, por lo tanto, se une menos fuertemente al complejo junctina-triadina-RyR. Por lo tanto, el RyR puede abrirse y liberar calcio dentro de la célula. [15]

Además de los efectos que la PKA tuvo sobre el fosfolamban (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 tanto, se abren con más frecuencia y durante períodos de tiempo más largos. Esto aumenta la liberación de calcio del SR, aumentando la tasa de contracción. [16] Por lo tanto, en el músculo cardíaco , la activación de la 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 del fosfolamban ), lo que aumenta la frecuencia cardíaca.

El mecanismo que se esconde tras la terminación de la liberación de calcio a través del receptor RyR aún no se comprende del todo. Algunos investigadores creen que se debe al cierre aleatorio de los receptores de rianodina (conocido como desgaste estocástico) o a que los receptores de rianodina se vuelven inactivos después de una chispa de calcio [17], mientras que otros creen que una disminución del calcio del SR desencadena el cierre de los receptores (consulte las chispas de calcio para obtener más detalles).

Papel en el rigor mortis

La descomposición del retículo sarcoplásmico, junto con la liberación resultante de calcio, contribuye de manera importante al rigor mortis , el endurecimiento de los músculos después de la muerte.

Un aumento en la concentración de calcio en el sarcoplasma también puede causar rigidez muscular.

Referencias

  1. ^ Bronner, F. (2003) 'Regulación extracelular e intracelular de la homeostasis del calcio', TheScientificWorldJournal., 1, págs. 919-25.
  2. ^ Trump, B., Berezesky, I., Laiho, K., Osornio, A., Mergner, W. y Smith, M. (1980) 'El papel del calcio en la lesión celular. Una revisión', Microscopía electrónica de barrido, págs. 437–62.
  3. ^ La anatomía del retículo sarcoplásmico en el músculo esquelético de vertebrados: sus implicaciones para el acoplamiento excitación-contracción', Zeitschrift für Naturforschung. Sección C, Biosciences., 37, págs. 665–78.
  4. ^ Arai, M.; Matsui, H.; Periasamy, M. (1994-04-01). "Expresión génica del retículo sarcoplásmico en la hipertrofia cardíaca y la insuficiencia cardíaca". Circulation Research . 74 (4): 555–564. doi : 10.1161/01.RES.74.4.555 . ISSN  0009-7330. PMID  8137493.
  5. ^ Periasamy, M. y Kalyanasundaram, A. (2007) 'Isoformas de la bomba SERCA: su papel en el transporte de iones de calcio y la enfermedad', Muscle & Nerve, 35(4), págs. 430–42.
  6. ^ Kekenes-Huskey, PM, Metzger, VT, Grant, BJ y McCammon, AJ (2012b) 'Unión de calcio y mecanismos de señalización alostérica para la ATPasa Ca 2+ del retículo sarcoplásmico ', 21(10).
  7. ^ Akin, B., Hurley, T., Chen, Z. y Jones, L. (2013) 'La base estructural de la inhibición de la bomba de calcio en el retículo sarcoplásmico por fosfolamban', The Journal of Biological Chemistry., 288(42), págs. 30181–91.
  8. ^ Beard, NA; Laver, DR; Dulhunty, AF (1 de mayo de 2004). "Calsequestrina y el canal de liberación de calcio del músculo esquelético y cardíaco". Progreso en biofísica y biología molecular . 85 (1): 33–69. doi : 10.1016/j.pbiomolbio.2003.07.001 . ISSN  0079-6107. PMID  15050380.
  9. ^ Kobayashi, YM; Alseikhan, BA; Jones, LR (2000): Localización y caracterización del dominio de unión a calsecuestrina de la triadina 1. Evidencia de una cadena beta cargada en la mediación de la interacción proteína-proteína. En The Journal of biological chemistry 275 (23), págs. 17639–17646. DOI: 10.1074/jbc.M002091200.
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  12. ^ Cheng, H. y Lederer, W. (2008) 'Chispas de calcio', Physiological Reviews., 88(4), págs. 1491–545.
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  14. ^ Zhang, L; Kelley, J; Schmeisser, G; Kobayashi, YM; Jones, LR (1997). "Formación de complejos entre junctina, triadina, calsecuestrina y el receptor de rianodina: proteínas de la membrana del retículo sarcoplásmico de unión cardíaca". J Biol Chem . 272 ​​(37): 23389–23397. doi : 10.1074/jbc.272.37.23389 . PMID  9287354.
  15. ^ Györke, I., Hester, N., Jones, LR y Györke, S. (2004) 'El papel de la calsequestrina, la triadina y la junctina en la concesión de capacidad de respuesta del receptor cardíaco de rianodina al calcio luminal', 86(4).
  16. ^ Bers, DM (2006) 'Fosforilación del receptor de rianodina cardíaco: sitios diana y consecuencias funcionales', 396(1).
  17. ^ Sham, JSK; et al. (1998). "Terminación de la liberación de Ca2+ por una inactivación local de los receptores de rianodina en miocitos cardíacos". Proc. Natl. Sci. EE. UU . . 95 (25): 15096–15101. Bibcode :1998PNAS...9515096S. doi : 10.1073/pnas.95.25.15096 . PMC 24581 . PMID  9844021. 
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