Che cos'è un'area specializzata del reticolo endoplasmatico?

Il reticolo endoplasmatico (ER) è un organello cellulare legato alla membrana la cui membrana è piegata in compartimenti piatti. Il reticolo endoplasmatico rugoso (RER) è un'area specializzata in cui ribosomi sono attaccati alle pieghe superficiali, conferendo al pronto soccorso un aspetto ruvido.

La presenza dei ribosomi fornisce al RER una capacità speciale e aggiuntiva di elaborare proteine ​​specifiche necessarie alla cellula. Le cellule che producono molte proteine ​​hanno un gran numero di ribosomi sul RER.

La membrana ER è una continuazione della membrana esterna del nucleo. La membrana ER collega diversi tubuli, o compartimenti, e il nucleo stesso. Il pronto soccorso è una fabbrica di proteine.

Laddove il RER e i suoi ribosomi sono specializzati nella sintesi e nell'elaborazione delle proteine, il resto del RE, chiamato reticolo endoplasmatico liscio (SER, che non ha ribosomi attaccati), produce lipidi e altre sostanze chimiche necessarie all'organismo, ai tessuti in cui si trovano le cellule e all'intero organismo.

Un modo di visualizzare il pronto soccorso è come una serie di scomparti chiusi e appiattiti collegati da piccole aperture. Un'apertura ad un'estremità è attaccata alla membrana nucleare esterna. Le pieghe appiattite danno al ER un'ampia superficie su cui svolgere le sue attività di sintesi chimica, e il l'interconnessione dei compartimenti consente alle sostanze chimiche prodotte di fluire liberamente verso il luogo in cui verranno utilizzate, lavorate o esportato.

I compartimenti appiattiti del reticolo endoplasmatico sono chiamati cisterne, e sono tutti completamente racchiusi dall'unica membrana esterna fortemente piegata. All'interno di ogni scomparto c'è il spazio cisterna, e i ribosomi sono attaccati all'esterno della membrana del RER.

Poiché i compartimenti sono tutti segmenti all'interno della singola membrana, sono interconnessi. Le sostanze chimiche sintetizzate in un compartimento possono fluire attraverso l'ER e tornare al nucleo. Quando il ribosomi producono proteine, le proteine ​​possono passare attraverso la membrana ER in uno dei compartimenti e migrare dove sono necessarie.

Come una fabbrica, il pronto soccorso produce ed elabora le sostanze chimiche necessarie alla cellula. La sua ampia superficie offre spazio per le reazioni chimiche e le pieghe che si estendono in aree remote della cellula ne fanno un percorso ideale per la distribuzione di proteine ​​e lipidi.

Riceve le sue istruzioni attraverso il acido ribonucleico messaggero (mRNA) dal nucleo agendo sui ribosomi. Se produce sostanze chimiche extra, può conservarle nelle cisterne fino a quando non sono necessarie.

La fabbrica ER ha diverse sezioni. L'ER liscio lavora per sintetizzare le sue sostanze chimiche sulla membrana ER stessa, mentre la funzione ER grezza è quella di elaborare le proteine ​​richieste.

Il RER ha i ribosomi che funzionano come linee di assemblaggio in miniatura per i loro prodotti. I prodotti chimici della membrana fungono da banchine di carico per consentire alle proteine ​​​​del ribosoma di entrare nel pronto soccorso. Altri meccanismi accettano le sostanze chimiche prodotte dal pronto soccorso e gestiscono la distribuzione in altre parti della cellula.

Alcuni dei prodotti della fabbrica vengono utilizzati dallo stesso pronto soccorso per la crescita e la riparazione o per produrre più ribosomi nel nucleo. Altre sostanze chimiche vengono inviate alla cellula da utilizzare per la crescita cellulare, divisione cellulare e riparazione delle membrane cellulari. Ancora altre sostanze chimiche sono necessarie da altre parti del corpo e l'ER della cellula le invia per essere secrete dalla cellula nel tessuto circostante o nel sistema circolatorio.

Come ogni fabbrica, il pronto soccorso produce da sé alcuni prodotti e ne fa consegnare altri. Alcuni ribosomi rimangono attaccati al RER mentre altri fluttuano liberamente nella cellula e si attaccano all'ER solo quando producono proteine ​​RER. Gli elementi costitutivi del prodotto chimico e l'energia necessaria devono essere disponibili e il prodotto finale deve essere spedito.

I passaggi tipici per una corretta funzione ER approssimativa includono quanto segue:

• Designazione del gene: La cellula decide quale proteina è necessaria e designa i geni corrispondenti del DNA cellulare da copiare.
  
• Trascrizione genica: I geni designati vengono trascritti su molecole di mRNA.
• Consegna delle istruzioni: Le molecole di mRNA escono dal nucleo e trovare ribosomi in grado di produrre la proteina necessaria.
• Produzione chimica: I ribosomi si attaccano al RER e utilizzano materie prime dal citosol cellulare per produrre una proteina secondo le istruzioni codificate.
• Consegna chimica: Quando il ribosoma sintetizza la proteina, questa viene trasferita nelle cisterne dell'ER e inviata dove è necessaria.

Quando i ribosomi ricevono le loro istruzioni dall'mRNA, prendono posizione sulla superficie esterna del RER e inviano la proteina prodotta nel RER per essere immagazzinata, consegnata o utilizzata.

Il acido desossiribonucleico (DNA) che contiene il codice genetico originale non può lasciare il nucleo ed è contenuto all'interno della membrana nucleare interna. L'mRNA copia i geni necessari per la produzione di sostanze chimiche specifiche. Può uscire dal nucleo attraverso speciali pori nella membrana nucleare interna e può quindi entrare nel citosol cellulare per fornire le istruzioni richieste.

Se le istruzioni sono per una proteina RER, l'mRNA si lega a un ribosoma. Il ribosoma segue le istruzioni e si attacca al RER.

Il DNA della cellula è una doppia elica di acidi nucleici. La molecola di mRNA viene assemblata secondo la sequenza amminoacidica in uno dei due filamenti. Quando l'mRNA raggiunge il ribosoma, le istruzioni dell'mRNA consentono la ricreazione della sequenza amminoacidica del DNA.

Il ribosoma può prendere blocchi di aminoacidi dal citosol cellulare e assemblarli nella sequenza corretta per formare proteine ​​complesse.

I ribosomi stessi sono costituiti da RNA ribosomiale e speciali proteine ​​ribosomiali. Un segmento del ribosoma legge le istruzioni dell'mRNA e un secondo segmento costruisce di conseguenza le catene proteiche.

I ribosomi legati alla membrana sono impegnati nella sintesi di proteine ​​designate per l'ER e convogliano il loro prodotto direttamente attraverso la membrana RER nelle cisterne RER. I ribosomi che producono proteine ​​non-RER possono rimanere liberi di fluttuare e rilasciare le loro proteine ​​nel citosol cellulare.

Quando un ribosoma fluttuante inizia a produrre una proteina destinata al RER, si attacca a uno speciale sito RER chiamato traslocon. Le proteine ​​RER contengono un segnale di targeting per far sapere al ribosoma dove andare.

Una speciale sequenza proteica dice al ribosoma che la proteina che sta sintetizzando è destinata al reticolo endoplasmatico. Si attacca a un traslocone, produce la quantità richiesta di proteine ​​e poi si stacca e inizia a produrre altre proteine ​​o rimane attaccato ma inattivo.

Quando i ribosomi si uniscono alla fabbrica di proteine ​​RER e fungono da linee di assemblaggio in miniatura, i prodotti che escono dalle linee non sono ancora pronti per l'uso. I ribosomi si sono attaccati al translocone e hanno sintetizzato le proteine ​​per il RER a causa della speciale sequenza di segnalazione che le proteine ​​contenevano. Il RER rimuove la sequenza di segnalazione dalle proteine ​​e le ripiega in modo che possano essere immagazzinate o spedite secondo necessità.

L'ER ha bisogno di alcune delle proteine ​​prodotte per il proprio uso. La membrana ER deve essere riparata e mantenuta, e la cellula potrebbe crescere e necessitare di più materiale ER.

Per mantenere una proteina di cui ha bisogno, l'ER attacca una nuova sequenza di segnalazione che designa la proteina come quella che rimarrà all'interno delle cisterne. Questi sono chiamati reticolo endoplasmatico proteine ​​residentie supportano la funzione del reticolo endoplasmatico.

Le proteine ​​non necessarie al pronto soccorso stesso vengono conservate nelle cisterne fino a quando non vengono inviate in uno dei tre luoghi:

• Il nucleo: La membrana esterna dell'ER continua come la membrana esterna del nucleo. Ciò significa che esiste un collegamento stretto e continuo che consente alle proteine ​​ER un facile accesso al nucleo.
• Fuori dalla cella: Le cellule con sintesi proteica ER attiva spesso secernono sostanze da utilizzare al di fuori della cellula.
  
• All'interno della cellula: La cellula stessa ha bisogno di alcune proteine ​​per la crescita e la riparazione.

Il nucleo ha bisogno di molti tipi diversi di proteine ​​per la copia del DNA, il mantenimento della membrana, la divisione cellulare e la creazione di ribosomi. Ha un accesso facile e rapido a queste proteine ​​attraverso il collegamento al pronto soccorso.

Le proteine ​​ER sono presenti all'interno del membrana esterna comune ER/nucleo ma al di fuori del membrana nucleare interna. Le proteine ​​selezionate possono entrare nel nucleo attraverso speciali pori nella membrana interna quando il nucleo ne ha bisogno.

Mentre il nucleo ha accesso diretto alle proteine ​​ER grazie al collegamento con la membrana esterna, il resto della cellula e i tessuti al di fuori della cellula necessitano di un meccanismo di trasporto per fornire sostanze chimiche ER. Se l'ER rilasciasse le sue sostanze chimiche nel citosol, reagirebbero con altre sostanze come l'ossigeno e perderebbero la loro efficacia.

Invece, il pronto soccorso invia le sue sostanze chimiche al resto della cellula e ad altri tessuti in contenitori speciali.

Il pronto soccorso ha sviluppato un metodo per garantire che le sostanze chimiche trattate e immagazzinate nel pronto soccorso arrivino invariate a destinazione. Un obiettivo comune per queste sostanze chimiche è il Apparato del Golgi, situato vicino all'ER nel citoplasma cellulare. L'apparato del Golgi assorbe le sostanze chimiche ER e le elabora ulteriormente, aggiungendo sequenze di segnali che identificano gli obiettivi e le posizioni in cui sono necessarie le sostanze chimiche.

Questa distribuzione di sostanze chimiche avviene all'interno vescicole formato dall'ER e dall'apparato di Golgi.

Ad esempio, dopo che una proteina è stata sintetizzata da un ribosoma attaccato al RER, viene ulteriormente elaborata nell'ER e quindi migra nel reticolo endoplasmatico liscio. L'ER liscio forma una tasca con la sua membrana, inserisce la proteina all'interno e stacca il pacchetto dall'ER come una vescicola indipendente e completamente chiusa.

La vescicola viaggia tipicamente all'apparato del Golgi dove la proteina riceve un tag con il suo bersaglio. Se la proteina è necessaria all'interno della cellula, la vescicola la consegna a un altro organello come il mitocondri o un lisosoma. La vescicola può unirsi alla membrana esterna dell'organello e rilasciare la proteina all'interno dell'organello.

Se la proteina è necessaria all'esterno della cellula, la vescicola viaggia verso la membrana cellulare esterna, si unisce alla membrana e rilascia la proteina all'esterno. L'effetto è che la cellula secerne la proteina nel tessuto circostante.

Mentre alcune cellule specializzate come le cellule del sangue non hanno né un nucleo né un RE, la maggior parte delle cellule negli organismi complessi hanno bisogno dell'ER per gestire l'elaborazione della proteina RER e la sintesi lipidica regolare dell'ER che sono essenziali per la cellula sopravvivenza.

procariotico le cellule, come i batteri, non hanno un ER, ma funzionano a un livello molto più semplice, con sostanze chimiche che vengono sintetizzate e rilasciate nel citoplasma cellulare generale. eucariotico le cellule, come quelle che si trovano negli animali, richiedono la complessa funzionalità del pronto soccorso per svolgere le loro operazioni specializzate.