Endoplasmaatiline retikulaator (kare ja sile): struktuur ja funktsioon (koos skeemiga)

Üks lihtsamaid viise selle struktuuri ja funktsioonide mõistmiseks organellid rakus ja rakubioloogias tervikuna on võrrelda neid tegeliku maailma asjadega.

Näiteks on mõttekas kirjeldada Golgi aparaat pakkimisettevõtte või postkontorina, kuna selle roll on rakulasti vastu võtta, muuta, sorteerida ja välja saata.

Golgi keha naabriorganell, endoplasmaatiline retikulum, mõistetakse kõige paremini raku tootmistehasena. See organellivabrik ehitab kõigi eluprotsesside jaoks vajalikud biomolekulid. Nende hulka kuuluvad valgud ja lipiidid.

Tõenäoliselt teate juba, kui olulised on membraanid eukarüootsed rakud; endoplasmaatiline retikulum, mis hõlmab nii kare endoplasmaatiline retikulum ja sile endoplasmaatiline retikulum, võtab loomarakkudes üle poole membraanikinnisvarast.

Raske oleks liialdada, kui oluline on see membraanne, biomolekule ehitav organell raku jaoks.

Esimesed teadlased, kes vaatasid endoplasmaatilist retikulumit, võtsid raku esimese elektronmikroskoopi tegemise ajal endoplasmaatilise retikulumi välimuse.

Albert Claude'i, Ernest Fullmani ja Keith Porteri jaoks nägi organell oma voldikute ja tühjade kohtade tõttu "pitsine välja". Kaasaegsed vaatlejad kirjeldavad endoplasmaatilise retikulumi välimust tõenäolisemalt nagu kokkuvolditud lint või isegi lintkomm.

See ainulaadne struktuur tagab, et endoplasmaatiline retikulum saab rakus täita oma olulisi rolle. Endoplasmaatilist retikulumit mõistetakse kõige paremini kui pikka fosfolipiidmembraan volditud iseendale tagasi, et luua talle iseloomulik labürinditaoline struktuur.

Teine mõtteviis endoplasmaatilise retikulumi struktuurist on lamedate kottide ja torude võrk, mis on ühendatud ühe membraaniga.

See volditud fosfolipiidmembraan moodustab painde, mida nimetatakse tsisternae. Need fosfolipiidmembraani lamedad kettad paistavad kokku virnastatud, kui vaadata võimsa mikroskoobi all endoplasmaatilise retikulumi ristlõiget.

Pealtnäha tühjad ruumid nende kotikeste vahel on sama olulised kui membraan ise.

Neid piirkondi nimetatakse luumen. Valendiku moodustavad siseruumid on vedelikku täis ja tänu voltimisviisile suurendab organelli üldpinda, moodustades tegelikult umbes 10 protsenti rakust kogumaht.

Endoplasmaatiline retikulum sisaldab kahte peamist sektsiooni, mis on nimetatud nende välimuse järgi: kare endoplasmaatiline retikulum ja sile endoplasmaatiline retikulum.

Organelli nende piirkondade struktuur peegeldab nende erilisi rolle rakus. Mikroskoobi objektiivi all näib kareda endoplasmaatilise membraani fosfolipiidmembraan kaetud punktide või muhkudega.

Need on ribosoomid, mis annavad karedale endoplasmaatilisele retikulumile konarliku või kareda tekstuuri (ja sellest ka selle nime).

Need ribosoomid on tegelikult endoplasmaatilisest retikulumist eraldatud organellid. Suur hulk (kuni miljoneid!) Neist lokaliseerub töötlemata endoplasmaatilise võrkkesta pinnal, kuna nad on selle töö jaoks olulised, see on valgusüntees. RER eksisteerib üksteise külge keerduvate virnastatud lehtedena, millel on heeliksi kujulised servad.

Endoplasma võrkkesta teine ​​külg - sile endoplasmaatiline võrk - näeb välja üsna erinev.

Kui see organelli osa sisaldab endiselt volditud, labürinditaolisi tsisternaid ja vedelikuga täidetud luumenit, fosfolipiidmembraani see külg näib olevat sile või klanitud, kuna sile endoplasmaatiline retikulum ei sisalda ribosoomid.

See osa endoplasmaatilisest retikulumist sünteesib lipiidid pigem kui valgud, nii et see ei vaja ribosoome.

Kare endoplasmaatiline retikulum ehk RER saab oma nime iseloomuliku kareda või naastudega välimuse tõttu tänu selle pinda katvatele ribosoomidele.

Pidage meeles, et kogu endoplasmaatiline retikulum toimib nagu eluks vajalikud biomolekulidnagu valgud ja lipiidid. RER on tehase osa, mis on pühendatud ainult valkude tootmisele.

Osa RER-is toodetud valkudest jäävad igaveseks endoplasmaatilisse võrku.

Sel põhjusel nimetavad teadlased neid valke alalised valgud. Teised valgud läbivad modifitseerimise, sorteerimise ja transportimise muudesse rakupiirkondadesse. Kuid suur hulk RER-is ehitatud valke on märgistatud rakust sekretsiooniks.

See tähendab, et pärast modifitseerimist ja sorteerimist liiguvad need sekretoorsed valgud vesiikulitransportööri kaudu läbi rakumembraan töökohtade jaoks väljaspool kambrit.

RER-i asukoht lahtris on oluline ka selle funktsiooni jaoks.

RER on otse teenuse kõrval tuum lahtrist. Tegelikult haakub endoplasmaatilise retikulumi fosfolipiidmembraan tuuma ümbritseva membraanibarjääriga, mida nimetatakse tuumaümbris või tuumamembraan.

See tihe korraldus tagab, et RER saab valkude ehitamiseks vajaliku geneetilise teabe otse tuumast.

Samuti võimaldab see RER-il tuumast märku anda, kui valgu moodustamine või valgu voltimine läheb viltu. Tänu oma lähedusele võib kare endoplasmaatiline retikulum tootmise aeglustamiseks lihtsalt tuumale sõnumi lasta, samal ajal kui RER jõuab mahajäämuseni.

Valkude süntees töötab üldiselt nii: Iga raku tuum sisaldab tervet DNA komplekti.

See DNA on nagu plaan, mida rakk saab kasutada selliste molekulide ehitamiseks nagu valgud. Rakk kannab ühe valgu ehitamiseks vajalikku geneetilist teavet tuumast ribosoomidesse RER-i pinnal. Teadlased nimetavad seda protsessi transkriptsioon kuna rakk transkribeerib või kopeerib selle teabe algsest DNA-st kullerite abil.

RER-i külge kinnitatud ribosoomid võtavad vastu transkribeeritud koodi kandvad kullerid ja kasutavad seda teavet spetsiifiliste ahelate loomiseks aminohapped.

Seda sammu nimetatakse tõlge kuna ribosoomid loevad messengeri andmekoodi ja kasutavad seda ehitatava ahela aminohapete järjestuse otsustamiseks.

Need aminohapete stringid on valkude põhiühikud. Lõpuks murduvad need ahelad funktsionaalseteks valkudeks ja võivad isegi saada märgiseid või modifikatsioone, mis aitavad neil oma tööd teha.

Valgu voltimine toimub tavaliselt RER-i sisemuses.

See etapp annab valkudele ainulaadse kolmemõõtmelise kuju, mida nimetatakse selle konformatsioon. Valkude voltimine on ülioluline, kuna paljud valgud suhtlevad teiste molekulidega, kasutades nende unikaalset kuju, et ühenduda nagu lukku sobiv võti.

Vale kokkuvolditud valgud ei pruugi korralikult töötada ja see talitlushäire võib põhjustada isegi inimese haigusi.

Näiteks usuvad teadlased nüüd, et valkude voltimisega seotud probleemid võivad põhjustada tervisehäireid, näiteks 2. tüüpi diabeet, tsüstiline fibroos, sirprakuline haigus ja neurodegeneratiivsed probleemid nagu Alzheimeri tõbi ja Parkinsoni tõbi haigus.

Ensüümid on valkude klass, mis muudab rakus võimalikuks keemilised reaktsioonid, kaasa arvatud need protsessid, mis on seotud ainevahetusega, mis on viis, kuidas rakk energiale juurde pääseb.

Lüsosomaalsed ensüümid aitavad rakul lagundada soovimatut rakusisaldust, näiteks vanu organelle ja valesti volditud valke, et rakk parandada ja jääkaineid selle energia saamiseks koputada.

Membraanivalgud ja signaalvalgud aitavad rakkudel suhelda ja koostööd teha. Mõni kude vajab vähe valke, teine ​​aga palju. Need koed eraldavad RER-ile tavaliselt rohkem ruumi kui teised madalama valgusünteesi vajadusega koed.

•••Teadmine

Siledal endoplasmaatilisel retikulumil ehk SER-il puuduvad ribosoomid, nii et selle membraanid näevad mikroskoobi all välja nagu siledad või klanitud tuubulid.

See on mõttekas, sest see osa endoplasmaatilisest retikulumist ehitab valke asemel lipiide ehk rasvu ja ei vaja seega ribosoome. Need lipiidid võivad sisaldada: rasvhapped, fosfolipiidid ja kolesterooli molekulid.

Rakus plasmamembraanide ehitamiseks on vaja fosfolipiide ja kolesterooli.

SER toodab lipiidhormoone, mis on vajalikud organismi nõuetekohaseks toimimiseks endokriinsüsteem.

Nende hulka kuuluvad kolesteroolist valmistatud steroidhormoonid, nagu östrogeen ja testosteroon. Kuna SER mängib hormoonide tootmisel suurt rolli, kipuvad rakud, mis vajavad palju steroidhormoone, näiteks munandites ja munasarjades, SER-ile rohkem rakulisi kinnisvara.

SER osaleb ka ainevahetuses ja detoksifikatsioonis. Mõlemad need protsessid toimuvad maksarakkudes, seega on maksakudedes tavaliselt suurem SER-i arvukus.

Kui hormoonide signaalid näitavad, et energiakogusid on vähe, on neerude ja maksarakud alustada energiat tootvat rada, mida nimetatakse glükoneogenees.

See protsess loob olulise energiaallika glükoosi mitte-süsivesikute allikatest rakus. Maksarakkudes sisalduv SER aitab neil maksarakkudel ka toksiine eemaldada. Selleks seedib SER ohtliku ühendi osi, muutes selle vees lahustuvaks, et keha saaks toksiini uriini kaudu väljutada.

Mõnes neist ilmneb endoplasmaatilise retikulumi kõrgelt spetsialiseeritud vorm lihasrakud, helistas müotsüüdid. See vorm, mida nimetatakse sarkoplasmaatiline retikulum, leidub tavaliselt südame (südame) ja skeletilihasrakkudes.

Nendes rakkudes haldab organell kaltsiumiioonide tasakaalu, mida rakud kasutavad lihaskiudude lõdvestamiseks ja kokkutõmbamiseks. Salvestatud kaltsiumiioonid imenduvad lihasrakkudesse, samal ajal kui rakud on lõdvestunud ja vabanevad selle ajal lihasrakkudest lihaste kokkutõmbumine. Probleemid sarkoplasmaatilise retikulumiga võivad põhjustada tõsiseid meditsiinilisi probleeme, sealhulgas südamepuudulikkust.

Te teate juba, et endoplasmaatiline retikulum on osa valkude sünteesist ja voltimisest.

Õige valgu voltimine on ülioluline valkude valmistamiseks, mis suudavad oma tööd õigesti teha ja nagu varem mainitud, valesti voltida võib põhjustada valkude ebaõiget funktsioneerimist või üldse mitte töötada, mis võib põhjustada tõsiseid terviseseisundeid nagu 2. tüüp diabeet.

Sel põhjusel peab endoplasmaatiline retikulum tagama, et ainult korrektselt volditud valgud transpordivad endoplasmaatilisest retikulumist pakendamiseks ja saatmiseks Golgi aparaati.

Endoplasmaatiline retikulum tagab valgu kvaliteedi kontrolli mehhanismi kaudu, mida nimetatakse valgu reaktsioon lahtivõi UPR.

See on põhimõtteliselt väga kiire rakusignaal, mis võimaldab RER-il suhelda rakutuumaga. Kui volditud või valesti volditud valgud hakkavad endoplasmaatilise retikulumi luumenisse kuhjuma, käivitab RER lahtikäiva valgu vastuse. See teeb kolme asja:

1. See annab tuumast märku aeglustada valgusünteesi kiirust piirates ribosoomidesse tõlkimiseks saadetud messenger-molekulide arvu.
2. Valgustamata reaktsioon suurendab ka endoplasmaatilise retikulumi võimet voldib valke ja lagundab valesti volditud valke.
3. Kui kumbki neist sammudest ei lahenda valgu kuhjumist, sisaldab lahtikäiv valgu reaktsioon ka riket. Kui kõik muu ebaõnnestub, hävivad mõjutatud rakud ise. See on programmeeritud rakusurm, mida nimetatakse ka apoptoosja see on viimane võimalus, mida rakk peab minimeerima volditud või valesti volditud valkude kahjustusi.

ER kuju on seotud selle funktsioonidega ja võib vastavalt vajadusele muutuda.

Näiteks aitab RER-lehtede kihtide suurendamine mõnel rakul eritada suuremat hulka valke. Seevastu sellistel rakkudel nagu neuronid ja lihasrakud, mis ei erita nii palju valke, võib olla rohkem SER-tuubuleid.

The perifeerne ER, mis on osa, mis pole seotud tuumaümbrisega, võib vajaduse korral isegi ümber paigutada.

Selle põhjused ja mehhanismid on uurimise objektiks. See võib sisaldada libisevaid SER-tuubuleid mööda mikrotuubulid selle tsütoskelett, lohistades ER teiste organellide ja isegi ER-torukeste rõngaste taha, mis liiguvad rakus ringi nagu väikesed mootorid.

ER kuju muutub ka mõne rakuprotsessi ajal, näiteks mitoos.

Teadlased uurivad endiselt, kuidas need muutused toimuvad. Valkude täiend säilitab ER organelli üldise kuju, sealhulgas stabiliseerib selle lehed ja torukesed ning aitab määrata RER ja SER suhtelisi koguseid konkreetses rakus.

See on oluline uurimisvaldkond teadlaste jaoks, kes on huvitatud ER ja haiguse suhetest.

Valkude vale voltimine ja ER-stress, sealhulgas stress UPR-i sagedasest aktiveerimisest, võivad aidata kaasa inimese haiguste arengule. Need võivad hõlmata tsüstilist fibroosi, II tüüpi diabeeti, Alzheimeri tõbe ja spastilist parapleegiat.

Viirused võib ka kaaperdada ER-i ja kasutada valguehitusmasinaid viirusvalkude kustutamiseks.

See võib muuta ER kuju ja takistada raku tavapäraseid funktsioone. Mõned viirused, näiteks dengue ja SARS, moodustavad ER-membraani sees kaitsvad kaksikmembraaniga vesiikulid.