Jeden z nejjednodušších způsobů, jak porozumět strukturám a funkcím systému organely v buňce - a buněčné biologii jako celku - je porovnávat je s věcmi ve skutečném světě.
Například má smysl popsat Golgiho aparát jako balírna nebo pošta, protože její úlohou je přijímat, upravovat, třídit a odesílat cely.
Sousední organela těla Golgiho těla, endoplazmatické retikulum, lze nejlépe chápat jako výrobní závod buňky. Tato továrna na organely staví biomolekuly potřebné pro všechny životní procesy. Patří mezi ně bílkoviny a lipidy.
Pravděpodobně už víte, jak důležité jsou membrány eukaryotické buňky; endoplazmatické retikulum, které zahrnuje jak hrubé endoplazmatické retikulum a hladké endoplazmatické retikulum, zabírá více než polovinu nemovitosti membrány ve zvířecích buňkách.
Bylo by těžké přehánět, jak důležitá je tato membránová organela vytvářející biomolekuly pro buňku.
Struktura endoplazmatického retikula
První vědci, kteří pozorovali endoplazmatické retikulum - pořídili první elektronový mikrograf buňky -, byli zasaženi vzhledem endoplazmatického retikula.
Pro Alberta Clauda, Ernesta Fullmana a Keitha Portera vypadala organela kvůli jejím záhybům a prázdným prostorům „jako krajka“. Moderní pozorovatelé pravděpodobněji popsají vzhled endoplazmatického retikula jako skládanou stuhu nebo dokonce stuhu.
Tato jedinečná struktura zajišťuje, že endoplazmatické retikulum může plnit své důležité role v buňce. Endoplazmatické retikulum lze nejlépe chápat jako dlouhé fosfolipidová membrána složil se zpět na sebe a vytvořil svou charakteristickou strukturu podobnou bludišti.
Dalším způsobem uvažování o struktuře endoplazmatického retikula je síť plochých váčků a hadiček spojených jednou membránou.
Tato složená fosfolipidová membrána vytváří ohyby zvané cisterny. Tyto ploché disky fosfolipidové membrány se při silném mikroskopu zdají naskládané dohromady, když se dívají na průřez endoplazmatickým retikulem.
Zdánlivě prázdné mezery mezi těmito kapsičkami jsou stejně důležité jako samotná membrána.
Tyto oblasti se nazývají lumen. Vnitřní prostory, které tvoří lumen, jsou plné tekutiny a díky tomu se skládají zvyšuje celkovou povrchovou plochu organely, ve skutečnosti tvoří asi 10 procent buňky celkový objem.
Dva druhy ER
Endoplazmatické retikulum obsahuje dvě hlavní sekce, pojmenované podle jejich vzhledu: hrubé endoplazmatické retikulum a hladké endoplazmatické retikulum.
Struktura těchto oblastí organely odráží jejich speciální role v buňce. Pod čočkou mikroskopu se fosfolipidová membrána drsné endoplazmatické membrány jeví pokrytá tečkami nebo hrboly.
Tyto jsou ribozomy, které dávají drsnému endoplazmatickému retikulu hrbolatou nebo drsnou strukturu (a tudíž i jeho název).
Tyto ribozomy jsou ve skutečnosti oddělené organely od endoplazmatického retikula. Velké množství (až miliony!) Z nich se lokalizuje na povrchu drsného endoplazmatického retikula, protože jsou životně důležité pro jeho práci, kterou je syntéza bílkovin. RER existuje jako skládané listy, které se kroutí dohromady, s hranami ve tvaru šroubovice.
Druhá strana endoplazmatického retikula - hladké endoplazmatické retikulum - vypadá docela jinak.
I když tato část organely stále obsahuje složené, bludiště podobné cisterny a lumen naplněný tekutinou, povrch tato strana fosfolipidové membrány vypadá hladce nebo elegantně, protože hladké endoplazmatické retikulum neobsahuje ribozomy.
Tato část endoplazmatického retikula se syntetizuje lipidy spíše než bílkoviny, takže nevyžaduje ribozomy.
Drsné endoplazmatické retikulum (Rough ER)
Drsné endoplazmatické retikulum, nebo RER, dostává svůj název podle svého charakteristického drsného nebo hrotitého vzhledu díky ribozomům, které pokrývají jeho povrch.
Pamatujte, že celé endoplazmatické retikulum funguje jako výrobní závod pro biomolekuly nezbytné pro život, jako jsou proteiny a lipidy. RER je část továrny věnující se produkci pouze proteinů.
Některé z proteinů produkovaných v RER zůstanou navždy v endoplazmatickém retikulu.
Z tohoto důvodu vědci nazývají tyto proteiny rezidentní proteiny. Ostatní proteiny projdou modifikací, tříděním a odesláním do jiných oblastí buňky. Velké množství proteinů zabudovaných v RER je však označeno pro sekreci z buňky.
To znamená, že po modifikaci a třídění budou tyto sekreční proteiny cestovat přes transportér vezikul přes buněčná membrána pro úlohy mimo buňku.
Umístění RER v buňce je také důležité pro jeho funkci.
RER je hned vedle jádro buňky. Ve skutečnosti se fosfolipidová membrána endoplazmatického retikula ve skutečnosti spojuje s membránovou bariérou, která obklopuje jádro, nazývanou jaderný obal nebo jaderná membrána.
Toto těsné uspořádání zajišťuje, že RER obdrží genetickou informaci, kterou potřebuje k vytváření proteinů přímo z jádra.
Rovněž umožňuje RER signalizovat jádro, když se budování nebo skládání bílkovin zhoršuje. Díky své těsné blízkosti může hrubé endoplazmatické retikulum jednoduše vystřelit zprávu do jádra a zpomalit tak produkci, zatímco RER dohání nevyřízené položky.
Syntéza proteinů v hrubé ER
Proteosyntéza obecně funguje takto: Jádro každé buňky obsahuje úplnou sadu DNA.
Tato DNA je jako plán, který může buňka použít k vytváření molekul, jako jsou proteiny. Buňka přenáší genetickou informaci nezbytnou pro vytvoření jediného proteinu z jádra do ribozomů na povrchu RER. Vědci tento proces nazývají transkripce protože buňka přepisuje nebo kopíruje tuto informaci z původní DNA pomocí poslů.
Ribosomy připojené k RER přijímají posly nesoucí přepsaný kód a používají tyto informace k vytvoření řetězce konkrétních aminokyseliny.
Tento krok se nazývá překlad protože ribozomy čtou datový kód na messengeru a používají ho k rozhodování o pořadí aminokyselin v řetězci, který vytvářejí.
Tyto řetězce aminokyselin jsou základní jednotkou proteinů. Nakonec se tyto řetězce složí do funkčních proteinů a možná dokonce obdrží štítky nebo modifikace, které jim pomohou dělat jejich práci.
Skládání bílkovin v hrubé ER
Skládání proteinů se obvykle děje uvnitř RER.
Tento krok dává proteinům jedinečný trojrozměrný tvar, který se nazývá jeho konformace. Skládání proteinů je zásadní, protože mnoho proteinů interaguje s jinými molekulami pomocí svého jedinečného tvaru, aby se spojily jako klíč zapadající do zámku.
Špatně poskládané proteiny nemusí fungovat správně a tato porucha může dokonce způsobit onemocnění člověka.
Vědci se nyní například domnívají, že problémy se skládáním bílkovin mohou způsobit zdravotní poruchy, jako je typ 2 cukrovka, cystická fibróza, srpkovitá anémie a neurodegenerativní problémy jako Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba choroba.
Enzymy jsou třídou proteinů, které umožňují v buňce chemické reakce, včetně těch, které se účastní metabolismu, což je způsob, jakým buňka získává energii.
Lysozomální enzymy pomáhají buňce rozkládat nežádoucí buněčný obsah, jako jsou staré organely a špatně složené proteiny, za účelem opravy buňky a využití odpadního materiálu pro jeho energii.
Membránové proteiny a signální proteiny pomáhají buňkám komunikovat a spolupracovat. Některé tkáně vyžadují malý počet bílkovin, zatímco jiné tkáně vyžadují hodně. Tyto tkáně obvykle věnují RER více prostoru než jiné tkáně s nižší potřebou syntézy bílkovin.
•••Vědění
Hladké endoplazmatické retikulum (Smooth ER)
Hladkému endoplazmatickému retikulu neboli SER chybí ribozomy, takže jeho membrány vypadají pod mikroskopem jako hladké nebo elegantní tubuly.
To dává smysl, protože tato část endoplazmatického retikula vytváří lipidy nebo tuky spíše než bílkoviny, a proto nepotřebuje ribozomy. Tyto lipidy mohou zahrnovat mastné kyseliny, fosfolipidy a molekuly cholesterolu.
Fosfolipidy a cholesterol jsou potřebné pro stavbu plazmatických membrán v buňce.
SER produkuje lipidové hormony, které jsou nezbytné pro správné fungování endokrinní systém.
Patří mezi ně steroidní hormony vyrobené z cholesterolu, jako je estrogen a testosteron. Kvůli hlavní roli, kterou hraje SER v produkci hormonů, mají buňky vyžadující spoustu steroidních hormonů, jako jsou buňky ve varlatech a vaječnících, tendenci věnovat SER více buněčných nemovitostí.
SER se také podílí na metabolismu a detoxikaci. Oba tyto procesy probíhají v jaterních buňkách, takže jaterní tkáně mají obvykle větší množství SER.
Když signály hormonů naznačují, že zásoby energie jsou nízké, ledviny a jaterní buňky zahájit cestu výroby energie zvanou glukoneogeneze.
Tento proces vytváří důležitý zdroj energie glukózy z jiných než sacharidových zdrojů v buňce. SER v jaterních buňkách také pomáhá těmto jaterním buňkám odstraňovat toxiny. Za tímto účelem SER štěpí části nebezpečné sloučeniny, aby byla rozpustná ve vodě, takže tělo může vylučovat toxin močí.
Sarkoplazmatické retikulum ve svalových buňkách
U některých se projevuje vysoce specializovaná forma endoplazmatického retikula svalové buňky, volala myocyty. Tento formulář se nazývá sarkoplazmatické retikulum, se obvykle nachází v buňkách srdečního (srdce) a kosterního svalstva.
V těchto buňkách organela řídí rovnováhu iontů vápníku, které buňky používají k relaxaci a kontrakci svalových vláken. Uložené ionty vápníku absorbují do svalových buněk, zatímco buňky jsou uvolněné a uvolňují se ze svalových buněk během svalová kontrakce. Problémy se sarkoplazmatickým retikulem mohou vést k vážným zdravotním problémům, včetně srdečního selhání.
Rozložená proteinová odpověď
Již víte, že endoplazmatické retikulum je součástí syntézy a skládání bílkovin.
Správné skládání bílkovin je zásadní pro výrobu bílkovin, které mohou dělat svou práci správně, a jak již bylo zmíněno, nesprávné skládání může způsobit nesprávné fungování bílkovin nebo vůbec nemusí fungovat, což může vést k vážným zdravotním stavům, jako je typ 2 cukrovka.
Z tohoto důvodu musí endoplazmatické retikulum zajistit, aby se z endoplazmatického retikula do Golgiho aparátu pro balení a přepravu transportovaly pouze správně složené proteiny.
Endoplazmatické retikulum zajišťuje kontrolu kvality bílkovin prostřednictvím mechanismu zvaného rozvinutá proteinová odpověďnebo UPR.
Jedná se v podstatě o velmi rychlou buněčnou signalizaci, která umožňuje RER komunikovat s buněčným jádrem. Když se rozložené nebo špatně poskládané proteiny začnou hromadit v lumenu endoplazmatického retikula, RER spustí rozloženou proteinovou reakci. To dělá tři věci:
- Signalizuje jádro zpomalit rychlost syntézy bílkovin omezením počtu poselských molekul odeslaných do ribozomů k překladu.
- Rozvinutá proteinová odpověď také zvyšuje schopnost endoplazmatického retikula skládat proteiny a degradovat špatně složené proteiny.
- Pokud žádný z těchto kroků nevyřeší nahromadění proteinu, rozložená proteinová odpověď také obsahuje bezpečnost proti selhání. Pokud selže vše ostatní, zasažené buňky se samy zničí. Toto je naprogramovaná buněčná smrt, nazývaná také apoptóza, a je poslední možností, kterou musí buňka minimalizovat, aby poškození, které by mohly způsobit rozložené nebo nesprávně složené proteiny.
ER tvar
Tvar ER souvisí s jeho funkcemi a může se podle potřeby měnit.
Například zvýšení vrstev listů RER pomáhá některým buňkám vylučovat větší počet proteinů. Naopak buňky jako neurony a svalové buňky, které nevylučují tolik proteinů, mohou mít více tubulů SER.
The periferní ER, což je část, která není spojena s jaderným obalem, lze podle potřeby dokonce translokovat.
Tyto důvody a mechanismy jsou předmětem výzkumu. Může zahrnovat posuvné tubusy SER podél mikrotubuly z cytoskelet, tažením ER za další organely a dokonce za prstence tubulů ER, které se pohybují kolem buňky jako malé motory.
Tvar ER se také mění během některých buněčných procesů, jako je mitóza.
Vědci stále studují, jak tyto změny probíhají. Doplněk proteinů udržuje celkový tvar organely ER, včetně stabilizace jejích listů a tubulů a pomáhá určit relativní množství RER a SER v konkrétní buňce.
Toto je důležitá oblast studia pro vědce, kteří se zajímají o vztah mezi ER a nemocí.
ER a lidská nemoc
Špatné skládání bílkovin a stres ER, včetně stresu z časté aktivace UPR, mohou přispívat k rozvoji lidských onemocnění. Mohou zahrnovat cystickou fibrózu, cukrovku typu 2, Alzheimerovu chorobu a spastickou paraplegii.
Viry může také unést ER a použít aparát pro tvorbu proteinů k chrlení virových proteinů.
To může změnit tvar ER a zabránit mu v provádění jeho normálních funkcí pro buňku. Některé viry, jako je dengue a SARS, vytvářejí uvnitř membrány ER ochranné dvojmembránové vezikuly.