Endoplasmatisches Retikulum (rau & glatt): Struktur & Funktion (mit Diagramm)

Eine der einfachsten Möglichkeiten, die Strukturen und Funktionen des Organellen innerhalb einer Zelle – und der Zellbiologie als Ganzes – untergebracht sind, besteht darin, sie mit realen Dingen zu vergleichen.

Es ist zum Beispiel sinnvoll, die Golgi-Apparat B. als Verpackungsanlage oder Postamt, da seine Aufgabe darin besteht, Zellenladungen anzunehmen, zu modifizieren, zu sortieren und zu versenden.

Die Nachbarorganelle des Golgi-Körpers, die endoplasmatisches Retikulum, wird am besten als Produktionsstätte der Zelle verstanden. Diese Organellenfabrik baut die Biomoleküle, die für alle Lebensprozesse benötigt werden. Dazu gehören Proteine ​​und Lipide.

Sie wissen wahrscheinlich schon, wie wichtig Membranen sind für eukaryotische Zellen; das endoplasmatische Retikulum, das sowohl die raues endoplasmatisches Retikulum und glattes endoplasmatisches Reticulum, nimmt mehr als die Hälfte der Membranfläche in tierischen Zellen ein.

Es ist schwer zu übertreiben, wie wichtig diese membranartige, biomolekülbildende Organelle für die Zelle ist.

Die ersten Wissenschaftler, die das endoplasmatische Retikulum beobachteten – während sie die erste elektronenmikroskopische Aufnahme einer Zelle machten – waren vom Aussehen des endoplasmatischen Retikulums beeindruckt.

Für Albert Claude, Ernest Fullman und Keith Porter sah die Organelle wegen ihrer Falten und Leerstellen „spitzenartig“ aus. Moderne Beobachter beschreiben das Aussehen des endoplasmatischen Retikulums eher als gefaltetes Band oder sogar als Bandbonbon.

Diese einzigartige Struktur stellt sicher, dass das endoplasmatische Retikulum seine wichtigen Aufgaben innerhalb der Zelle erfüllen kann. Das endoplasmatische Retikulum wird am besten als langes Phospholipidmembran auf sich selbst gefaltet, um seine charakteristische labyrinthartige Struktur zu schaffen.

Eine andere Denkweise über die Struktur des endoplasmatischen Retikulums ist ein Netzwerk aus flachen Taschen und Röhren, die durch eine einzige Membran verbunden sind.

Diese gefaltete Phospholipidmembran bildet Biegungen namens Zisternen. Diese flachen Scheiben der Phospholipidmembran erscheinen zusammengestapelt, wenn man einen Querschnitt des endoplasmatischen Retikulums unter einem starken Mikroskop betrachtet.

Die scheinbar leeren Räume zwischen diesen Beuteln sind ebenso wichtig wie die Membran selbst.

Diese Bereiche werden als. bezeichnet Lumen. Die Innenräume, aus denen das Lumen besteht, sind voller Flüssigkeit und dank der Faltung way erhöht die Gesamtoberfläche der Organelle, macht tatsächlich etwa 10 Prozent der Zelle aus volle Lautstärke.

Das endoplasmatische Retikulum enthält zwei Hauptabschnitte, die nach ihrem Aussehen benannt sind: die: raues endoplasmatisches Retikulum und der glattes endoplasmatisches Reticulum.

Die Struktur dieser Bereiche der Organelle spiegelt ihre besondere Rolle innerhalb der Zelle wider. Unter der Linse eines Mikroskops erscheint die Phospholipidmembran der rauen endoplasmatischen Membran mit Punkten oder Beulen bedeckt.

Diese sind Ribosomen, die dem rauen endoplasmatischen Retikulum eine holprige oder raue Textur verleihen (daher der Name).

Diese Ribosomen sind eigentlich separate Organellen vom endoplasmatischen Retikulum. Eine große Zahl (bis zu Millionen!) von ihnen lokalisiert sich an der Oberfläche des rauen endoplasmatischen Retikulums, da sie für seine Aufgabe, die Proteinsynthese, unerlässlich sind. Der RER existiert als gestapelte Blätter, die sich zusammendrehen, mit helixförmigen Kanten.

Die andere Seite des endoplasmatischen Retikulums – das glatte endoplasmatische Retikulum – sieht ganz anders aus.

Während dieser Abschnitt der Organelle noch die gefalteten, labyrinthartigen Zisternen und das flüssigkeitsgefüllte Lumen enthält, ist die Oberfläche von diese Seite der Phospholipidmembran erscheint glatt oder glatt, da das glatte endoplasmatische Retikulum kein. enthält Ribosomen.

Dieser Teil des endoplasmatischen Retikulums synthetisiert Lipide lieber als Proteine, daher sind keine Ribosomen erforderlich.

Das raue endoplasmatische Retikulum (RER) hat seinen Namen von seinem charakteristischen rauen oder gespickten Aussehen dank der Ribosomen, die seine Oberfläche bedecken.

Denken Sie daran, dass das gesamte endoplasmatische Retikulum wie eine Produktionsstätte für die lebensnotwendige Biomoleküle, wie Proteine ​​und Lipide. Der RER ist der Teil der Fabrik, der sich ausschließlich der Produktion von Proteinen widmet.

Einige der im RER produzierten Proteine ​​verbleiben für immer im endoplasmatischen Retikulum.

Aus diesem Grund nennen Wissenschaftler diese Proteine residente Proteine. Andere Proteine ​​werden modifiziert, sortiert und in andere Bereiche der Zelle transportiert. Eine große Anzahl der im RER eingebauten Proteine ​​ist jedoch für die Sekretion aus der Zelle markiert.

Dies bedeutet, dass diese sekretorischen Proteine ​​nach Modifikation und Sortierung über den Vesikeltransporter durch die Zellmembran für Jobs außerhalb der Zelle.

Auch die Lage des RER innerhalb der Zelle ist für seine Funktion wichtig.

Der RER ist direkt neben dem Kern der Zelle. Tatsächlich verbindet sich die Phospholipidmembran des endoplasmatischen Retikulums tatsächlich mit der Membranbarriere, die den Kern umgibt, die als bezeichnet wird Atomhülle oder Kernmembran.

Diese enge Anordnung stellt sicher, dass der RER die genetischen Informationen, die er zum Aufbau von Proteinen benötigt, direkt aus dem Zellkern erhält.

Es ermöglicht dem RER auch, dem Zellkern zu signalisieren, wenn der Proteinaufbau oder die Proteinfaltung schief geht. Dank seiner Nähe kann das raue endoplasmatische Retikulum einfach eine Nachricht an den Zellkern senden, um die Produktion zu verlangsamen, während der RER den Rückstand aufholt.

Proteinsynthese funktioniert im Allgemeinen so: Der Kern jeder Zelle enthält einen vollständigen Satz DNA.

Diese DNA ist wie der Bauplan, den die Zelle verwenden kann, um Moleküle wie Proteine ​​​​zu bauen. Die Zelle überträgt die für den Aufbau eines einzelnen Proteins notwendige genetische Information vom Zellkern auf die Ribosomen an der Oberfläche des RER. Wissenschaftler nennen diesen Prozess Transkription weil die Zelle diese Informationen mithilfe von Botenstoffen von der ursprünglichen DNA transkribiert oder kopiert.

Die an den RER gebundenen Ribosomen empfangen die Boten, die den transkribierten Code tragen, und verwenden diese Informationen, um eine Kette von spezifischen Aminosäuren.

Dieser Schritt heißt Übersetzung weil die Ribosomen den Datencode des Boten lesen und damit die Reihenfolge der Aminosäuren in der von ihnen aufgebauten Kette bestimmen.

Diese Aminosäureketten sind die Grundeinheiten von Proteinen. Irgendwann werden sich diese Ketten zu funktionellen Proteinen falten und vielleicht sogar Markierungen oder Modifikationen erhalten, um ihnen bei ihrer Arbeit zu helfen.

Die Proteinfaltung findet im Allgemeinen im Inneren des RER statt.

Dieser Schritt verleiht den Proteinen eine einzigartige dreidimensionale Form, die als its. bezeichnet wird Konformation. Die Proteinfaltung ist entscheidend, da viele Proteine ​​mit anderen Molekülen interagieren, indem sie ihre einzigartige Form verwenden, um sich wie ein Schlüssel zu verbinden, der in ein Schloss passt.

Falsch gefaltete Proteine ​​funktionieren möglicherweise nicht richtig, und diese Fehlfunktion kann sogar zu Krankheiten beim Menschen führen.

Forscher glauben beispielsweise jetzt, dass Probleme mit der Proteinfaltung Gesundheitsstörungen wie Typ 2 verursachen können Diabetes, Mukoviszidose, Sichelzellanämie und neurodegenerative Probleme wie Alzheimer und Parkinson Erkrankung.

Enzyme sind eine Klasse von Proteinen, die chemische Reaktionen in der Zelle ermöglichen, einschließlich der Prozesse, die am Stoffwechsel beteiligt sind, über den die Zelle Energie erhält.

Lysosomale Enzyme helfen der Zelle, unerwünschte Zellinhalte wie alte Organellen und falsch gefaltete Proteine ​​​​abzubauen, um die Zelle zu reparieren und die Abfallstoffe für ihre Energie zu gewinnen.

Membranproteine ​​und Signalproteine ​​helfen den Zellen, zu kommunizieren und zusammenzuarbeiten. Einige Gewebe benötigen eine geringe Anzahl von Proteinen, während andere Gewebe viel benötigen. Diese Gewebe widmen dem RER normalerweise mehr Platz als andere Gewebe mit geringerem Proteinsynthesebedarf.

•••Wissenschaft

Dem glatten endoplasmatischen Retikulum oder SER fehlen Ribosomen, sodass seine Membranen unter dem Mikroskop wie glatte oder glatte Tubuli aussehen.

Dies ist sinnvoll, da dieser Teil des endoplasmatischen Retikulums eher Lipide oder Fette als Proteine ​​​​bildet und daher keine Ribosomen benötigt. Diese Lipide können enthalten: Fettsäuren, Phospholipide und Cholesterinmoleküle.

Phospholipide und Cholesterin werden für den Aufbau von Plasmamembranen in der Zelle benötigt.

Der SER produziert Lipidhormone, die für das reibungslose Funktionieren der Hormonsystem.

Dazu gehören Steroidhormone, die aus Cholesterin hergestellt werden, wie Östrogen und Testosteron. Aufgrund der großen Rolle, die der SER bei der Hormonproduktion spielt, neigen Zellen, die viele Steroidhormone benötigen, wie die in den Hoden und Eierstöcken, dazu, dem SER mehr zellulären Platz zu widmen.

Der SER ist auch am Stoffwechsel und der Entgiftung beteiligt. Beide Prozesse laufen in Leberzellen ab, daher weisen Lebergewebe normalerweise eine größere Menge an SER auf.

Wenn Hormonsignale anzeigen, dass die Energiespeicher zur Neige gehen, können Niere und Leberzellen Beginnen Sie einen Energie produzierenden Weg namens Glukoneogenese.

Dieser Prozess erzeugt die wichtige Energiequelle Glukose aus Nicht-Kohlenhydrat-Quellen in der Zelle. Der SER in Leberzellen hilft diesen Leberzellen auch, Toxine zu entfernen. Dazu verdaut der SER Teile der gefährlichen Verbindung, um sie wasserlöslich zu machen, damit der Körper das Toxin über den Urin ausscheiden kann.

Eine hochspezialisierte Form des endoplasmatischen Retikulums zeigt sich in einigen Muskelzellen, namens Myozyten. Dieses Formular, genannt sarkoplasmatisches Retikulum, wird normalerweise in Herz- (Herz-) und Skelettmuskelzellen gefunden.

In diesen Zellen steuert die Organelle das Gleichgewicht der Kalziumionen, die die Zellen verwenden, um die Muskelfasern zu entspannen und zusammenzuziehen. Gespeicherte Calciumionen werden in die Muskelzellen aufgenommen, während die Zellen entspannt werden, und währenddessen aus den Muskelzellen freigesetzt Muskelkontraktion. Probleme mit dem sarkoplasmatischen Retikulum können zu ernsthaften medizinischen Problemen, einschließlich Herzversagen, führen.

Sie wissen bereits, dass das endoplasmatische Retikulum ein Teil der Proteinsynthese und -faltung ist.

Die richtige Proteinfaltung ist entscheidend für die Herstellung von Proteinen, die ihre Aufgaben richtig erfüllen können, und, wie bereits erwähnt, für Fehlfaltungen kann dazu führen, dass Proteine ​​nicht richtig funktionieren oder gar nicht funktionieren, was möglicherweise zu ernsthaften Erkrankungen wie Typ 2 führt Diabetes.

Aus diesem Grund muss das endoplasmatische Retikulum sicherstellen, dass nur korrekt gefaltete Proteine ​​vom endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat für Verpackung und Versand transportiert werden.

Das endoplasmatische Retikulum gewährleistet die Proteinqualitätskontrolle durch einen Mechanismus namens ungefaltete Proteinantwort, oder UPR.

Dies ist im Grunde eine sehr schnelle Zellsignalübertragung, die es dem RER ermöglicht, mit dem Zellkern zu kommunizieren. Wenn sich ungefaltete oder fehlgefaltete Proteine ​​im Lumen des endoplasmatischen Retikulums anhäufen, löst der RER die ungefaltete Proteinantwort aus. Dies bewirkt drei Dinge:

1. Es signalisiert dem Kern, verlangsamen die Geschwindigkeit der Proteinsynthese durch Begrenzung der Zahl der Botenstoffe, die zur Translation an die Ribosomen ausgesendet werden.
2. Die entfaltete Proteinantwort erhöht auch die Fähigkeit des endoplasmatischen Retikulums, Proteine ​​falten und fehlgefaltete Proteine ​​abbauen.
3. Wenn keiner dieser Schritte die Proteinanhäufung löst, enthält die entfaltete Proteinantwort auch eine Ausfallsicherung. Wenn alles andere fehlschlägt, zerstören sich die betroffenen Zellen selbst. Dies ist der programmierte Zelltod, auch genannt Apoptose, und ist die letzte Möglichkeit, die die Zelle hat, um Schäden zu minimieren, die entfaltete oder fehlgefaltete Proteine ​​verursachen könnten.

Die Form des ER bezieht sich auf seine Funktionen und kann sich nach Bedarf ändern.

Zum Beispiel hilft das Vergrößern der Schichten von RER-Faltblättern einigen Zellen, eine größere Anzahl von Proteinen abzusondern. Umgekehrt können Zellen wie Neuronen und Muskelzellen, die nicht so viele Proteine ​​sezernieren, mehr SER-Tubuli aufweisen.

Das peripheres ER, also der Teil, der nicht mit der Kernhülle verbunden ist, kann bei Bedarf sogar translozieren.

Diese Gründe und Mechanismen dafür sind Gegenstand der Forschung. Es kann ein Gleiten von SER-Röhrchen entlang der Mikrotubuli des Zytoskelett, wodurch das ER hinter andere Organellen und sogar Ringe von ER-Tubuli gezogen wird, die sich wie kleine Motoren durch die Zelle bewegen.

Die Form des ER ändert sich auch während einiger Zellprozesse, wie z Mitose.

Wissenschaftler untersuchen immer noch, wie diese Veränderungen ablaufen. Eine Reihe von Proteinen hält die Gesamtform der ER-Organelle aufrecht, einschließlich der Stabilisierung ihrer Blätter und Tubuli und der Bestimmung der relativen Mengen von RER und SER in einer bestimmten Zelle.

Dies ist ein wichtiges Studiengebiet für Forscher, die sich für den Zusammenhang zwischen ER und Krankheit interessieren.

Proteinfehlfaltung und ER-Stress, einschließlich Stress durch häufige UPR-Aktivierung, können zur Entwicklung von Krankheiten beim Menschen beitragen. Dazu können Mukoviszidose, Typ-2-Diabetes, Alzheimer-Krankheit und spastische Querschnittslähmung gehören.

Viren kann auch das ER entführen und die Proteinbildungsmaschinerie verwenden, um virale Proteine ​​​​herzustellen.

Dies kann die Form des ER verändern und ihn daran hindern, seine normalen Funktionen für die Zelle zu erfüllen. Einige Viren, wie Dengue- und SARS-Viren, bilden in der ER-Membran schützende doppelmembranige Vesikel.