Ενδοπλασματικό Reticulum (Rough & Smooth): Δομή & Λειτουργία (με Διάγραμμα)

Ένας από τους απλούστερους τρόπους κατανόησης των δομών και των λειτουργιών του οργανίδια στεγάζεται σε ένα κύτταρο - και η κυτταρική βιολογία στο σύνολό της - είναι να τα συγκρίνουμε με πράγματα του πραγματικού κόσμου.

Για παράδειγμα, έχει νόημα να περιγράψετε το Συσκευές Golgi ως εργοστάσιο συσκευασίας ή ταχυδρομείο επειδή ο ρόλος του είναι να λαμβάνει, να τροποποιεί, να ταξινομεί και να αποστέλλει φορτίο κυττάρων.

Η γειτονική οργανική ομάδα του Golgi, η ενδοπλασματικό πρόγραμμα, θεωρείται καλύτερα ως το εργοστάσιο παραγωγής του κελιού. Αυτό το εργοστάσιο οργελών κατασκευάζει τα βιομόρια που απαιτούνται για όλες τις διαδικασίες ζωής. Αυτά περιλαμβάνουν πρωτεΐνες και λιπίδια.

Ίσως γνωρίζετε ήδη πόσο σημαντικές είναι οι μεμβράνες ευκαρυωτικά κύτταρα; το ενδοπλασματικό δίκτυο, το οποίο περιλαμβάνει και τα δύο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο και ομαλό ενδοπλασματικό πρόγραμμα, καταλαμβάνει πάνω από το ήμισυ της μεμβράνης ακίνητης περιουσίας σε ζωικά κύτταρα.

Θα ήταν δύσκολο να υπερβάλλουμε πόσο σημαντικό είναι αυτό το μεμβρανώδες, οργανικό μόριο που δημιουργεί βιομόρια για το κύτταρο.

Οι πρώτοι επιστήμονες που παρατήρησαν το ενδοπλασματικό δίκτυο - ενώ παίρνουν την πρώτη ηλεκτρονική μικρογραφία ενός κυττάρου - χτυπήθηκαν από την εμφάνιση του ενδοπλασμικού δικτύου.

Για τον Albert Claude, τον Ernest Fullman και τον Keith Porter, το οργανικό φαινόταν «σαν δαντέλα» λόγω των πτυχών του και των κενών του χώρων. Οι σύγχρονοι παρατηρητές είναι πιο πιθανό να περιγράψουν την εμφάνιση του ενδοπλασματικού προγράμματος ως σαν μια διπλωμένη κορδέλα ή ακόμα και μια καραμέλα με κορδέλα.

Αυτή η μοναδική δομή διασφαλίζει ότι το ενδοπλασματικό δίκτυο μπορεί να εκτελέσει τους σημαντικούς ρόλους του εντός του κυττάρου. Το ενδοπλασματικό πρόγραμμα είναι καλύτερα κατανοητό ως μακρό φωσφολιπιδική μεμβράνη αναδιπλωμένο για να δημιουργήσει τη χαρακτηριστική του δομή που μοιάζει με λαβύρινθο.

Ένας άλλος τρόπος σκέψης για τη δομή του ενδοπλασμικού δικτύου είναι ως ένα δίκτυο επίπεδων σακουλών και σωλήνων που συνδέονται με μία μόνο μεμβράνη.

Αυτή η διπλωμένη φωσφολιπιδική μεμβράνη σχηματίζει κάμψεις που ονομάζονται δεξαμενές. Αυτοί οι επίπεδες δίσκοι φωσφολιπιδικής μεμβράνης φαίνονται στοιβαγμένοι μαζί όταν κοιτάζουν μια διατομή του ενδοπλασματικού δικτύου με ένα ισχυρό μικροσκόπιο.

Οι φαινομενικά κενοί χώροι μεταξύ αυτών των σακουλών είναι εξίσου σημαντικοί με την ίδια τη μεμβράνη.

Αυτές οι περιοχές ονομάζονται μονάδα φωτισμού. Οι εσωτερικοί χώροι που απαρτίζουν τον αυλό είναι γεμάτοι ρευστά και, χάρη στην αναδίπλωση αυξάνει τη συνολική επιφάνεια του οργανίου, στην πραγματικότητα αντιπροσωπεύει περίπου το 10 τοις εκατό των κυττάρων συνολικός όγκος.

Το ενδοπλασματικό πρόγραμμα περιλαμβάνει δύο κύριες ενότητες, που ονομάζονται για την εμφάνισή τους: το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο και το ομαλό ενδοπλασματικό πρόγραμμα.

Η δομή αυτών των περιοχών του οργανικού αντικατοπτρίζει τους ειδικούς ρόλους τους εντός του κυττάρου. Κάτω από το φακό ενός μικροσκοπίου, η φωσφολιπιδική μεμβράνη της τραχιάς ενδοπλασματικής μεμβράνης εμφανίζεται καλυμμένη σε κουκκίδες ή προσκρούσεις.

Αυτά είναι ριβοσώματα, που δίνουν στο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο μια ανώμαλη ή τραχιά υφή (και επομένως το όνομά του).

Αυτά τα ριβοσώματα είναι πραγματικά ξεχωριστά οργανίδια από το ενδοπλασματικό δίκτυο. Μεγάλοι αριθμοί (έως και εκατομμύρια!) Από αυτούς εντοπίζονται στην επιφάνεια του ακατέργαστου ενδοπλασματικού προγράμματος επειδή είναι ζωτικής σημασίας για τη δουλειά του, που είναι η σύνθεση πρωτεϊνών. Το RER υπάρχει ως στοιβαγμένα φύλλα που περιστρέφονται μεταξύ τους, με άκρα σε σχήμα έλικα.

Η άλλη πλευρά του ενδοπλασμικού δικτύου - το ομαλό ενδοπλασματικό δίκτυο - φαίνεται αρκετά διαφορετική.

Ενώ αυτή η τομή του οργανικού περιέχει ακόμα τις διπλωμένες, λαβυρίνθινες στέρνες και αυλό γεμάτο με υγρό, την επιφάνεια του αυτή η πλευρά της φωσφολιπιδικής μεμβράνης εμφανίζεται λεία ή λεία επειδή το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο δεν περιέχει ριβοσώματα.

Αυτό το τμήμα του ενδοπλασματικού δικτύου συνθέτει λιπίδια προκειμένου πρωτεΐνες, έτσι δεν απαιτεί ριβοσώματα.

Το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο, ή το RER, παίρνει το όνομά του από τη χαρακτηριστική τραχιά ή καρφωμένη του εμφάνιση χάρη στα ριβοσώματα που καλύπτουν την επιφάνειά του.

Θυμηθείτε ότι ολόκληρο το ενδοπλασματικό πρόγραμμα λειτουργεί σαν ένα εργοστάσιο παραγωγής του βιομόρια απαραίτητα για τη ζωή, όπως πρωτεΐνες και λιπίδια. Το RER είναι το τμήμα του εργοστασίου που αφιερώνεται στην παραγωγή μόνο πρωτεϊνών.

Μερικές από τις πρωτεΐνες που παράγονται στο RER θα παραμείνουν στο ενδοπλασματικό δίκτυο για πάντα.

Για το λόγο αυτό, οι επιστήμονες αποκαλούν αυτές τις πρωτεΐνες κατοίκους πρωτεϊνών. Άλλες πρωτεΐνες θα υποστούν τροποποίηση, ταξινόμηση και μεταφορά σε άλλες περιοχές του κυττάρου. Ωστόσο, ένας μεγάλος αριθμός πρωτεϊνών που είναι ενσωματωμένες στο RER επισημαίνονται για έκκριση από το κύτταρο.

Αυτό σημαίνει ότι μετά την τροποποίηση και τη διαλογή, αυτές οι εκκριτικές πρωτεΐνες θα ταξιδέψουν μέσω μεταφορέα κυστιδίων μέσω του κυτταρική μεμβράνη για εργασίες εκτός κελιού.

Η θέση του RER μέσα στο κελί είναι επίσης σημαντική για τη λειτουργία του.

Το RER είναι ακριβώς δίπλα στο πυρήνας του κελιού. Στην πραγματικότητα, η φωσφολιπιδική μεμβράνη του ενδοπλασματικού συστήματος συνδέεται στην πραγματικότητα με το φράγμα μεμβράνης που περιβάλλει τον πυρήνα, που ονομάζεται πυρηνικός φάκελος ή πυρηνική μεμβράνη.

Αυτή η σφιχτή διάταξη διασφαλίζει ότι το RER λαμβάνει τις γενετικές πληροφορίες που απαιτεί για την κατασκευή πρωτεϊνών απευθείας από τον πυρήνα.

Επιτρέπει επίσης στο RER να σηματοδοτεί τον πυρήνα όταν η δημιουργία πρωτεϊνών ή η αναδίπλωση πρωτεϊνών πηγαίνει στραβά. Χάρη στην εγγύτητά του, το τραχύ ενδοπλασματικό πρόγραμμα μπορεί απλά να πυροβολήσει ένα μήνυμα στον πυρήνα για να επιβραδύνει την παραγωγή, ενώ το RER ανταποκρίνεται στην καθυστέρηση.

Σύνθεση πρωτεϊνών γενικά λειτουργεί έτσι: Ο πυρήνας κάθε κυττάρου περιέχει ένα πλήρες σύνολο DNA.

Αυτό το DNA είναι σαν το προσχέδιο που μπορεί να χρησιμοποιήσει το κύτταρο για τη δημιουργία μορίων όπως οι πρωτεΐνες. Το κύτταρο μεταφέρει τις απαραίτητες γενετικές πληροφορίες για την οικοδόμηση μιας μεμονωμένης πρωτεΐνης από τον πυρήνα στα ριβοσώματα στην επιφάνεια του RER. Οι επιστήμονες αποκαλούν αυτή τη διαδικασία μεταγραφή επειδή το κελί μεταγράφει ή αντιγράφει αυτές τις πληροφορίες από το αρχικό DNA χρησιμοποιώντας αγγελιοφόρους.

Τα ριβοσώματα που συνδέονται με το RER λαμβάνουν τους αγγελιοφόρους που μεταφέρουν τον μεταγραφόμενο κώδικα και χρησιμοποιούν αυτές τις πληροφορίες για να φτιάξουν μια αλυσίδα συγκεκριμένων αμινοξέα.

Αυτό το βήμα ονομάζεται μετάφραση επειδή τα ριβοσώματα διαβάζουν τον κωδικό δεδομένων στον αγγελιοφόρο και τον χρησιμοποιούν για να αποφασίσουν τη σειρά των αμινοξέων στην αλυσίδα που χτίζουν.

Αυτές οι σειρές αμινοξέων είναι οι βασικές μονάδες πρωτεϊνών. Τελικά, αυτές οι αλυσίδες θα αναδιπλωθούν σε λειτουργικές πρωτεΐνες και ίσως ακόμη και να λάβουν ετικέτες ή τροποποιήσεις για να τους βοηθήσουν να κάνουν τη δουλειά τους.

Η αναδίπλωση πρωτεϊνών συμβαίνει γενικά στο εσωτερικό του RER.

Αυτό το βήμα δίνει στις πρωτεΐνες ένα μοναδικό τρισδιάστατο σχήμα, που ονομάζεται διαμόρφωση. Η αναδίπλωση των πρωτεϊνών είναι ζωτικής σημασίας επειδή πολλές πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με άλλα μόρια χρησιμοποιώντας το μοναδικό τους σχήμα για να συνδεθούν σαν ένα κλειδί που ταιριάζει σε μια κλειδαριά.

Οι λανθασμένες πρωτεΐνες ενδέχεται να μην λειτουργούν σωστά και αυτή η δυσλειτουργία μπορεί να προκαλέσει ακόμη και ανθρώπινη ασθένεια.

Για παράδειγμα, οι ερευνητές πιστεύουν τώρα ότι τα προβλήματα με την αναδίπλωση πρωτεϊνών μπορεί να προκαλέσουν διαταραχές στην υγεία όπως ο τύπος 2 διαβήτης, κυστική ίνωση, δρεπανοκυτταρική νόσος και νευροεκφυλιστικά προβλήματα όπως η νόσος του Alzheimer και το Parkinson νόσος.

Ένζυμα είναι μια κατηγορία πρωτεϊνών που καθιστούν δυνατές τις χημικές αντιδράσεις στο κύτταρο, συμπεριλαμβανομένων εκείνων των διαδικασιών που εμπλέκονται στο μεταβολισμό, που είναι ο τρόπος με τον οποίο το κύτταρο αποκτά ενέργεια.

Τα λυσοσωμικά ένζυμα βοηθούν το κύτταρο να διασπάσει ανεπιθύμητα περιεχόμενα κυττάρων, όπως παλιά οργανίδια και λανθασμένες πρωτεΐνες, προκειμένου να επιδιορθωθεί το κύτταρο και να αξιοποιηθεί το απόβλητο υλικό για την ενέργειά του.

Οι πρωτεΐνες των μεμβρανών και οι πρωτεΐνες σηματοδότησης βοηθούν τα κύτταρα να επικοινωνούν και να συνεργάζονται. Μερικοί ιστοί χρειάζονται μικρό αριθμό πρωτεϊνών, ενώ άλλοι ιστοί χρειάζονται πολύ. Αυτοί οι ιστοί συνήθως αφιερώνουν περισσότερο χώρο στο RER από άλλους ιστούς με ανάγκες χαμηλότερης πρωτεϊνικής σύνθεσης.

•••Επιστήμη

Το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο, ή SER, στερείται ριβοσωμάτων, έτσι οι μεμβράνες του μοιάζουν με λείες ή λείες σωληνάρια κάτω από το μικροσκόπιο.

Αυτό έχει νόημα γιατί αυτό το τμήμα του ενδοπλασματικού δικτύου δημιουργεί λιπίδια ή λίπη, αντί για πρωτεΐνες, και επομένως δεν χρειάζεται ριβοσώματα. Αυτά τα λιπίδια μπορεί να περιλαμβάνουν λιπαρά οξέα, φωσφολιπίδια και μόρια χοληστερόλης.

Τα φωσφολιπίδια και η χοληστερόλη χρειάζονται για την οικοδόμηση μεμβρανών πλάσματος στο κύτταρο.

Το SER παράγει λιπιδικές ορμόνες που είναι απαραίτητες για την ορθή λειτουργία του ενδοκρινικό σύστημα.

Αυτές περιλαμβάνουν στεροειδείς ορμόνες φτιαγμένες από χοληστερόλη, όπως οιστρογόνα και τεστοστερόνη. Λόγω του μεγάλου ρόλου που παίζει το SER στην παραγωγή ορμονών, τα κύτταρα που απαιτούν πολλές στεροειδείς ορμόνες, όπως αυτές στους όρχεις και τις ωοθήκες, τείνουν να αφιερώνουν πιο κυτταρικά ακίνητα στο SER.

Το SER εμπλέκεται επίσης στο μεταβολισμό και την αποτοξίνωση. Και οι δύο αυτές διεργασίες συμβαίνουν στα ηπατικά κύτταρα, επομένως οι ηπατικοί ιστοί συνήθως έχουν μεγαλύτερη αφθονία SER.

Όταν τα σήματα ορμονών δείχνουν ότι τα αποθέματα ενέργειας είναι χαμηλά, τα νεφρά και κύτταρα του ήπατος ξεκινήστε ένα μονοπάτι παραγωγής ενέργειας που ονομάζεται γλυκονεογένεση.

Αυτή η διαδικασία δημιουργεί τη σημαντική ενεργειακή πηγή γλυκόζης από μη υδατάνθρακες πηγές στο κύτταρο. Το SER στα κύτταρα του ήπατος βοηθά επίσης αυτά τα ηπατικά κύτταρα να απομακρύνουν τις τοξίνες. Για να γίνει αυτό, το SER χωνεύει τμήματα της επικίνδυνης ένωσης για να το καταστήσει υδατοδιαλυτό, έτσι ώστε το σώμα να εκκρίνει την τοξίνη μέσω των ούρων.

Μία πολύ εξειδικευμένη μορφή του ενδοπλασματικού προγράμματος εμφανίζεται σε μερικά μυϊκά κύτταρα, που ονομάζεται μυοκύτταρα. Αυτή η φόρμα, που ονομάζεται σαρκοπλασματικό πρόγραμμα, βρίσκεται συνήθως σε καρδιακά (καρδιακά) και σκελετικά μυϊκά κύτταρα.

Σε αυτά τα κύτταρα, το οργανικό διαχειρίζεται την ισορροπία των ιόντων ασβεστίου που χρησιμοποιούν τα κύτταρα για να χαλαρώσουν και να συστέλλονται οι μυϊκές ίνες. Τα αποθηκευμένα ιόντα ασβεστίου απορροφούν στα μυϊκά κύτταρα ενώ τα κύτταρα χαλαρώνουν και απελευθερώνονται από τα μυϊκά κύτταρα κατά τη διάρκεια μυική σύσπαση. Προβλήματα με το σαρκοπλασματικό δίκτυο μπορεί να οδηγήσουν σε σοβαρά ιατρικά προβλήματα, όπως καρδιακή ανεπάρκεια.

Γνωρίζετε ήδη ότι το ενδοπλασματικό δίκτυο είναι μέρος της σύνθεσης και της αναδίπλωσης των πρωτεϊνών.

Η σωστή αναδίπλωση πρωτεϊνών είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή πρωτεϊνών που μπορούν να κάνουν τη δουλειά τους σωστά και, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, λανθασμένης αναδίπλωσης μπορεί να προκαλέσει την ακατάλληλη λειτουργία των πρωτεϊνών ή να μην λειτουργήσει καθόλου, πιθανόν να οδηγήσει σε σοβαρές ιατρικές παθήσεις όπως ο τύπος 2 Διαβήτης.

Για αυτόν τον λόγο, το ενδοπλασματικό δίκτυο πρέπει να διασφαλίζει ότι μόνο οι σωστά διπλωμένες πρωτεΐνες μεταφέρονται από το ενδοπλασματικό δίκτυο στη συσκευή Golgi για συσκευασία και αποστολή.

Το ενδοπλασματικό πρόγραμμα εξασφαλίζει τον έλεγχο της ποιότητας των πρωτεϊνών μέσω ενός μηχανισμού που ονομάζεται ξεδιπλωμένη πρωτεϊνική απόκρισηή UPR.

Αυτό είναι βασικά πολύ γρήγορη κυτταρική σηματοδότηση που επιτρέπει στο RER να επικοινωνεί με τον κυτταρικό πυρήνα. Όταν οι ξεδιπλωμένες ή αναδιπλωμένες πρωτεΐνες αρχίζουν να συσσωρεύονται στον αυλό του ενδοπλασματικού συστήματος, το RER ενεργοποιεί την μη ξεδιπλωμένη πρωτεϊνική απόκριση. Αυτό κάνει τρία πράγματα:

1. Σηματοδοτεί τον πυρήνα επιβραδύνει το ρυθμό σύνθεσης πρωτεϊνών περιορίζοντας τον αριθμό των μορίων messenger που αποστέλλονται στα ριβοσώματα για μετάφραση.
2. Η ξεδιπλωμένη πρωτεϊνική απόκριση αυξάνει επίσης την ικανότητα του ενδοπλασμικού δικτύου διπλώστε τις πρωτεΐνες και αποικοδομήστε τις αναδιπλωμένες πρωτεΐνες.
3. Εάν κανένα από αυτά τα βήματα δεν επιλύσει τη συσσώρευση της πρωτεΐνης, η μη ξεδιπλωμένη απόκριση πρωτεΐνης περιέχει επίσης μη ασφαλή. Εάν αποτύχουν όλα τα άλλα, τα προσβεβλημένα κύτταρα θα αυτοκαταστραφούν. Πρόκειται για προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο, που ονομάζεται επίσης απόπτωση, και είναι η τελευταία επιλογή που πρέπει να έχει το κύτταρο για να ελαχιστοποιήσει τυχόν ζημιά που μπορεί να προκαλέσει οι ξεδιπλωμένες ή λανθασμένες πρωτεΐνες.

Το σχήμα του ER σχετίζεται με τις λειτουργίες του και μπορεί να αλλάξει ανάλογα με τις ανάγκες.

Για παράδειγμα, η αύξηση των στρωμάτων των φύλλων RER βοηθά ορισμένα κύτταρα να εκκρίνουν μεγαλύτερο αριθμό πρωτεϊνών. Αντιστρόφως, κύτταρα όπως νευρώνες και μυϊκά κύτταρα που δεν εκκρίνουν όσο πολλές πρωτεΐνες μπορεί να έχουν περισσότερα σωληνάρια SER.

ο περιφερικό ER, το οποίο δεν είναι συνδεδεμένο με τον πυρηνικό φάκελο, μπορεί ακόμη και να μετατοπιστεί ανάλογα με τις ανάγκες.

Αυτοί οι λόγοι και οι μηχανισμοί γι 'αυτό αποτελούν αντικείμενο έρευνας. Μπορεί να περιλαμβάνει συρόμενα σωληνάρια SER κατά μήκος του μικροσωληνίσκοι απο κυτταροσκελετός, σύροντας το ER πίσω από άλλα οργανίδια και ακόμη και δακτυλίους σωληνίσκων ER που κινούνται γύρω από το κελί σαν μικρούς κινητήρες.

Το σχήμα του ER αλλάζει επίσης κατά τη διάρκεια ορισμένων κυτταρικών διεργασιών, όπως μίτωσις.

Οι επιστήμονες μελετούν ακόμα πώς πραγματοποιούνται αυτές οι αλλαγές. Ένα συμπλήρωμα πρωτεϊνών διατηρεί το συνολικό σχήμα του οργανικού ER, συμπεριλαμβανομένης της σταθεροποίησης των φύλλων και των σωληναρίων του και βοηθώντας στον προσδιορισμό των σχετικών ποσοτήτων RER και SER σε ένα συγκεκριμένο κύτταρο.

Αυτός είναι ένας σημαντικός τομέας μελέτης για ερευνητές που ενδιαφέρονται για τη σχέση μεταξύ του ER και της νόσου.

Η λανθασμένη πρωτεΐνη και το στρες ER, συμπεριλαμβανομένου του στρες από συχνή ενεργοποίηση του UPR, μπορεί να συμβάλουν στην ανάπτυξη της ανθρώπινης νόσου. Αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν κυστική ίνωση, διαβήτη τύπου 2, νόσο του Αλτσχάιμερ και σπαστική παραπληγία.

Ιοί μπορεί επίσης να πειραχτεί το ER και να χρησιμοποιήσει τον μηχανισμό δημιουργίας πρωτεϊνών για να βγάλει ιικές πρωτεΐνες.

Αυτό μπορεί να αλλάξει το σχήμα του ER και να αποτρέψει την εκτέλεση των κανονικών λειτουργιών του για το κελί. Μερικοί ιοί, όπως ο δάγκειος πυρετός και το SARS, δημιουργούν προστατευτικά κυστίδια διπλής μεμβράνης μέσα στη μεμβράνη ER.