Det endoplasmatisk retikulum (ER) er en membranbundet celleorganel, hvis membran foldes i flade rum. Det groft endoplasmatisk retikulum (RER) er et specialiseret område, hvor ribosomer er fastgjort til overfladefoldene, hvilket giver ER et groft udseende.
Tilstedeværelsen af ribosomerne giver RER en særlig og yderligere evne til at behandle specifikke proteiner, der er nødvendige af cellen. Celler, der producerer en masse proteiner, har et stort antal ribosomer på RER.
ER-membranen er en fortsættelse af kernens ydre membran. ER-membranen forbinder forskellige tubuli eller rum og selve kernen. Den grove ER er en proteinfabrik.
Hvor RER og dets ribosomer er specialiserede i syntese og behandling af proteiner, kaldes resten af ER, glat endoplasmatisk retikulum (SER, som ikke har vedhæftede ribosomer), producerer lipider og andre kemikalier, der er nødvendige af kroppen, af væv, hvor cellerne er placeret, og af den samlede organisme.
ER's struktur er ideel til kemisk syntese
En måde at visualisere ER på er som en række flade, lukkede rum forbundet med små åbninger. En åbning i den ene ende er fastgjort til den ydre kernemembran. De fladfoldede folder giver ER et stort overfladeareal, hvor den kan udføre sine kemiske synteseaktiviteter, og sammenkobling af rum tillader, at de producerede kemikalier flyder frit til, hvor de vil blive brugt, forarbejdet eller eksporteret.
De fladdelte rum i det endoplasmatiske retikulum kaldes cisternae, og de er alle helt lukket af den enkelt, stærkt foldede ydre membran. Inde i hvert rum er cisternal spaceog ribosomerne er fastgjort på ydersiden af membranen i RER.
Fordi rumene alle er segmenter inde i den enkelte membran, er de indbyrdes forbundne. Kemikalier, der syntetiseres i et rum, kan strømme gennem ER og tilbage til kernen. Når ribosomer producere proteiner, kan proteinerne passere gennem ER-membranen ind i et af rumene og migrere dit sted, hvor de er nødvendige.
Den endoplasmatiske retikulumfunktion er en kemisk fabriks
Ligesom en fabrik producerer og behandler ER de kemikalier, som cellen har brug for. Dens store overfladeareal giver plads til de kemiske reaktioner, og folderne, der strækker sig ind i fjerntliggende områder af cellen, gør det til en ideel vej til distribution af proteiner og lipider.
Det får sine instruktioner gennem messenger ribonukleinsyre (mRNA) fra kernen, der virker på ribosomerne. Hvis det producerer ekstra kemikalier, kan det opbevare dem i cisternerne, indtil de er nødvendige.
ER-fabrikken har forskellige sektioner. Den glatte ER arbejder på at syntetisere sine kemikalier på selve ER-membranen, mens den grove ER-funktion er at behandle de krævede proteiner.
RER har ribosomer, der hver fungerer som miniaturesamlebånd for deres produkter. Membrankemikalier fungerer som læssedok for at tillade ribosomproteiner i ER. Andre mekanismer accepterer kemikalier produceret af ER og håndterer distribution til andre dele af cellen.
Nogle af fabrikkens produkter bruges af ER selv til vækst og reparation eller til at fremstille flere ribosomer i kernen. Andre kemikalier sendes ud til cellen for at bruge til cellevækst, celledeling og reparation af cellemembranerne. Andre kemikalier er nødvendige af andre dele af kroppen, og cellens ER sender dem ud for at blive udskilt af cellen i det omgivende væv eller ind i cirkulært system.
ER-fabrikken har komplicerede operationer
Som enhver fabrik fremstiller ER nogle produkter selv og får andre leveret. Nogle ribosomer forbliver knyttet til RER, mens andre er fritflydende i cellen og kun fæstnes til ER, når de producerer RER-proteiner. Byggestenene til det kemiske produkt og den krævede energi skal være til rådighed, og det endelige produkt skal sendes ud.
Typiske trin til korrekt grov ER-funktion inkluderer følgende:
-
Genbetegnelse: Cellen bestemmer, hvilket protein der er behov for, og udpeger de tilsvarende gener i celle-DNA'et til kopiering.
- Gentranskription: De udpegede gener transkriberes på mRNA-molekyler.
- Instruktion levering: MRNA-molekylerne forlader kerne og find ribosomer, der kan producere det nødvendige protein.
- Kemisk produktion: Ribosomerne fæstner sig til RER og bruger råmaterialer fra cellecytosolen til at producere et protein ifølge de kodede instruktioner.
- Kemisk levering: Da ribosomet syntetiserer proteinet, overføres det til ER-cisternerne og sendes dit sted, hvor det er nødvendigt.
Når ribosomerne modtager deres instruktioner fra mRNA'et, optager de deres position på den ydre overflade af RER og sender det producerede protein ind i RER for at blive opbevaret, leveret eller brugt.
Transskription og levering af den genetiske kode
Det deoxyribonukleinsyre (DNA), der har den oprindelige genetiske kode, kan ikke forlade kernen og er indeholdt i den indre kernemembran. MRNA kopierer de gener, der er nødvendige til produktion af specifikke kemikalier. Det kan forlade kernen gennem specielle porer i den indre kernemembran og kan derefter komme ind i cellecytosolen for at levere de krævede instruktioner.
Hvis instruktionerne er til et RER-protein, binder mRNA'et til et ribosom. Ribosomet følger instruktionerne og fastgøres til RER.
Cellens DNA er en dobbeltstrenget helix af nukleinsyrer. MRNA-molekylet samles i henhold til aminosyresekvensen i en af de to strenge. Når mRNA når ribosomet, tillader mRNA-instruktionerne genskabelse af aminosyresekvensen af DNA'et.
Ribosomet kan tage aminosyrebyggesten fra cellecytosolen og samle dem i den korrekte sekvens for at danne komplekse proteiner.
Ribosomerne bygger de krævede proteiner
Ribosomer i sig selv består af ribosomalt RNA og specielle ribosomale proteiner. Et segment af ribosomet læser mRNA-instruktionerne, og et andet segment bygger proteinkæderne i overensstemmelse hermed.
Membranbundne ribosomer er involveret i syntetisering af proteiner, der er udpeget til ER, og trækker deres produkt lige gennem RER-membranen ind i RER-cisternerne. Ribosomer, der fremstiller ikke-RER-proteiner, kan forblive fritflydende og frigive deres proteiner i cellecytosolen.
Når et fritflydende ribosom begynder at producere et protein beregnet til RER, knytter det sig til et specielt RER-sted kaldet en translocon. RER-proteinerne indeholder et målsignal for at lade ribosomet vide, hvor de skal hen.
En særlig proteinsekvens fortæller ribosomet, at det protein, det syntetiserer, er beregnet til det endoplasmatiske retikulum. Det binder sig til et translocon, producerer den nødvendige mængde protein og løsner sig enten og begynder at fremstille andre proteiner eller forbliver knyttet, men inaktiv.
RER behandler og lagrer proteinerne, der er syntetiseret af ribosomerne
Når ribosomerne slutter sig til RER-proteinfabrikken og fungerer som miniature-samlebånd, er de produkter, der kommer ud af linierne, endnu ikke klar til brug. Ribosomerne bundet sig til translokonet og syntetiserede proteinerne til RER på grund af det specielle signaleringssekvens at proteinerne indeholdt. RER fjerner signalsekvensen fra proteinerne og folder dem, så de kan opbevares eller sendes efter behov.
ER har brug for nogle af de producerede proteiner til eget brug. ER-membranen skal repareres og vedligeholdes, og cellen vokser muligvis og har brug for mere ER-materiale.
For at holde et protein, som det har brug for, vedhæfter ER en ny signaleringssekvens, der betegner proteinet som et, der forbliver inde i cisternerne. Disse kaldes endoplasmatisk retikulum residente proteiner, og de understøtter den endoplasmatiske retikulumfunktion.
ER distribuerer de syntetiserede proteiner efter behov
Proteiner, der ikke er nødvendige af ER selv, opbevares i cisternerne, indtil de sendes til et af tre steder:
- Kernen: ER ydre membran fortsætter som kernens ydre membran. Dette betyder, at der er en tæt og kontinuerlig forbindelse, der giver ER-proteiner let adgang til kernen.
-
Uden for cellen: Celler med aktiv ER-proteinsyntese udskiller ofte stoffer til brug uden for cellen.
- Inden for cellen: Selve cellen har brug for nogle proteiner til vækst og reparation.
Kernen har brug for mange forskellige slags proteiner til DNA-kopiering, vedligeholdelse af membran, celledeling og oprettelse af ribosom. Det har let og hurtig adgang til disse proteiner gennem linket til ER.
ER-proteinerne er til stede i fælles ER / kerne ydre membran men uden for indre kernemembran. Udvalgte proteiner kan komme ind i kernen gennem specielle porer i den indre membran, da kernen har brug for dem.
Mens kernen har direkte adgang til ER-proteiner på grund af det ydre membranforbindelse, har resten af cellen og vævene uden for cellen brug for en transportmekanisme for at levere ER-kemikalier. Hvis ER frigav sine kemikalier i cytosolen, ville de reagere med andre stoffer såsom ilt og miste deres effektivitet.
I stedet sender ER sine kemikalier til resten af cellen og andet væv i specielle beholdere.
Vesikler distribuerer ER-stoffer til, hvor de er nødvendige
ER har udviklet en metode til at sikre, at kemikalier, der behandles og opbevares i ER, kommer uændret til deres destination. Et fælles mål for disse kemikalier er Golgi-apparat, placeret nær ER i cellecytoplasmaet. Golgi-apparatet optager ER-kemikalier og behandler dem yderligere og tilføjer signalsekvenser, der identificerer de mål og placeringer, hvor kemikalierne er nødvendige.
Denne distribution af kemikalier finder sted indeni blærer dannet af ER og Golgi-apparatet.
For eksempel, efter at et protein er syntetiseret af et ribosom bundet til RER, behandles det yderligere i ER og migrerer derefter til det glatte endoplasmatiske retikulum. Den glatte ER danner en lomme med sin membran, placerer proteinet inde og løsner pakken fra ER som en uafhængig, fuldt lukket blære.
Vesiklen bevæger sig typisk til Golgi-apparatet, hvor proteinet modtager et mærke med sit mål. Hvis der er brug for protein i cellen, leverer vesiklen det til en anden organel som f.eks mitokondrier eller a lysosom. Vesiklen kan forbinde organellens ydre membran og frigive proteinet inde i organellen.
Hvis der er brug for protein uden for cellen, bevæger vesiklen sig til den ydre cellemembran, forbinder membranen og frigiver proteinet udenfor. Effekten er, at cellen udskiller proteinet i det omgivende væv.
Kun primitive celler kan overleve uden et endoplasmatisk retikulum
Mens nogle specialiserede celler såsom blodlegemer hverken har en kerne eller en ER, er de fleste celler i komplekse organismer har brug for ER til at håndtere RER-proteinbehandling og den glatte ER-lipidsyntese, der er essentiel for celle overlevelse.
Prokaryotisk celler, såsom bakterier, har ikke en ER, men de fungerer på et meget enklere niveau, hvor kemikalier syntetiseres og frigives i det generelle cellecytoplasma. Eukaryotisk celler, såsom dem, der findes hos dyr, kræver ER's komplekse funktionalitet til at udføre deres specialiserede operationer.