Yksi yksinkertaisimmista tavoista ymmärtää organellit solussa - ja solubiologiassa kokonaisuudessaan - on verrata niitä todellisen maailman asioihin.
Esimerkiksi on järkevää kuvata Golgin laite pakkauslaitoksena tai postitoimistona, koska sen tehtävänä on vastaanottaa, muokata, lajitella ja lähettää solulasti.
Golgin ruumiin naapuriorelli, endoplasminen verkkokalvo, ymmärretään parhaiten solun tuotantolaitoksena. Tämä organellitehdas rakentaa kaikkiin elämän prosesseihin tarvittavat biomolekyylit. Näitä ovat proteiinit ja lipidit.
Luultavasti tiedät jo, kuinka tärkeitä kalvot ovat eukaryoottisolut; endoplasminen verkkokalvo, joka sisältää sekä karkea endoplasman verkkokalvo ja sileä endoplasminen verkkokalvo, vie yli puolet kalvo-kiinteistöstä eläinsoluissa.
Olisi vaikea liioitella, kuinka tärkeä tämä kalvoinen, biomolekyyliä rakentava organelli on solulle.
Endoplasman retikulaatin rakenne
Ensimmäiset tutkijat, jotka havaitsivat endoplasman verkkokerroksen - ottaessaan ensimmäisen elektronimikronin solusta - osuivat endoplasman verkkokalvon ulkonäköön.
Albert Claudelle, Ernest Fullmanille ja Keith Porterille organelli näytti ”pitsiä muistuttavalta” taitostensa ja tyhjien tilojensa vuoksi. Nykyaikaiset tarkkailijat kuvaavat todennäköisemmin endoplasmisen verkkokalvon ulkonäköä kuin taitettu nauha tai jopa nauhakarkki.
Tämä ainutlaatuinen rakenne varmistaa, että endoplasminen verkkokalvo voi suorittaa tärkeät roolinsa solussa. Endoplasman verkkokalvo ymmärretään parhaiten pitkänä fosfolipidikalvo taitettu takaisin itselleen luodakseen sen tyypillisen sokkelomaisen rakenteen.
Toinen tapa ajatella endoplasman verkkokalvon rakennetta on litteiden pussien ja putkien verkko, joka on yhdistetty yhdellä kalvolla.
Tämä taitettu fosfolipidikalvo muodostaa taivutuksia, joita kutsutaan cisternae. Nämä fosfolipidikalvon litteät levyt näyttävät pinotuilta, kun tarkastellaan endoplasman verkkokalvon poikkileikkausta voimakkaalla mikroskoopilla.
Näennäisesti tyhjät välit näiden pussien välillä ovat yhtä tärkeitä kuin itse kalvo.
Näitä alueita kutsutaan ontelo. Lumenin muodostavat sisätilat ovat täynnä nestettä ja taittotavan ansiosta kasvattaa organellin kokonaispinta-alaa, muodostaa itse asiassa noin 10 prosenttia solun pinta-alasta kokonaistilavuus.
Kahdenlaisia ER
Endoplasmisessa verkkokalvossa on kaksi pääosaa, jotka on nimetty ulkonäöltään: karkea endoplasman verkkokalvo ja sileä endoplasminen verkkokalvo.
Organellin näiden alueiden rakenne heijastaa niiden erityisiä rooleja solussa. Mikroskoopin linssin alla karkean endoplasman kalvon fosfolipidikalvo näyttää olevan peitetty pisteinä tai kuoppina.
Nämä ovat ribosomit, jotka antavat karkealle endoplasmiselle retikulumille kuoppaisen tai karkean tekstuurin (ja siten myös sen nimen).
Nämä ribosomit ovat itse asiassa erillisiä organelleja endoplasmisesta verkkokerroksesta. Suuri määrä (jopa miljoonia!) Heistä lokalisoituu karkean endoplasmisen verkkokalvon pinnalle, koska ne ovat elintärkeitä sen työlle, joka on proteiinisynteesi. RER on pinottuina arkkeina, jotka kiertyvät yhteen, kierteen muotoisilla reunoilla.
Endoplasman verkkokalvon toinen puoli - sileä endoplasminen verkkokalvo - näyttää melko erilaiselta.
Vaikka tässä organellin osassa on edelleen taitetut, sokkelon kaltaiset säkit ja nesteillä täytetty ontelo, fosfolipidikalvon tämä puoli näyttää sileältä tai tyylikkäältä, koska sileä endoplasminen verkkokalvo ei sisällä ribosomit.
Tämä osa endoplasmisesta retikulumista syntetisoituu lipidit mielummin kuin proteiineja, joten se ei vaadi ribosomeja.
Karkea endoplasman retikula (karkea ER)
Karkea endoplasminen verkkokalvo tai RER saa nimensä sen ominaisesta karkeasta tai nastoitetusta ulkonäöstä sen pintaa peittävien ribosomien ansiosta.
Muista, että koko endoplasminen verkkokalvo toimii kuin sen tuotantolaitos elämään tarvittavat biomolekyylit, kuten proteiinit ja lipidit. RER on tehtaan osa, joka omistaa vain proteiinien tuottamisen.
Osa RER: ssä tuotetuista proteiineista pysyy ikuisesti endoplasmisessa verkkokerroksessa.
Tästä syystä tutkijat kutsuvat näitä proteiineja asuvat proteiinit. Muut proteiinit muuttuvat, lajittelevat ja kulkeutuvat solun muille alueille. Suuri määrä RER: ään rakennetuista proteiineista on kuitenkin leimattu erittymiseksi solusta.
Tämä tarkoittaa, että modifioinnin ja lajittelun jälkeen nämä eritysproteiinit kulkeutuvat rakkulan kuljettajan läpi solukalvo töihin solun ulkopuolella.
RER: n sijainti solussa on myös tärkeä sen toiminnan kannalta.
RER on aivan ydin solun. Itse asiassa endoplasman verkkokalvon fosfolipidikalvo todella kiinnittyy ydintä ympäröivään kalvoesteeseen, jota kutsutaan ydinvoima tai ydinkalvo.
Tämä tiukka järjestely varmistaa, että RER vastaanottaa geneettisen tiedon, jota se tarvitsee proteiinien rakentamiseksi suoraan ytimestä.
Se mahdollistaa myös RER: n viestimisen ytimestä, kun proteiinin muodostuminen tai proteiinin taittuminen menee pieleen. Läheisyytensä ansiosta karkea endoplasman verkkokalvo voi yksinkertaisesti ampua viestin ytimeen tuotannon hidastamiseksi samalla, kun RER tarttuu jäljellä olevaan tilanteeseen.
Proteiinisynteesi karkeassa ER: ssä
Proteiinisynteesi toimii yleensä näin: Jokaisen solun ydin sisältää täyden sarjan DNA: ta.
Tämä DNA on kuin suunnitelma, jota solu voi käyttää proteiinien kaltaisten molekyylien rakentamiseen. Solu siirtää geneettisen informaation, joka tarvitaan yhden proteiinin rakentamiseen ytimestä RER: n pinnalla oleviin ribosomeihin. Tutkijat kutsuvat tätä prosessia transkriptio koska solu litteroi tai kopioi nämä tiedot alkuperäisestä DNA: sta lähettiläitä käyttämällä.
RER: ään kiinnitetyt ribosomit vastaanottavat lähetetyt koodin kantavat sanansaattajat ja käyttävät näitä tietoja muodostamaan ketjun aminohappoja.
Tätä vaihetta kutsutaan käännös koska ribosomit lukevat lähettimen datakoodin ja käyttävät sitä päättääkseen aminohappojen järjestyksen rakentamassaan ketjussa.
Nämä aminohappojen ketjut ovat proteiinien perusyksiköitä. Lopulta nämä ketjut taittuvat funktionaalisiksi proteiineiksi ja ehkä jopa saavat etikettejä tai muunnelmia auttaakseen heitä tekemään työnsä.
Proteiinin taitto karkeassa ER: ssä
Proteiinien taittuminen tapahtuu yleensä RER: n sisätiloissa.
Tämä vaihe antaa proteiineille ainutlaatuisen kolmiulotteisen muodon, jota kutsutaan sen konformaatio. Proteiinien taittuminen on ratkaisevan tärkeää, koska monet proteiinit ovat vuorovaikutuksessa muiden molekyylien kanssa käyttämällä ainutlaatuista muotoa muodostaakseen yhteyden kuin lukkoon sopiva avain.
Väärin taitetut proteiinit eivät välttämättä toimi kunnolla, ja tämä toimintahäiriö voi jopa aiheuttaa ihmisen sairauksia.
Esimerkiksi tutkijat uskovat nyt, että proteiinin laskostumisongelmat voivat aiheuttaa terveyshäiriöitä, kuten tyyppi 2 diabetes, kystinen fibroosi, sirppisolusairaus ja neurodegeneratiiviset ongelmat, kuten Alzheimerin tauti ja Parkinsonin tauti tauti.
Entsyymit ovat proteiiniluokka, jotka mahdollistavat kemialliset reaktiot solussa, mukaan lukien aineenvaihduntaan liittyvät prosessit, mikä on tapa, jolla solu pääsee energiaan.
Lysosomaaliset entsyymit auttavat solua hajottamaan ei-toivotut solusisällöt, kuten vanhat organellit ja väärin taittuneet proteiinit, solun korjaamiseksi ja jätemateriaalin hyödyntämiseksi sen energiaksi.
Kalvoproteiinit ja signalointiproteiinit auttavat soluja kommunikoimaan ja työskentelemään yhdessä. Jotkut kudokset tarvitsevat vähän proteiineja, kun taas toiset kudokset vaativat paljon. Nämä kudokset omistavat yleensä enemmän tilaa RER: lle kuin muut kudokset, joilla on pienempi proteiinisynteesin tarve.
•••Tutkiminen
Sileä endoplasman retikula (sileä ER)
Sileästä endoplasmisesta verkkokalvosta tai SER: stä puuttuu ribosomeja, joten sen kalvot näyttävät sileiltä tai tyylikkäiltä tubuluksilta mikroskoopin alla.
Tämä on järkevää, koska tämä osa endoplasmisesta verkkokerroksesta rakentaa lipidejä tai rasvoja eikä proteiineja eikä siten tarvitse ribosomeja. Näihin lipideihin voi sisältyä rasvahapot, fosfolipidit ja kolesterolimolekyylit.
Fosfolipidejä ja kolesterolia tarvitaan plasmakalvojen rakentamiseen soluun.
SER tuottaa lipidihormoneja, jotka ovat välttämättömiä hormonitoimintaa.
Näitä ovat kolesterolista valmistetut steroidihormonit, kuten estrogeeni ja testosteroni. SER: n tärkeän roolin takia hormonituotannossa solut, jotka tarvitsevat paljon steroidihormoneja, kuten kiveksissä ja munasarjoissa, pyrkivät omistamaan enemmän solukonealuetta SER: lle.
SER osallistuu myös aineenvaihduntaan ja vieroitukseen. Molemmat näistä prosesseista tapahtuvat maksasoluissa, joten maksakudoksissa on yleensä enemmän SER: ää.
Kun hormonisignaalit osoittavat, että energian varastot ovat vähäiset, munuaiset ja maksasolut aloittaa nimeltään energiaa tuottava reitti glukoneogeneesi.
Tämä prosessi luo tärkeän energialähteen glukoosin solusta muista kuin hiilihydraattilähteistä. Maksasolujen SER auttaa myös näitä maksasoluja poistamaan toksiineja. Tätä varten SER pilkkoo vaarallisen yhdisteen osia saadakseen sen vesiliukoiseksi, jotta keho voi erittää toksiinia virtsan kautta.
Sarkoplasman retikula lihassoluissa
Erittäin erikoistunut endoplasman verkkokalvo näkyy joissakin lihassolut, olla nimeltään myosyytit. Tätä lomaketta kutsutaan sarkoplasmakalvostosta, löytyy yleensä sydämen (sydän) ja luurankolihassoluista.
Näissä soluissa organelli hallitsee kalsiumionien tasapainoa, jota solut käyttävät lihaskuitujen rentoutumiseen ja supistumiseen. Säilytetyt kalsiumionit imeytyvät lihassoluihin samalla kun solut ovat rentoja ja vapautuvat lihassoluista lihassupistus. Sarkoplasman verkkokalvon ongelmat voivat johtaa vakaviin lääketieteellisiin ongelmiin, mukaan lukien sydämen vajaatoiminta.
Avautuneen proteiinin vaste
Tiedät jo, että endoplasminen verkkokalvo on osa proteiinisynteesiä ja taittumista.
Oikea proteiinitaitto on ratkaisevan tärkeää, jotta saadaan proteiineja, jotka voivat tehdä työnsä oikein, ja kuten aiemmin mainittiin, väärä taittuminen voi aiheuttaa proteiinien toiminnan väärin tai ei toimi lainkaan, mikä voi johtaa vakaviin sairauksiin, kuten tyypin 2 diabetes.
Tästä syystä endoplasmisen verkkokerroksen on varmistettava, että vain oikein laskostuneet proteiinit kulkeutuvat endoplasmaverkosta Golgi-laitteeseen pakkaamista ja kuljetusta varten.
Endoplasman verkkokalvo varmistaa proteiinin laadunvalvonnan mekanismilla, jota kutsutaan avautunut proteiinivastetai UPR.
Tämä on pohjimmiltaan erittäin nopea solun signalointi, joka mahdollistaa RER: n kommunikoinnin solun ytimen kanssa. Kun avautuneet tai väärin taittuneet proteiinit alkavat kasaantua endoplasmisen verkkokalvon onteloon, RER laukaisee avautuneen proteiinivasteen. Tämä tekee kolme asiaa:
- Se merkitsee ydintä hidastaa proteiinisynteesinopeutta rajoittamalla ribosomeihin käännettäväksi lähetettyjen lähettimen molekyylien määrää.
- Avautunut proteiinivaste lisää myös endoplasman verkkokykyä siihen taittaa proteiineja ja hajottaa väärin taittuneita proteiineja.
- Jos kumpikaan näistä vaiheista ei ratkaise proteiinipinoa, avautunut proteiinivaste sisältää myös vikaturvallisuuden. Jos kaikki muu epäonnistuu, kyseiset solut tuhoavat itsensä. Tämä on ohjelmoitu solukuolema, jota kutsutaan myös apoptoosi, ja se on viimeinen vaihtoehto, jonka solun on minimoitava mahdolliset vauriot, joita avautuneet tai väärin taittuneet proteiinit voivat aiheuttaa.
ER-muoto
ER: n muoto liittyy sen toimintoihin ja voi muuttua tarpeen mukaan.
Esimerkiksi RER-arkkien kerrosten lisääminen auttaa joitain soluja erittämään enemmän proteiineja. Päinvastoin, soluilla, kuten hermosoluilla ja lihassoluilla, jotka eivät eritä yhtä monta proteiinia, voi olla enemmän SER-putkia.
perifeerinen ER, joka on osa, jota ei ole yhdistetty ydinvaippaan, voi jopa siirtyä tarvittaessa.
Nämä syyt ja mekanismit ovat tutkimuksen kohteena. Se voi sisältää liukuvia SER-putkia pitkin mikrotubulukset n sytoskeleton, vetämällä ER: n muiden organellien ja jopa ER-tubulusten renkaiden taakse, jotka liikkuvat solun ympäri kuin pienet moottorit.
ER: n muoto muuttuu myös joissakin soluprosesseissa, kuten mitoosi.
Tutkijat tutkivat edelleen, miten nämä muutokset tapahtuvat. Proteiinien komplementti ylläpitää ER-organellin yleistä muotoa, mukaan lukien sen levyjen ja tubulusten vakauttaminen ja auttaminen määrittämään RER: n ja SER: n suhteelliset määrät tietyssä solussa.
Tämä on tärkeä tutkimusalue tutkijoille, jotka ovat kiinnostuneita ER: n ja taudin välisestä suhteesta.
ER ja ihmisen sairaudet
Proteiinien vääristyminen ja ER-stressi, mukaan lukien usein UPR-aktivaation aiheuttama stressi, voivat vaikuttaa ihmisen sairauksien kehittymiseen. Näitä voivat olla kystinen fibroosi, tyypin 2 diabetes, Alzheimerin tauti ja spastinen paraplegia.
Virukset voi myös kaapata ER: n ja käyttää proteiinia rakentavia koneita viruksen proteiinien poistamiseen.
Tämä voi muuttaa ER: n muotoa ja estää sitä suorittamasta normaaleja toimintoja solulle. Jotkut virukset, kuten dengue ja SARS, tekevät suojaavista kaksikalvoisista rakkuloista ER-kalvon sisällä.