Glattes endoplasmatisches Retikulum

Überblick

Das SER ist u.a. an folgenden Prozessen beteiligt:

• Metabolisierung von körpereigenen Stoffwechselendprodukten
• Steroidhormonsynthese
• Detoxifikation zellfremder Substanzen
• Synthese und Einbau von Membranphospholipiden
• Speicherung von Calcium
• Glykogensynthese
• Modifikation von zellulären Produkten

Eine weitere Funktion des glatten endoplasmatischen Retikulums ist die Umwandlung von Glucose-6-phosphat zu Glucose, mithilfe des Enzyms Glucose-6-Phosphatase. Dieser als Gluconeogenese bekannte Stoffwechselprozess findet im Darm, der Leber und in den Nieren statt. Es stellt den antagonistischen Vorgang zur Glykolyse dar.

Calcium-Speicherung

In der Membran des SER sind Calcium-ATPasen vom SERCA-Typ eingebettet, welche die Calciumionenkonzentration im Inneren der Zisternen massiv – bis auf das 1.400fache der Konzentration außerhalb der Membran – steigern können. Im Lumen des ER erreicht die Calcium²⁺-Konzentration Werte in der Größenordnung von ca. 10^-3 M. Im Zytoplasma beträgt die Konzentration freier Calciumionen hingegen nur 100 bis 150 nM – also etwa 10^-7 M.

Die Aufnahme von Calcium in das ER bzw. seine Freisetzung aus dem ER wird restriktiv reguliert, da Calciumionen im Zytoplasma die Rolle eines "second messengers" spielen. Änderungen in der Calciumkonzentration haben eine direkte Auswirkung auf die intrazellulären Signalwege. Eine veränderte Calciumkonzentration kann beispielsweise Enzyme aktivieren oder hemmen und die Expression bestimmter Gene regulieren.

Das glatte endoplasmatische Retikulum erscheint im Elektronenmikroskop als fein verzweigtes, überwiegend tubuläres Membrannetzwerk ohne aufgelagerte Ribosomen. Im Gegensatz zum rauen ER fehlen die typischen, ribosomenbesetzten Zisternen. Zwischen rauem und glattem ER bestehen jedoch häufig Übergangsbereiche ohne klare Zuordnung.

Das SER ist besonders in metabolisch aktiven Zellen ausgeprägt, z.B. in Hepatozyten und in steroidproduzierenden Zellen (z.B. Nebennierenrinde, Leydig-Zelle).

In Muskelzellen ist das sarkoplasmatische Retikulum eine funktionelle Spezialisierung des SER. Es bildet ein dichtes Netzwerk zur Calcium-Speicherung und -Freisetzung im Rahmen der elektromechanischen Kopplung.

Das SER spielt eine wichtige Rolle beim Abbau bzw. bei der Entgiftung von Arzneistoffen über das Cytochrom-P450-System. Eine Induktion oder Hemmung dieser Enzyme kann die Wirksamkeit und Toxizität zahlreicher Medikamente beeinflussen und ist eine wichtige Ursache für Arzneimittelinteraktionen.

In Muskelzellen führt eine gestörte Calcium-Freisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum zu Funktionsstörungen der elektromechanischen Kopplung, wie sie z.B. bei bestimmten Myopathien oder maligner Hyperthermie beobachtet werden.