Jedan od najjednostavnijih načina za razumijevanje struktura i funkcija organele smješteni unutar stanice - i stanične biologije u cjelini - je usporediti ih sa stvarima iz stvarnog svijeta.
Na primjer, ima smisla opisati Golgijev aparat kao pakirnica ili pošta jer je njegova uloga primanje, modificiranje, sortiranje i otpremanje ćelijskog tereta.
Susjed organele Golgijeva tijela, endoplazmatski retikulum, najbolje se podrazumijeva kao pogon za proizvodnju stanice. Ova tvornica organela gradi biomolekule potrebne za sve životne procese. To uključuje proteine i lipide.
Vjerojatno već znate koliko su opne važne eukariotske stanice; endoplazmatski retikulum, koji uključuje oba grubi endoplazmatski retikulum i glatki endoplazmatski retikulum, zauzima više od polovice membranskih nekretnina u životinjskim stanicama.
Teško bi bilo pretjerati koliko je ova membranska organela koja gradi biomolekulu važna za stanicu.
Građa endoplazmičnog retikuluma
Prvi znanstvenici koji su promatrali endoplazmatski retikulum - dok su uzimali prvu elektronsku mikrografiju stanice - pogodili su izgled endoplazmatskog retikuluma.
Za Alberta Claudea, Ernesta Fullmana i Keitha Portera organela je izgledala "poput čipke" zbog nabora i praznih prostora. Suvremeni promatrači izglednije će opisivati izgled endoplazmatskog retikuluma kao presavijenu vrpcu ili čak bombon.
Ova jedinstvena struktura osigurava da endoplazmatski retikulum može obavljati svoje važne uloge unutar stanice. Endoplazmatski retikulum najbolje je razumjeti kao dugačak fosfolipidna membrana presavijena na sebe da stvori svoju karakterističnu strukturu nalik labirintu.
Drugi način razmišljanja o strukturi endoplazmatskog retikuluma je mreža ravnih vrećica i cijevi povezanih jednom membranom.
Ova presavijena fosfolipidna membrana tvori zavoje tzv cisterne. Čini se da su ti ravni diskovi fosfolipidne membrane složeni zajedno kad se moćan mikroskop gleda u presjek endoplazmatskog retikuluma.
Naizgled prazni prostori između ovih vrećica jednako su važni kao i sama membrana.
Ta se područja nazivaju lumen. Unutarnji prostori koji čine lumen puni su tekućine i zahvaljujući naboru povećava ukupnu površinu organele, zapravo čini oko 10 posto stanične ukupni volumen.
Dvije vrste hitne pomoći
Endoplazmatski retikulum sadrži dva glavna dijela, nazvana zbog izgleda: grubi endoplazmatski retikulum i glatki endoplazmatski retikulum.
Struktura ovih područja organele odražava njihove posebne uloge unutar stanice. Pod lećom mikroskopa čini se da je fosfolipidna membrana grube endoplazmatske membrane prekrivena točkama ili kvrgama.
Ovi su ribosomi, koji hrapavom endoplazmatskom retikulumu daju kvrgavu ili grubu teksturu (i otuda mu i naziv).
Ti su ribosomi zapravo odvojene organele od endoplazmatskog retikuluma. Veliki broj (do milijuna!) Lokalizira se na površini grubog endoplazmatskog retikuluma jer su vitalni za njegov posao, a to je sinteza proteina. RER postoji kao naslagani listovi koji se uvijaju, s rubovima u obliku zavojnice.
Druga strana endoplazmatskog retikuluma - glatki endoplazmatski retikulum - izgleda sasvim drugačije.
Iako ovaj dio organele još uvijek sadrži presavijene cisterne nalik labirintu i lumen ispunjen tekućinom, površina ova se strana fosfolipidne membrane čini glatkom ili glatkom jer glatki endoplazmatski retikulum ne sadrži ribosomi.
Ovaj dio endoplazmatskog retikuluma sintetizira lipidi rađe nego bjelančevine, pa ne zahtijeva ribosome.
Grubi endoplazmički retikulum (grubi ER)
Grubi endoplazmatski retikulum, ili RER, ime je dobio po svom karakterističnom hrapavom ili klinastom izgledu zahvaljujući ribosomima koji prekrivaju njegovu površinu.
Sjetite se da cijeli endoplazmatski retikulum djeluje poput proizvodnog pogona za biomolekule potrebne za život, kao što su proteini i lipidi. RER je dio tvornice posvećen proizvodnji samo proteina.
Neki od proteina proizvedenih u RER-u zauvijek će ostati u endoplazmatskom retikulumu.
Iz tog razloga znanstvenici te bjelančevine nazivaju rezidencijalni proteini. Ostali će proteini biti podvrgnuti modifikaciji, sortiranju i otpremi u druga područja stanice. Međutim, velik broj proteina ugrađenih u RER označen je za lučenje iz stanice.
To znači da će nakon modifikacije i razvrstavanja ovi sekretorni proteini putovati prijenosnikom vezikula kroz stanična membrana za poslove izvan ćelije.
Mjesto RER-a unutar stanice je također važno za njegovu funkciju.
RER je odmah pored ulice jezgra stanice. U stvari, fosfolipidna membrana endoplazmatskog retikuluma zapravo se spoji s membranskom barijerom koja okružuje jezgru, zvanom nuklearna ovojnica ili nuklearna membrana.
Ovaj čvrsti aranžman osigurava da RER prima genetske informacije potrebne za izgradnju bjelančevina izravno iz jezgre.
Omogućuje i RER-u da signalizira jezgru kada se izgradnja proteina ili presavijanje proteina pokvari. Zahvaljujući svojoj neposrednoj blizini, grubi endoplazmatski retikulum može jednostavno poslati poruku jezgri da uspori proizvodnju dok RER sustiže zaostatak.
Sinteza proteina u gruboj ER
Sinteza proteina općenito djeluje ovako: Jezgra svake stanice sadrži čitav niz DNA.
Ova DNK je poput nacrta koji stanica može koristiti za izgradnju molekula poput proteina. Stanica prenosi genetske informacije potrebne za izgradnju jednog proteina iz jezgre u ribosome na površini RER-a. Znanstvenici taj proces nazivaju transkripcija jer stanica prepisuje ili kopira ove podatke iz izvorne DNA pomoću glasnika.
Ribosomi povezani s RER-om primaju glasnike koji nose transkribirani kôd i koriste te podatke za stvaranje lanca specifičnih aminokiseline.
Taj se korak naziva prijevod jer ribosomi čitaju podatkovni kod na glasniku i pomoću njega odlučuju o redoslijedu aminokiselina u lancu koji grade.
Ovi nizovi aminokiselina su osnovne jedinice proteina. Na kraju, ti će se lanci saviti u funkcionalne bjelančevine i možda čak dobiti oznake ili modifikacije koje će im pomoći da rade svoj posao.
Sklapanje proteina u grubom ER
Preklapanje proteina uglavnom se događa u unutrašnjosti RER-a.
Ovaj korak proteinima daje jedinstveni trodimenzionalni oblik, koji se naziva njegov konformacija. Sklapanje proteina presudno je jer mnogi proteini komuniciraju s drugim molekulama koristeći svoj jedinstveni oblik kako bi se povezali poput ključa koji se uklapa u bravu.
Pogrešno složeni proteini možda neće ispravno funkcionirati, a ova neispravnost može čak uzrokovati ljudsku bolest.
Na primjer, istraživači sada vjeruju da problemi sa presavijanjem proteina mogu uzrokovati zdravstvene poremećaje poput tipa 2 dijabetes, cistična fibroza, bolest srpastih stanica i neurodegenerativni problemi poput Alzheimerove bolesti i Parkinsonove bolesti bolest.
Enzimi su klasa proteina koji omogućuju kemijske reakcije u stanici, uključujući one procese koji su uključeni u metabolizam, a to je način na koji stanica pristupa energiji.
Lizozomski enzimi pomažu stanici da razgrađuje neželjeni stanični sadržaj, poput starih organela i pogrešno složenih proteina, kako bi popravili stanicu i iskoristili otpadni materijal za dobivanje svoje energije.
Membranski proteini i signalni proteini pomažu stanicama da komuniciraju i rade zajedno. Neka tkiva trebaju mali broj proteina, dok druga tkiva trebaju puno. Ta tkiva obično posvećuju više prostora RER-u od ostalih tkiva s nižim potrebama za sintezom proteina.
•••Znanstveno
Glatki endoplazmatski retikulum (glatki ER)
Glatkom endoplazmatskom retikulumu ili SER nedostaju ribosomi, pa njegove membrane pod mikroskopom izgledaju poput glatkih ili glatkih tubula.
To ima smisla jer ovaj dio endoplazmatskog retikuluma gradi lipide ili masti, a ne proteine, i stoga mu nisu potrebni ribosomi. Ovi lipidi mogu uključivati masne kiseline, fosfolipidi i molekule kolesterola.
Fosfolipidi i kolesterol potrebni su za izgradnju plazmatskih membrana u stanici.
SER proizvodi lipidne hormone koji su neophodni za pravilno funkcioniranje endokrilni sustav.
Tu spadaju steroidni hormoni napravljeni od kolesterola, poput estrogena i testosterona. Zbog glavne uloge koju SER ima u proizvodnji hormona, stanice kojima je potrebno puno steroidnih hormona, poput onih u testisima i jajnicima, imaju tendenciju da više staničnih nekretnina posvete SER-u.
SER je također uključen u metabolizam i detoksikaciju. Oba se ova procesa događaju u stanicama jetre, pa tkiva jetre obično imaju veće obilje SER.
Kada hormonski signali ukazuju da su zalihe energije male, bubrezi i stanice jetre započeti put za proizvodnju energije tzv glukoneogeneza.
Ovaj proces stvara važan izvor energije glukozu iz izvora koji nisu ugljikohidrati u stanici. SER u stanicama jetre također pomaže tim stanicama jetre da uklone toksine. Da bi to učinio, SER probavlja dijelove opasnog spoja kako bi ga učinio topljivim u vodi kako bi tijelo moglo izlučivati toksin mokraćom.
Sarkoplazmatski retikulum u mišićnim stanicama
U nekih se pojavljuje visoko specijalizirani oblik endoplazmatskog retikuluma mišićne stanice, nazvao miociti. Ovaj obrazac, nazvan sarkoplazmatski retikulum, obično se nalazi u srčanim (srčanim) i koštanim mišićnim stanicama.
U tim stanicama organela upravlja ravnotežom kalcijevih iona koje stanice koriste za opuštanje i skupljanje mišićnih vlakana. Pohranjeni kalcijevi ioni apsorbiraju u mišićne stanice, dok se stanice opuštaju i oslobađaju iz mišićnih stanica tijekom kontrakcija mišića. Problemi sa sarkoplazmatskim retikulumom mogu dovesti do ozbiljnih medicinskih problema, uključujući zatajenje srca.
Rašireni proteinski odgovor
Već znate da je endoplazmatski retikulum dio sinteze i nabora proteina.
Pravilno savijanje proteina presudno je za stvaranje bjelančevina koje mogu pravilno obavljati svoj posao i, kao što je prethodno spomenuto, pogrešno savijanje mogu uzrokovati nepravilno funkcioniranje proteina ili uopće ne rade, što može dovesti do ozbiljnih zdravstvenih stanja poput tipa 2 dijabetes.
Iz tog razloga, endoplazmatski retikulum mora osigurati da samo pravilno savijeni proteini prelaze iz endoplazmatskog retikuluma u Golgijev aparat za pakiranje i otpremu.
Endoplazmatski retikulum osigurava kontrolu kvalitete proteina putem mehanizma koji se naziva rasklopljeni proteinski odgovorili UPR.
To je u osnovi vrlo brza stanična signalizacija koja omogućava RER-u da komunicira sa staničnom jezgrom. Kad se nerazvijeni ili pogrešno složeni proteini počnu gomilati u lumenu endoplazmatskog retikuluma, RER pokreće nerasvijeni proteinski odgovor. Ovo čini tri stvari:
- Signalizira jezgru da usporiti brzinu sinteze proteina ograničavanjem broja molekula glasnika poslanih u ribosome na prijevod.
- Rašireni proteinski odgovor također povećava sposobnost endoplazmatskog retikuluma da presavijati proteine i razgrađivati pogrešno sklopljene proteine.
- Ako niti jedan od ovih koraka ne riješi nakupljanje bjelančevina, rasklopljeni proteinski odgovor također sadrži sigurnosni kvar. Ako sve drugo zakaže, zahvaćene stanice će se samouništiti. To je programirana smrt stanice, koja se također naziva apoptoza, i posljednja je opcija koju stanica mora minimizirati bilo kakvu štetu koju bi nesloženi ili pogrešno složeni proteini mogli prouzročiti.
ER Oblik
Oblik ER odnosi se na njegove funkcije i može se mijenjati po potrebi.
Na primjer, povećanje slojeva RER listova pomaže nekim stanicama da luče veći broj proteina. Suprotno tome, stanice poput neurona i mišićnih stanica koje ne izlučuju toliko proteina mogu imati više SER tubula.
The periferni ER, koji je dio koji nije povezan s nuklearnom ovojnicom, može se čak i translocirati po potrebi.
Ovi razlozi i mehanizmi za ovo predmet su istraživanja. Može sadržavati klizne SER tubule duž mikrotubule od citoskelet, vukući ER iza ostalih organela, pa čak i prstenove ER tubula koji se kreću oko stanice poput malih motora.
Oblik ER također se mijenja tijekom nekih staničnih procesa, kao što je mitoza.
Znanstvenici još uvijek proučavaju kako se te promjene odvijaju. Komplement proteina održava cjelokupni oblik ER organele, uključujući stabiliziranje njegovih listova i tubula i pomoć u određivanju relativne količine RER i SER u određenoj stanici.
Ovo je važno područje proučavanja za istraživače zainteresirane za vezu između ER i bolesti.
ER i ljudska bolest
Pogrešno savijanje proteina i stres zbog ER-a, uključujući stres zbog česte aktivacije UPR-a, mogu pridonijeti razvoju ljudskih bolesti. To može uključivati cističnu fibrozu, dijabetes tipa 2, Alzheimerovu bolest i spastičnu paraplegiju.
Virusi također može oteti ER i upotrijebiti strojeve za izgradnju proteina za izbacivanje virusnih proteina.
To može promijeniti oblik ER i spriječiti ga da obavlja svoje normalne funkcije za stanicu. Neki virusi, poput denge i SARS-a, stvaraju zaštitne dvostruke membrane u ER membrani.