Един от най-простите начини за разбиране на структурите и функциите на органели настанени в клетката - и клетъчната биология като цяло - е да ги сравнявате с нещата от реалния свят.
Например, има смисъл да се опише апарат на Голджи като опаковъчен завод или поща, защото неговата роля е да приема, модифицира, сортира и изпраща клетъчни товари.
Съседът на органа на Голджи, органела, ендоплазмения ретикулум, се разбира най-добре като производствен завод на клетката. Тази фабрика за органели изгражда биомолекулите, необходими за всички жизнени процеси. Те включват протеини и липиди.
Вероятно вече знаете колко важни са мембраните еукариотни клетки; ендоплазменият ретикулум, който включва както груб ендоплазмен ретикулум и гладък ендоплазмен ретикулум, заема над половината от мембранния имот в животинските клетки.
Трудно би било да се преувеличи колко е важна тази мембранна, изграждаща биомолекули органела за клетката.
Структура на ендоплазмения ретикулум
Първите учени, които наблюдават ендоплазмения ретикулум - докато правят първата електронна микрография на клетка - са поразени от външния вид на ендоплазмения ретикулум.
За Алберт Клод, Ърнест Фулман и Кийт Портър органелата изглеждаше „като дантела“ поради своите гънки и празни пространства. Съвременните наблюдатели са по-склонни да опишат външния вид на ендоплазмения ретикулум като сгъната лента или дори бонбон с панделка.
Тази уникална структура гарантира, че ендоплазменият ретикулум може да изпълнява важните си роли в клетката. Ендоплазменият ретикулум се разбира най-добре като дълъг фосфолипидна мембрана сгъната обратно върху себе си, за да създаде характерната си структура, подобна на лабиринт.
Друг начин на мислене за структурата на ендоплазмения ретикулум е като мрежа от плоски торбички и тръби, свързани с една мембрана.
Тази сгъната фосфолипидна мембрана образува завои, наречени цистерни. Тези плоски дискове от фосфолипидна мембрана изглеждат подредени заедно, когато се разглежда напречното сечение на ендоплазмения ретикулум под мощен микроскоп.
Привидно празните пространства между тези торбички са също толкова важни, колкото самата мембрана.
Тези области се наричат лумен. Вътрешните пространства, които съставляват лумена, са пълни с течност и благодарение на начина на сгъване увеличава общата повърхност на органелата, всъщност съставлява около 10 процента от клетката общ обем.
Два вида ER
Ендоплазматичният ретикулум съдържа два основни раздела, наречени поради външния им вид: груб ендоплазмен ретикулум и гладък ендоплазмен ретикулум.
Структурата на тези области на органелата отразява техните специални роли в клетката. Под обектива на микроскопа фосфолипидната мембрана на грубата ендоплазмена мембрана изглежда покрита с точки или подутини.
Това са рибозоми, които придават на грапавия ендоплазмен ретикулум неравна или груба текстура (и оттам и името му).
Тези рибозоми всъщност са отделни органели от ендоплазмения ретикулум. Голям брой (до милиони!) От тях се локализират на грапавата повърхност на ендоплазмения ретикулум, защото са жизненоважни за работата му, а именно синтеза на протеини. RER съществува като подредени листове, които се усукват заедно, с ръбове под формата на спирала.
Другата страна на ендоплазмения ретикулум - гладкият ендоплазмен ретикулум - изглежда съвсем различно.
Докато този участък от органелата все още съдържа сгънатите, подобни на лабиринт цистерни и изпълнен с течност лумен, повърхността на тази страна на фосфолипидната мембрана изглежда гладка или лъскава, тъй като гладкият ендоплазмен ретикулум не съдържа рибозоми.
Тази част от ендоплазмения ретикулум синтезира липиди отколкото протеини, така че не изисква рибозоми.
Грубият ендоплазматичен ретикулум (Rough ER)
Грубият ендоплазмен ретикулум, или RER, получава името си от характерния си груб или шипован вид благодарение на рибозомите, които покриват повърхността му.
Не забравяйте, че целият ендоплазмен ретикулум действа като фабрика за производство на биомолекули, необходими за живота, като протеини и липиди. RER е частта от фабриката, посветена на производството само на протеини.
Някои от протеините, произведени в RER, ще останат завинаги в ендоплазмения ретикулум.
По тази причина учените наричат тези протеини резидентни протеини. Други протеини ще бъдат подложени на модификация, сортиране и транспортиране до други области на клетката. Голяма част от протеините, изградени в RER, са маркирани за секреция от клетката.
Това означава, че след модифициране и сортиране, тези секреторни протеини ще пътуват през везикулен транспортер през клетъчната мембрана за работа извън клетката.
Разположението на RER в клетката също е важно за нейната функция.
RER е точно в съседство с ядро на клетката. Всъщност фосфолипидната мембрана на ендоплазмения ретикулум всъщност се закача с мембранната бариера, която заобикаля ядрото, наречена ядрена обвивка или ядрена мембрана.
Това строго подреждане гарантира, че RER получава генетичната информация, необходима за изграждането на протеини директно от ядрото.
Това също така дава възможност на RER да сигнализира ядрото, когато изграждането на протеини или сгъването на протеини се обърка. Благодарение на своята непосредствена близост, грубият ендоплазмен ретикулум може просто да отправи съобщение до ядрото, за да забави производството, докато RER наваксва изоставането.
Синтез на протеини в груб ER
Синтез на протеини обикновено работи по следния начин: Ядрото на всяка клетка съдържа пълен набор от ДНК.
Тази ДНК е като чертежа, който клетката може да използва за изграждане на молекули като протеини. Клетката прехвърля генетичната информация, необходима за изграждането на единичен протеин от ядрото към рибозомите на повърхността на RER. Учените наричат този процес транскрипция тъй като клетката транскрибира или копира тази информация от оригиналната ДНК с помощта на пратеници.
Рибозомите, прикрепени към RER, приемат пратениците, носещи транскрибирания код, и използват тази информация, за да направят верига от специфични аминокиселини.
Тази стъпка се нарича превод тъй като рибозомите четат кода за данни на пратеника и го използват, за да определят реда на аминокиселините във веригата, която изграждат.
Тези струни аминокиселини са основните единици на протеините. В крайна сметка тези вериги ще се сгънат във функционални протеини и може би дори ще получат етикети или модификации, които да им помогнат да си вършат работата.
Сгъване на протеини в груб ER
Сгъването на протеини обикновено се случва във вътрешността на RER.
Тази стъпка придава на протеините уникална триизмерна форма, наречена негова потвърждение. Сгъването на протеини е от решаващо значение, тъй като много протеини взаимодействат с други молекули, използвайки уникалната си форма, за да се свържат като ключ, който се вписва в ключалка.
Неправилно сгънатите протеини може да не функционират правилно и тази неизправност може дори да причини човешко заболяване.
Например сега изследователите вярват, че проблемите със сгъването на протеини могат да причинят здравословни разстройства като тип 2 диабет, муковисцидоза, сърповидно-клетъчна болест и невродегенеративни проблеми като болестта на Алцхаймер и Паркинсон заболяване.
Ензими са клас протеини, които правят възможни химични реакции в клетката, включително тези процеси, участващи в метаболизма, което е начинът, по който клетката получава достъп до енергия.
Лизозомните ензими помагат на клетката да разгради нежеланото клетъчно съдържание, като стари органели и неправилно сгънати протеини, за да възстанови клетката и да извлече отпадъчния материал за своята енергия.
Мембранните протеини и сигналните протеини помагат на клетките да общуват и да работят заедно. Някои тъкани се нуждаят от малък брой протеини, докато други тъкани изискват много. Тези тъкани обикновено отделят повече място за RER, отколкото други тъкани с по-ниски нужди от синтез на протеин.
•••Наука
Гладкият ендоплазмен ретикулум (Smooth ER)
В гладкия ендоплазмен ретикулум, или SER, липсват рибозоми, така че неговите мембрани изглеждат като гладки или лъскави каналчета под микроскопа.
Това има смисъл, тъй като тази част от ендоплазмения ретикулум изгражда липиди или мазнини, а не протеини, и по този начин не се нуждае от рибозоми. Тези липиди могат да включват мастни киселини, фосфолипиди и молекули на холестерола.
Фосфолипидите и холестеролът са необходими за изграждането на плазмени мембрани в клетката.
SER произвежда липидни хормони, необходими за правилното функциониране на ендокринна система.
Те включват стероидни хормони, произведени от холестерол, като естроген и тестостерон. Поради основната роля, която SER играе в производството на хормони, клетките, които изискват много стероидни хормони, като тези в тестисите и яйчниците, са склонни да отделят повече клетъчни недвижими имоти на SER.
SER също участва в метаболизма и детоксикацията. И двата процеса се случват в чернодробните клетки, така че чернодробните тъкани обикновено имат по-голямо изобилие от SER.
Когато хормоналните сигнали показват, че енергийните запаси са ниски, бъбреците и чернодробни клетки започнете път за производство на енергия, наречен глюконеогенеза.
Този процес създава важния енергиен източник глюкоза от невъглехидратни източници в клетката. SER в чернодробните клетки също помага на тези чернодробни клетки да премахнат токсините. За да направи това, SER усвоява части от опасното съединение, за да го направи водоразтворим, така че тялото да може да отдели токсина чрез урината.
Саркоплазматичният ретикулум в мускулните клетки
При някои се появява тясно специализирана форма на ендоплазмения ретикулум мускулни клетки, Наречен миоцити. Тази форма, наречена саркоплазмен ретикулум, обикновено се намира в сърдечните (сърдечни) и скелетните мускулни клетки.
В тези клетки органелата управлява баланса на калциевите йони, които клетките използват за отпускане и свиване на мускулните влакна. Съхраняваните калциеви йони се абсорбират в мускулните клетки, докато клетките са отпуснати и се освобождават от мускулните клетки по време мускулна контракция. Проблемите със саркоплазмения ретикулум могат да доведат до сериозни медицински проблеми, включително сърдечна недостатъчност.
Разгърнатият протеинов отговор
Вече знаете, че ендоплазменият ретикулум е част от синтеза и сгъването на протеини.
Правилното сгъване на протеини е от решаващо значение за производството на протеини, които могат да вършат работата си правилно и както споменахме по-горе, сгъване може да накара протеините да функционират неправилно или изобщо да не работят, евентуално да доведе до сериозни медицински състояния като тип 2 диабет.
Поради тази причина ендоплазменият ретикулум трябва да гарантира, че само правилно сгънатите протеини се транспортират от ендоплазмения ретикулум до апарата на Голджи за опаковане и транспортиране.
Ендоплазменият ретикулум осигурява контрол на качеството на протеините чрез механизъм, наречен разгънат протеинов отговорили UPR.
Това е основно много бърза клетъчна сигнализация, която позволява на RER да комуникира с клетъчното ядро. Когато разгънати или сгънати протеини започнат да се натрупват в лумена на ендоплазмения ретикулум, RER задейства разгънатия протеинов отговор. Това прави три неща:
- Той сигнализира на ядрото да забавят скоростта на протеинов синтез чрез ограничаване на броя на пратените молекули, изпратени до рибозомите за транслация.
- Разгънатият протеинов отговор също увеличава способността на ендоплазмения ретикулум да сгъват протеини и разграждат неправилно сгънатите протеини.
- Ако нито една от тези стъпки не разреши натрупването на протеин, разгънатият протеинов отговор също съдържа безопасна работа. Ако всичко друго се провали, засегнатите клетки ще се самоунищожат. Това е програмирана клетъчна смърт, наричана още апоптоза, и е последната опция, която клетката трябва да сведе до минимум всякакви разгънати или неправилно сгънати протеини могат да причинят.
ER Форма
Формата на ER се отнася до неговите функции и може да се променя при необходимост.
Например, увеличаването на слоевете на RER листове помага на някои клетки да секретират по-голям брой протеини. И обратно, клетки като неврони и мускулни клетки, които не секретират толкова много протеини, могат да имат повече SER тубули.
The периферна ER, която е частта, която не е свързана с ядрената обвивка, може дори да се премести при необходимост.
Тези причини и механизми за това са предмет на изследване. Той може да включва плъзгащи се SER каналчета по протежение на микротубули от цитоскелет, влачейки ER зад други органели и дори пръстени от ER тубули, които се движат около клетката като малки двигатели.
Формата на ER също се променя по време на някои клетъчни процеси, като например митоза.
Учените все още изучават как протичат тези промени. Комплекс от протеини поддържат цялостната форма на ER органелата, включително стабилизирайки нейните листове и тубули и помага да се определят относителните количества RER и SER в определена клетка.
Това е важна област на изследване за изследователи, които се интересуват от връзката между ER и болестта.
ER и човешка болест
Неправилното сгъване на протеини и стресът от ER, включително стрес от честото активиране на UPR, могат да допринесат за развитието на човешкото заболяване. Те могат да включват муковисцидоза, диабет тип 2, болест на Алцхаймер и спастична параплегия.
Вируси може също да отвлече ER и да използва механизма за изграждане на протеини, за да изхвърли вирусни протеини.
Това може да промени формата на ER и да му попречи да изпълнява нормалните си функции за клетката. Някои вируси, като денга и ТОРС, правят защитни двумембранни везикули вътре в ER мембраната.