Endoplasmatisk retikulum (ru og glat): struktur og funktion (med diagram)

En af de enkleste måder at forstå strukturer og funktioner på organeller til huse i en celle - og cellebiologi som helhed - er at sammenligne dem med ting fra den virkelige verden.

For eksempel giver det mening at beskrive Golgi-apparat som pakningsanlæg eller posthus, fordi dets rolle er at modtage, modificere, sortere og sende cellefragt.

Golgi-kroppens naboorganel, den endoplasmatisk retikulum, forstås bedst som cellens produktionsanlæg. Denne organelfabrik bygger de nødvendige biomolekyler til alle livsprocesser. Disse inkluderer proteiner og lipider.

Du ved sikkert allerede, hvor vigtige membraner er til eukaryote celler; det endoplasmatiske retikulum, som inkluderer både groft endoplasmatisk retikulum og glat endoplasmatisk retikulum, optager over halvdelen af ​​membranfast ejendom i dyreceller.

Det ville være svært at overdrive, hvor vigtig denne membranøse, biomolekyle-opbyggende organel er for cellen.

De første forskere, der observerede det endoplasmatiske retikulum - mens de tog den første elektronmikrograf af en celle - blev ramt af det endoplasmatiske retikulums udseende.

For Albert Claude, Ernest Fullman og Keith Porter så organellen ”blonder ud” på grund af sine folder og tomme rum. Moderne observatører beskriver mere sandsynligt det endoplasmatiske retikulums udseende som et foldet bånd eller endda et båndsukker.

Denne unikke struktur sikrer, at det endoplasmatiske retikulum kan udføre sine vigtige roller inden i cellen. Det endoplasmatiske retikulum forstås bedst som et langt phospholipidmembran foldet tilbage på sig selv for at skabe sin karakteristiske labyrintlignende struktur.

En anden måde at tænke på det endoplasmatiske retikulums struktur er som et netværk af flade poser og rør forbundet med en enkelt membran.

Denne foldede phospholipidmembran danner bøjninger kaldet cisternae. Disse flade skiver af phospholipidmembran ser stablet ud, når man ser på et tværsnit af det endoplasmatiske retikulum under et kraftigt mikroskop.

De tilsyneladende tomme rum mellem disse poser er lige så vigtige som selve membranen.

Disse områder kaldes lumen. De indre rum, der udgør lumen, er fulde af væske og takket være foldningen øger organelens samlede overfladeareal, udgør faktisk ca. 10 procent af cellen samlet volumen.

Det endoplasmatiske retikulum indeholder to hovedafsnit, der er opkaldt efter deres udseende: groft endoplasmatisk retikulum og glat endoplasmatisk retikulum.

Strukturen af ​​disse områder af organellen afspejler deres særlige roller inden i cellen. Under et mikroskops linse ser phospholipidmembranen i den ru endoplasmatiske membran ud dækket af prikker eller bump.

Disse er ribosomer, som giver det ru endoplasmatiske retikulum en ujævn eller ru tekstur (og dermed dets navn).

Disse ribosomer er faktisk adskilte organeller fra det endoplasmatiske retikulum. Et stort antal (op til millioner!) Af dem lokaliserer sig ved den grove endoplasmatiske retikulumoverflade, fordi de er vigtige for dets job, som er proteinsyntese. RER findes som stablede ark, der vrides sammen med spiralformede kanter.

Den anden side af det endoplasmatiske retikulum - det glatte endoplasmatiske retikulum - ser helt anderledes ud.

Mens dette afsnit af organellen stadig indeholder de foldede, labyrintlignende cisternaer og væskefyldte lumen, er overfladen af denne side af phospholipidmembranen ser glat eller glat ud, fordi det glatte endoplasmatiske retikulum ikke indeholder ribosomer.

Denne del af det endoplasmatiske retikulum syntetiseres lipider hellere end proteiner, så det kræver ikke ribosomer.

Det ru endoplasmatiske retikulum, eller RER, får sit navn fra sit karakteristiske ru eller besat udseende takket være ribosomerne, der dækker overfladen.

Husk, at hele det endoplasmatiske retikulum fungerer som et produktionsanlæg til biomolekyler, der er nødvendige for livet, såsom proteiner og lipider. RER er den del af fabrikken, der dedikerer til kun at producere proteiner.

Nogle af de proteiner, der produceres i RER, forbliver i det endoplasmatiske retikulum for evigt.

Af denne grund kalder forskere disse proteiner residente proteiner. Andre proteiner gennemgår modifikation, sortering og forsendelse til andre områder af cellen. Imidlertid er et stort antal af proteinerne indbygget i RER mærket til sekretion fra cellen.

Dette betyder, at disse sekretoriske proteiner efter modifikation og sortering bevæger sig via vesikeltransportør gennem celle membran til job uden for cellen.

Placeringen af ​​RER i cellen er også vigtig for dens funktion.

RER er lige ved siden af kerne af cellen. Faktisk hænger phospholipidmembranen i det endoplasmatiske reticulum faktisk op med membranbarrieren, der omgiver kernen, kaldet nuklear konvolut eller kernemembran.

Dette stramme arrangement sikrer, at RER modtager den genetiske information, den kræver for at opbygge proteiner direkte fra kernen.

Det gør det også muligt for RER at signalere kernen, når proteinopbygning eller proteinfoldning går galt. Takket være dens nærhed kan det grove endoplasmatiske retikulum blot skyde en besked til kernen for at bremse produktionen, mens RER indhenter efterslæbet.

Proteinsyntese fungerer generelt sådan: Kernen i hver celle indeholder et komplet sæt DNA.

Dette DNA er som planen, som cellen kan bruge til at opbygge molekyler som proteiner. Cellen overfører den genetiske information, der er nødvendig for at opbygge et enkelt protein fra kernen til ribosomerne på overfladen af ​​RER. Forskere kalder denne proces transkription fordi cellen transkriberer eller kopierer denne information fra det originale DNA ved hjælp af budbringere.

Ribosomerne, der er knyttet til RER, modtager de budbringere, der bærer den transskriberede kode, og bruger denne information til at lave en kæde af specifik aminosyrer.

Dette trin kaldes oversættelse fordi ribosomerne læser datakoden på messenger og bruger den til at bestemme rækkefølgen af ​​aminosyrerne i kæden, de bygger.

Disse strenge af aminosyrer er de grundlæggende enheder af proteiner. Til sidst vil disse kæder foldes ind i funktionelle proteiner og måske endda modtage mærker eller ændringer for at hjælpe dem med at udføre deres job.

Proteinfoldning sker generelt i det indre af RER.

Dette trin giver proteinerne en unik tredimensionel form, kaldet dens konfirmation. Proteinfoldning er afgørende, fordi mange proteiner interagerer med andre molekyler ved hjælp af deres unikke form til at forbinde sig som en nøgle, der passer ind i en lås.

Misfoldede proteiner fungerer muligvis ikke korrekt, og denne funktionsfejl kan endda forårsage sygdom hos mennesker.

For eksempel mener forskere nu, at problemer med proteinfoldning kan forårsage sundhedsmæssige lidelser som type 2 diabetes, cystisk fibrose, seglcelleanæmi og neurodegenerative problemer som Alzheimers sygdom og Parkinsons sygdom.

Enzymer er en klasse af proteiner, der muliggør kemiske reaktioner i cellen, herunder de processer, der er involveret i stofskifte, hvilket er den måde, hvorpå cellen får adgang til energi.

Lysosomale enzymer hjælper cellen med at nedbryde uønsket celleindhold, såsom gamle organeller og forkert foldede proteiner, for at reparere cellen og banke affaldsmaterialet for sin energi.

Membranproteiner og signalproteiner hjælper celler med at kommunikere og arbejde sammen. Nogle væv har brug for et lille antal proteiner, mens andre væv kræver meget. Disse væv dedikerer normalt mere plads til RER end andre væv med lavere proteinsyntese behov.

•••Videnskabelig

Det glatte endoplasmatiske retikulum, eller SER, mangler ribosomer, så dets membraner ligner glatte eller slanke rør under mikroskopet.

Dette giver mening, fordi denne del af det endoplasmatiske retikulum bygger lipider eller fedtstoffer snarere end proteiner og derfor ikke har brug for ribosomer. Disse lipider kan omfatte fedtsyrer, phospholipider og kolesterolmolekyler.

Fosfolipider og kolesterol er nødvendige for at opbygge plasmamembraner i cellen.

SER producerer lipidhormoner, der er nødvendige for, at den fungerer korrekt endokrine system.

Disse inkluderer steroidhormoner fremstillet af kolesterol, såsom østrogen og testosteron. På grund af den største rolle, som SER spiller i hormonproduktionen, har celler, der kræver masser af steroidhormoner, som dem i testiklerne og æggestokkene, en tendens til at afsætte mere cellulær ejendom til SER.

SER er også involveret i stofskifte og afgiftning. Begge disse processer sker i leverceller, så levervæv har normalt en større overflod af SER.

Når hormonsignaler indikerer, at energilagrene er lave, er nyre og leverceller begynde en energiproducerende vej kaldet glukoneogenese.

Denne proces skaber den vigtige energikilde glukose fra ikke-kulhydratkilder i cellen. SER i leverceller hjælper også disse leverceller med at fjerne toksiner. For at gøre dette fordøjer SER dele af den farlige forbindelse for at gøre den vandopløselig, så kroppen kan udskille toksinet gennem urinen.

En meget specialiseret form for det endoplasmatiske retikulum dukker op i nogle muskelceller, hedder myocytter. Denne formular kaldet sarkoplasmatisk retikulum, findes normalt i hjerte (hjerte) og skeletmuskelceller.

I disse celler styrer organellen balancen mellem calciumioner, som cellerne bruger til at slappe af og sammentrække muskelfibrene. Gemte calciumioner absorberes i muskelcellerne, mens cellerne slapper af og frigøres ud af muskelcellerne under muskelsammentrækning. Problemer med det sarkoplasmatiske retikulum kan føre til alvorlige medicinske problemer, herunder hjertesvigt.

Du ved allerede, at det endoplasmatiske retikulum er en del af proteinsyntese og foldning.

Korrekt foldning af proteiner er afgørende for at fremstille proteiner, der kan udføre deres job korrekt, og som tidligere nævnt forkert foldning kan få proteiner til at fungere forkert eller slet ikke fungere, hvilket muligvis kan føre til alvorlige medicinske tilstande som type 2 diabetes.

Af denne grund skal det endoplasmatiske retikulum sikre, at kun korrekt foldede proteiner transporteres fra det endoplasmatiske retikulum til Golgi-apparatet til emballering og forsendelse.

Det endoplasmatiske retikulum sikrer proteinkvalitetskontrol gennem en mekanisme kaldet udfoldet proteinresponseller UPR.

Dette er grundlæggende meget hurtig cellesignalering, der gør det muligt for RER at kommunikere med cellekernen. Når udfoldede eller forkert foldede proteiner begynder at bunke op i lumen i det endoplasmatiske retikulum, udløser RER det udfoldede proteinrespons. Dette gør tre ting:

1. Det signalerer kernen til sænke hastigheden af ​​proteinsyntese ved at begrænse antallet af messenger-molekyler, der sendes til ribosomerne til translation.
2. Det udfoldede proteinrespons øger også det endoplasmatiske retikulums evne til fold proteiner og nedbryde misfoldede proteiner.
3. Hvis ingen af ​​disse trin løser proteinbunken, indeholder det udfoldede proteinrespons også en fejlsikker. Hvis alt andet fejler, ødelægges de berørte celler selv. Dette er programmeret celledød, også kaldet apoptose, og er den sidste mulighed, som cellen har for at minimere eventuelle skader, der udfoldes eller forkert foldede proteiner kan forårsage.

Formen på ER er relateret til dens funktioner og kan ændres efter behov.

For eksempel hjælper forøgelse af lagene med RER-ark nogle celler med at udskille større antal proteiner. Omvendt kan celler som neuroner og muskelceller, der ikke udskiller så mange proteiner, have flere SER-rør.

Det perifer ER, som er den del, der ikke er forbundet med den nukleare konvolut, kan endda translokere efter behov.

Disse grunde og mekanismer til dette er genstand for forskning. Det kan omfatte glidende SER-rør langs mikrotubuli af cytoskelet, trækker ER efter andre organeller og endda ringe af ER-tubuli, der bevæger sig rundt i cellen som små motorer.

Formen på ER ændres også under nogle celleprocesser, såsom mitose.

Forskere undersøger stadig, hvordan disse ændringer finder sted. Et komplement af proteiner opretholder den generelle form af ER-organellen, herunder stabilisering af dens ark og tubuli og hjælper med at bestemme de relative mængder af RER og SER i en bestemt celle.

Dette er et vigtigt studieområde for forskere, der er interesserede i forholdet mellem ER og sygdom.

Misfoldning af proteiner og ER-stress, inklusive stress fra hyppig UPR-aktivering, kan bidrage til udvikling af sygdomme hos mennesker. Disse kan omfatte cystisk fibrose, type 2-diabetes, Alzheimers sygdom og spastisk paraplegi.

Virus kan også kapre ER og bruge proteinbygningsmaskineriet til at churnere virale proteiner.

Dette kan ændre ER-formen og forhindre den i at udføre sine normale funktioner for cellen. Nogle vira, såsom dengue og SARS, danner beskyttende dobbeltmembranerede vesikler inde i ER-membranen.