A. Struktúráinak és funkcióinak megértésének egyik legegyszerűbb módja sejtszervecskék egy sejtben elhelyezkedve - és a sejtbiológia egészében - összehasonlítani kell őket a valós dolgokkal.
Például van értelme leírni a Golgi-készülék csomagoló üzemként vagy postahivatalként, mert feladata a rakomány fogadása, módosítása, válogatása és kiszállítása.
A Golgi test szomszédos organellája, az endoplazmatikus retikulum, a cellagyártó üzemként érthető legjobban. Ez az organellagyár felépíti az összes életfolyamathoz szükséges biomolekulákat. Ide tartoznak a fehérjék és a lipidek.
Valószínűleg már tudja, mennyire fontosak a membránok eukarióta sejtek; az endoplazmatikus retikulum, amely magában foglalja mind a durva endoplazmikus retikulum és sima endoplazmatikus retikulum, az állati sejtekben lévő membrán ingatlanok több mint felét elfoglalja.
Nehéz lenne eltúlozni, hogy ez a hártyás, biomolekulát építő organella mennyire fontos a sejt számára.
Az endoplazmatikus retikulum felépítése
Az első tudósokat, akik megfigyelték az endoplazmatikus retikulumot - a sejt első elektronmikroszkópos felvétele közben - megdöbbentette az endoplazmatikus retikulum megjelenése.
Albert Claude, Ernest Fullman és Keith Porter számára az organelle „csipkeszerűnek” tűnt a ráncai és az üres terek miatt. A modern megfigyelők nagyobb valószínűséggel írják le az endoplazmatikus retikulum megjelenését, mint egy hajtogatott szalag vagy akár egy szalagcukorka.
Ez az egyedülálló szerkezet biztosítja, hogy az endoplazmatikus retikulum a sejten belül betölthesse fontos szerepeit. Az endoplazmatikus retikulum leginkább hosszú foszfolipid membrán visszahajtva magát, hogy megteremtse a jellegzetes labirintusszerű szerkezetét.
Az endoplazmatikus retikulum felépítésének másik gondolkodásmódja az, hogy a lapos tasakok és csövek hálózata egyetlen membránnal van összekötve.
Ez az összehajtott foszfolipid membrán kanyarokat képez ciszternae. Ezek a foszfolipid membrán lapos lemezei egymásra rakódva jelennek meg, amikor egy erőteljes mikroszkóp alatt az endoplazmatikus retikulum keresztmetszetét nézzük.
Az ezeknek a tasakoknak a látszólag üres terek ugyanolyan fontosak, mint maga a membrán.
Ezeket a területeket nevezzük lumen. A lumenet alkotó belső terek tele vannak folyadékkal és a hajtogatásnak köszönhetően növeli az organella teljes felületét, valójában a sejt 10% -át teszi ki teljes hangerő.
Kétféle ER
Az endoplazmatikus retikulum két fő részből áll, amelyeket megjelenésükről neveznek el: a durva endoplazmikus retikulum és a sima endoplazmatikus retikulum.
Az organelle ezen területeinek szerkezete tükrözi a sejten belüli különleges szerepüket. A mikroszkóp lencséje alatt a durva endoplazmatikus membrán foszfolipid membránja pontokba vagy dudorokba borulva jelenik meg.
Ezek riboszómák, amelyek a durva endoplazmatikus retikulumnak rögös vagy durva textúrát adnak (és ezért nevét is).
Ezek a riboszómák valójában különálló organellák az endoplazmatikus retikulumtól. Nagy számban (akár milliókig!) Lokalizálódnak a durva endoplazmatikus retikulum felszínén, mert létfontosságúak a munkájához, ami a fehérjeszintézis. Az RER halmozott lapokként létezik, amelyek egymásba csavarodnak, spirál alakú élekkel.
Az endoplazmatikus retikulum másik oldala - a sima endoplazmatikus retikulum - egészen másképp néz ki.
Míg az organelle ezen szakasza még mindig tartalmazza az összehajtogatott, labirintusszerű ciszternaokat és folyadékkal töltött lumeneket, a a foszfolipid membrán ezen oldala sima vagy letisztultnak tűnik, mivel a sima endoplazmatikus retikulum nem tartalmaz riboszómák.
Az endoplazmatikus retikulum ezen része szintetizálódik lipidek inkább mint fehérjék, ezért nem igényel riboszómákat.
A durva endoplazmatikus retikulum (durva ER)
A durva endoplazmatikus retikulum (RER) a felületét borító riboszómáknak köszönhetően jellegzetes érdes vagy szegecses megjelenéséről kapta nevét.
Ne felejtsük el, hogy az egész endoplazmatikus retikulum úgy működik, mint egy az élethez szükséges biomolekulák, például fehérjék és lipidek. A RER a gyár azon szakasza, amely csak fehérjék termelését szenteli.
A RER-ben termelődő fehérjék egy része örökre az endoplazmatikus retikulumban marad.
Emiatt a tudósok ezeket a fehérjéket hívják rezidens fehérjék. Más fehérjék módosulnak, válogatnak és szállítanak a sejt más területeire. Azonban az RER-be épített fehérjék nagy része a sejtből történő szekrécióhoz van jelölve.
Ez azt jelenti, hogy módosítás és válogatás után ezek a szekréciós fehérjék a vezikulatranszporteren keresztül a sejt membrán a cellán kívüli munkákhoz.
A RER cellán belüli elhelyezkedése szintén fontos a funkciója szempontjából.
A RER közvetlenül a atommag a cella. Valójában az endoplazmatikus retikulum foszfolipid membránja valóban összekapcsolódik a magot körülvevő membrángáttal, az úgynevezett sejtmag vagy maghártya.
Ez a szoros elrendezés biztosítja, hogy az RER megkapja a fehérjék felépítéséhez szükséges genetikai információt közvetlenül a sejtmagból.
Lehetővé teszi azt is, hogy a RER jelezze a magot, amikor a fehérjeépítés vagy a fehérje hajtogatása meghibásodik. Közvetlen közelségének köszönhetően a durva endoplazmatikus retikulum egyszerűen üzenetet tud küldeni a magnak, hogy lelassuljon a termelés, miközben a RER utoléri a lemaradást.
Fehérjeszintézis a durva ER-ben
Protein szintézis általában így működik: Minden sejt magja teljes DNS-készletet tartalmaz.
Ez a DNS olyan, mint a terv, amelyet a sejt felhasználhat olyan molekulák felépítéséhez, mint a fehérjék. A sejt az egyetlen fehérje felépítéséhez szükséges genetikai információt a sejtmagból a RER felszínén lévő riboszómákba továbbítja. A tudósok ezt a folyamatot hívják átírás mert a sejt átírja vagy másolja ezeket az információkat az eredeti DNS-ből hírvivők segítségével.
Az RER-hez csatolt riboszómák fogadják az átírt kódot hordozó hírvivőket, és ezeket az információkat felhasználva speciális aminosavak.
Ezt a lépést hívják fordítás mert a riboszómák elolvassák az adatkódot a hírvivőn, és ennek alapján döntenek az aminosavak sorrendjéről az általuk épített láncban.
Az aminosavak ezen húrjai a fehérjék bázikus egységei. Végül ezek a láncok funkcionális fehérjékké válnak, és esetleg címkéket vagy módosításokat is kapnak, hogy segítsék munkájukat.
Fehérje hajtogatása a durva ER-ben
A fehérje hajtogatása általában a RER belsejében történik.
Ez a lépés a fehérjéknek egyedi háromdimenziós alakot ad, az úgynevezett konformáció. A fehérje hajtogatása kulcsfontosságú, mert sok fehérje kölcsönhatásba lép más molekulákkal, egyedi formájukat felhasználva, hogy összekapcsolódjon, mint egy zárba illeszkedő kulcs.
Előfordulhat, hogy a rosszul összehajtott fehérjék nem működnek megfelelően, és ez a meghibásodás akár emberi betegségeket is okozhat.
Például a kutatók úgy vélik, hogy a fehérje hajtogatásával kapcsolatos problémák olyan egészségügyi rendellenességeket okozhatnak, mint a 2-es típus cukorbetegség, cisztás fibrózis, sarlósejtes betegség és neurodegeneratív problémák, például az Alzheimer-kór és a Parkinson-kór betegség.
Enzimek fehérjék egy csoportja, amelyek kémiai reakciókat tesznek lehetővé a sejtben, beleértve azokat a folyamatokat is, amelyek részt vesznek az anyagcserében, vagyis a sejt hozzáfér az energiához.
A lizoszomális enzimek segítik a sejteket a nem kívánt sejttartalmak, például az öreg organellák és a rosszul összehajtott fehérjék lebontásában, hogy helyrehozzák a sejtet, és a hulladék anyagát felhasználják energiájához.
A membránfehérjék és a jelzőfehérjék elősegítik a sejtek kommunikációját és együttműködését. Egyes szöveteknek kis mennyiségű fehérjére van szükségük, míg más szöveteknek nagyon sokra van szükségük. Ezek a szövetek általában több helyet szentelnek az RER-nek, mint más, alacsonyabb fehérjeszintézis-igényű szövetek.
•••Tudományosság
A sima endoplazmatikus retikulum (sima ER)
A sima endoplazmatikus retikulumban vagy SER-ben nincsenek riboszómák, ezért membránjai sima vagy letisztult tubulusnak tűnnek a mikroszkóp alatt.
Ennek azért van értelme, mert az endoplazmatikus retikulum ezen része lipideket vagy zsírokat épít, nem pedig fehérjéket, és ezért nincs szüksége riboszómákra. Ezek a lipidek lehetnek zsírsavak, foszfolipidek és koleszterin molekulák.
Foszfolipidekre és koleszterinre van szükség a plazmamembránok felépítéséhez a sejtben.
A SER lipidhormonokat termel, amelyek szükségesek a endokrin rendszer.
Ide tartoznak a koleszterinből előállított szteroid hormonok, például az ösztrogén és a tesztoszteron. A SER fő szerepe miatt a hormontermelésben a sok szteroidhormont igénylő sejtek, például a herékben és a petefészkekben, hajlamosak több sejtes ingatlant szentelni a SER-nek.
A SER részt vesz az anyagcserében és a méregtelenítésben is. Mindkét folyamat a májsejtekben történik, így a májszövetekben általában nagyobb a SER-tartalom.
Amikor a hormonjelek azt jelzik, hogy az energiatárolók alacsonyak, vese- és májsejtek nevű energiatermelő utat kezdik meg glükoneogenezis.
Ez a folyamat nem szénhidrátforrásokból hozza létre a fontos energiaforrás glükózt a sejtben. A májsejtekben található SER ezen májsejteknek is segít eltávolítani a méreganyagokat. Ehhez a SER megemészti a veszélyes vegyület egyes részeit, hogy vízoldhatóvá tegye, így a test a vizelettel ürítheti a toxint.
A szarkoplazmatikus retikulum az izomsejtekben
Az endoplazmatikus retikulum egy nagyon speciális formája jelenik meg egyesekben izomsejtek, hívták myocyták. Ez a forma, az úgynevezett szarkoplazmatikus retikulum, általában a szív (szív) és a vázizomsejtekben található meg.
Ezekben a sejtekben az organellum kezeli a kalciumionok egyensúlyát, amelyet a sejtek az izomrostok ellazítására és összehúzására használnak. A tárolt kalciumionok felszívódnak az izomsejtekbe, miközben a sejtek ellazulnak, és közben felszabadulnak az izomsejtekből izomösszehúzódás. A szarkoplazmatikus retikulummal kapcsolatos problémák súlyos orvosi problémákhoz vezethetnek, beleértve a szívelégtelenséget is.
A kibontott fehérje válasz
Már tudja, hogy az endoplazmatikus retikulum a fehérjeszintézis és a hajtogatás része.
A megfelelő fehérje-hajtogatás elengedhetetlen a munkájukat helyesen teljesítő fehérjék előállításához, és mint korábban említettük, a rossz hajtogatás a fehérjék nem megfelelő működését okozhatja, vagy egyáltalán nem működik, ami súlyos orvosi állapotokhoz vezethet, például a 2-es típushoz cukorbetegség.
Emiatt az endoplazmatikus retikulumnak biztosítania kell, hogy az endoplazmatikus retikulumból csak a megfelelően összehajtott fehérjék szállíthatók a Golgi készülékbe csomagolás és szállítás céljából.
Az endoplazmatikus retikulum az úgynevezett mechanizmus révén biztosítja a fehérje minőségének ellenőrzését kibontakozott fehérjeválasz, vagy UPR.
Ez alapvetően nagyon gyors sejtjelzés, amely lehetővé teszi az RER számára, hogy kommunikáljon a sejtmaggal. Amikor a kibontott vagy rosszul kibontott fehérjék felhalmozódni kezdenek az endoplazmatikus retikulum lumenében, az RER kiváltja a kibontakozott fehérje választ. Ez három dolgot tesz:
- Jelzi a magot lassítsa a fehérjeszintézis sebességét korlátozásával a riboszómákhoz fordításra kiküldött hírvivő molekulák számát.
- A kibontakozott fehérjeválasz emeli az endoplazmatikus retikulum képességét is a fehérjéket hajtja és lebontja a rosszul összehajtott fehérjéket.
- Ha ezen lépések egyike sem oldja meg a fehérje halmozódását, akkor a kibontott fehérje válasz hibabiztonságot is tartalmaz. Ha minden más kudarcot vall, az érintett sejtek önpusztítanak. Ez programozott sejthalál, más néven apoptózis, és ez az utolsó lehetőség, amelyet a sejtnek minimalizálnia kell a kibontott vagy rosszul összehajtott fehérjék által okozott károkért.
ER forma
Az ER alakja függ a funkcióitól, és szükség szerint megváltozhat.
Például a RER lapok rétegeinek növelése segít egyes sejtek nagyobb számú fehérje kiválasztásában. Ezzel szemben az olyan sejtek, mint az idegsejtek és az izomsejtek, amelyek nem választanak ki annyi fehérjét, több SER tubulussal rendelkezhetnek.
A perifériás ER, amely az a rész, amely nem kapcsolódik a nukleáris burkolathoz, szükség szerint akár áthelyezhető.
Ennek okai és mechanizmusai a kutatás tárgyát képezik. Ez magában foglalhatja a SER tubulusok csúsztatását a mikrotubulusok a citoszkeleton, az ER-t más organellák és még az ER tubulusok gyűrűi mögé húzva, amelyek kis motorokként mozognak a sejt körül.
Az ER alakja egyes sejtfolyamatok során is változik, mint pl mitózis.
A tudósok még vizsgálják, hogyan zajlanak le ezek a változások. A fehérjék egy komplementere fenntartja az ER organelle általános alakját, beleértve a lapok és tubulusok stabilizálását, és segít meghatározni az RER és SER relatív mennyiségét egy adott sejtben.
Ez egy fontos kutatási terület az ER és a betegség közötti kapcsolat iránt érdeklődő kutatók számára.
ER és emberi betegség
A fehérje hibás hajtogatása és az ER stressz, beleértve a gyakori UPR aktiválásból eredő stresszt is, hozzájárulhat az emberi betegség kialakulásához. Ezek lehetnek a cisztás fibrózis, a 2-es típusú cukorbetegség, az Alzheimer-kór és a spasztikus paraplegia.
Vírusok eltérítheti az ER-t is, és a fehérjeépítő mechanizmust felhasználhatja a vírusfehérjék felszámolására.
Ez megváltoztathatja az ER alakját, és megakadályozhatja, hogy a sejt normál funkcióit betöltse. Egyes vírusok, például a dengue és a SARS, védő kettős hártyás vezikulákat hoznak létre az ER membrán belsejében.