Uno dei modi più semplici per comprendere le strutture e le funzioni del organelli ospitato all'interno di una cellula – e la biologia cellulare nel suo insieme – è confrontarli con le cose del mondo reale.
Ad esempio, ha senso descrivere il Apparato del Golgi come impianto di imballaggio o ufficio postale perché il suo ruolo è quello di ricevere, modificare, smistare e spedire il carico cellulare.
Organello vicino al corpo del Golgi, il reticolo endoplasmatico, è meglio inteso come impianto di produzione della cellula. Questa fabbrica di organelli costruisce le biomolecole necessarie per tutti i processi vitali. Questi includono proteine e lipidi.
Probabilmente sai già quanto siano importanti le membrane per cellule eucariotiche; il reticolo endoplasmatico, che comprende sia il reticolo endoplasmatico rugoso e reticolo endoplasmatico liscio, occupa più della metà della proprietà di membrana nelle cellule animali.
Sarebbe difficile esagerare quanto sia importante per la cellula questo organello membranoso che costruisce biomolecole.
Struttura del reticolo endoplasmatico
I primi scienziati ad osservare il reticolo endoplasmatico, mentre effettuavano la prima microfotografia elettronica di una cellula, furono colpiti dall'aspetto del reticolo endoplasmatico.
Per Albert Claude, Ernest Fullman e Keith Porter, l'organello sembrava "simile a un pizzo" a causa delle sue pieghe e degli spazi vuoti. È più probabile che gli osservatori moderni descrivano l'aspetto del reticolo endoplasmatico come un nastro piegato o persino una caramella a nastro.
Questa struttura unica assicura che il reticolo endoplasmatico possa svolgere i suoi ruoli importanti all'interno della cellula. Il reticolo endoplasmatico è meglio inteso come un lungo membrana fosfolipidica ripiegato su se stesso per creare la sua caratteristica struttura labirintica.
Un altro modo di pensare alla struttura del reticolo endoplasmatico è come una rete di sacchetti piatti e tubi collegati da un'unica membrana.
Questa membrana fosfolipidica ripiegata forma pieghe chiamate cisterne. Questi dischi piatti di membrana fosfolipidica appaiono impilati insieme quando si osserva una sezione trasversale del reticolo endoplasmatico sotto un potente microscopio.
Gli spazi apparentemente vuoti tra questi sacchetti sono importanti tanto quanto la membrana stessa.
Queste aree sono chiamate lume. Gli spazi interni che compongono il lume sono pieni di fluido e, grazie al modo di ripiegarsi aumenta la superficie complessiva dell'organello, in realtà costituisce circa il 10 percento della cellula volume totale.
Due tipi di ER
Il reticolo endoplasmatico contiene due sezioni principali, chiamate per il loro aspetto: la reticolo endoplasmatico rugoso e il reticolo endoplasmatico liscio.
La struttura di queste aree dell'organello riflette i loro ruoli speciali all'interno della cellula. Sotto la lente di un microscopio, la membrana fosfolipidica della membrana endoplasmatica ruvida appare ricoperta di punti o protuberanze.
Questi sono ribosomi, che conferiscono al reticolo endoplasmatico ruvido una trama irregolare o ruvida (e da qui il suo nome).
Questi ribosomi sono in realtà organelli separati dal reticolo endoplasmatico. Un gran numero (fino a milioni!) di essi si localizza sulla superficie ruvida del reticolo endoplasmatico perché sono vitali per il suo lavoro, che è la sintesi proteica. Il RER esiste come fogli impilati che si attorcigliano insieme, con bordi a forma di elica.
L'altro lato del reticolo endoplasmatico - il reticolo endoplasmatico liscio - sembra molto diverso.
Mentre questa sezione dell'organello contiene ancora le cisterne piegate e labirintiche e il lume pieno di liquido, la superficie del questo lato della membrana fosfolipidica appare liscio o liscio perché il reticolo endoplasmatico liscio non contiene ribosomi.
Questa porzione del reticolo endoplasmatico sintetizza lipidi piuttosto che proteine, quindi non richiede ribosomi.
Il reticolo endoplasmatico ruvido (RE ruvido)
Il reticolo endoplasmatico ruvido, o RER, prende il nome dal suo caratteristico aspetto ruvido o tempestato grazie ai ribosomi che ne ricoprono la superficie.
Ricorda che l'intero reticolo endoplasmatico agisce come un impianto di produzione per il for biomolecole necessarie per la vita, come proteine e lipidi. La RER è la sezione della fabbrica dedicata alla produzione di sole proteine.
Alcune delle proteine prodotte nel RER rimarranno per sempre nel reticolo endoplasmatico.
Per questo motivo, gli scienziati chiamano queste proteine proteine residenti. Altre proteine subiranno modifica, smistamento e spedizione ad altre aree della cellula. Tuttavia, un gran numero delle proteine costruite nel RER sono etichettate per la secrezione dalla cellula.
Ciò significa che dopo la modifica e l'ordinamento, queste proteine secretorie viaggeranno attraverso il trasportatore delle vescicole attraverso il membrana cellulare per lavori fuori cella.
Anche la posizione del RER all'interno della cellula è importante per la sua funzione.
La RER è proprio accanto al nucleo della cellula. La membrana fosfolipidica del reticolo endoplasmatico, infatti, si aggancia alla barriera di membrana che circonda il nucleo, detta membrana nucleare o membrana nucleare.
Questa stretta disposizione assicura che il RER riceva le informazioni genetiche necessarie per costruire le proteine direttamente dal nucleo.
Consente inoltre al RER di segnalare al nucleo quando la costruzione delle proteine o il ripiegamento delle proteine va storto. Grazie alla sua vicinanza, il reticolo endoplasmatico ruvido può semplicemente inviare un messaggio al nucleo per rallentare la produzione mentre il RER raggiunge l'arretrato.
Sintesi proteica nell'ER. grezzo
Sintesi proteica generalmente funziona così: il nucleo di ogni cellula contiene un set completo di DNA.
Questo DNA è come il progetto che la cellula può usare per costruire molecole come le proteine. La cellula trasferisce l'informazione genetica necessaria per costruire una singola proteina dal nucleo ai ribosomi sulla superficie del RER. Gli scienziati chiamano questo processo trascrizione perché la cellula trascrive, o copia, queste informazioni dal DNA originale usando messaggeri.
I ribosomi collegati al RER ricevono i messaggeri che trasportano il codice trascritto e utilizzano tali informazioni per creare una catena di specifici aminoacidi.
Questo passaggio si chiama traduzione perché i ribosomi leggono il codice dati sul messaggero e lo usano per decidere l'ordine degli amminoacidi nella catena che costruiscono.
Queste stringhe di amminoacidi sono le unità di base delle proteine. Alla fine, quelle catene si piegheranno in proteine funzionali e forse riceveranno anche etichette o modifiche per aiutarle a svolgere il loro lavoro.
Ripiegamento proteico nel ruvido ER
Il ripiegamento delle proteine avviene generalmente all'interno del RER.
Questo passaggio conferisce alle proteine una forma tridimensionale unica, chiamata its conformazione. Il ripiegamento delle proteine è cruciale perché molte proteine interagiscono con altre molecole usando la loro forma unica per connettersi come una chiave che si inserisce in una serratura.
Le proteine mal ripiegate potrebbero non funzionare correttamente e questo malfunzionamento può persino causare malattie umane.
Ad esempio, i ricercatori ora credono che i problemi con il ripiegamento delle proteine possano causare disturbi di salute come il tipo 2. diabete, fibrosi cistica, anemia falciforme e problemi neurodegenerativi come il morbo di Alzheimer e il Parkinson malattia.
Enzimi sono una classe di proteine che rendono possibili reazioni chimiche nella cellula, compresi quei processi coinvolti nel metabolismo, che è il modo in cui la cellula accede all'energia.
Gli enzimi lisosomiali aiutano la cellula a scomporre i contenuti cellulari indesiderati, come vecchi organelli e proteine mal ripiegate, al fine di riparare la cellula e sfruttare il materiale di scarto per la sua energia.
Le proteine di membrana e le proteine di segnalazione aiutano le cellule a comunicare e lavorare insieme. Alcuni tessuti hanno bisogno di un piccolo numero di proteine, mentre altri tessuti ne richiedono molte. Questi tessuti solitamente dedicano più spazio al RER rispetto ad altri tessuti con minori esigenze di sintesi proteica.
•••scienze
Il reticolo endoplasmatico liscio (RE liscio)
Il reticolo endoplasmatico liscio, o SER, è privo di ribosomi, quindi le sue membrane sembrano tubuli lisci o lucidi al microscopio.
Questo ha senso perché questa porzione del reticolo endoplasmatico costruisce lipidi, o grassi, piuttosto che proteine, e quindi non ha bisogno di ribosomi. Questi lipidi possono includere acidi grassi, fosfolipidi e molecole di colesterolo.
I fosfolipidi e il colesterolo sono necessari per la costruzione delle membrane plasmatiche nella cellula.
Il SER produce ormoni lipidici che sono necessari per il corretto funzionamento del sistema endocrino.
Questi includono ormoni steroidei a base di colesterolo, come estrogeni e testosterone. A causa del ruolo principale che il SER svolge nella produzione di ormoni, le cellule che richiedono molti ormoni steroidei, come quelle nei testicoli e nelle ovaie, tendono a dedicare più spazio cellulare al SER.
Il SER è anche coinvolto nel metabolismo e nella disintossicazione. Entrambi questi processi avvengono nelle cellule epatiche, quindi i tessuti epatici di solito hanno una maggiore abbondanza di SER.
Quando i segnali degli ormoni indicano che le riserve di energia sono basse, i reni e il cellule del fegato iniziare un percorso di produzione di energia chiamato gluconeogenesi.
Questo processo crea l'importante fonte di energia glucosio da fonti non carboidrati nella cellula. Il SER nelle cellule del fegato aiuta anche quelle cellule del fegato a rimuovere le tossine. Per fare ciò, il SER digerisce porzioni del composto pericoloso per renderlo solubile in acqua in modo che il corpo possa espellere la tossina attraverso l'urina.
Il reticolo sarcoplasmatico nelle cellule muscolari
Una forma altamente specializzata del reticolo endoplasmatico si manifesta in alcuni cellule muscolari, chiamato miociti. Questa forma, chiamata the reticolo sarcoplasmatico, si trova solitamente nelle cellule muscolari cardiache (cuore) e scheletriche.
In queste cellule, l'organello gestisce l'equilibrio degli ioni calcio che le cellule usano per rilassare e contrarre le fibre muscolari. Gli ioni di calcio immagazzinati assorbono nelle cellule muscolari mentre le cellule sono rilassate e rilasciano dalle cellule muscolari durante contrazione muscolare. I problemi con il reticolo sarcoplasmatico possono portare a gravi problemi medici, incluso l'insufficienza cardiaca.
La risposta proteica non ripiegata
Sai già che il reticolo endoplasmatico fa parte della sintesi e del ripiegamento delle proteine.
Il corretto ripiegamento delle proteine è fondamentale per produrre proteine in grado di svolgere correttamente il proprio lavoro e, come accennato in precedenza, il ripiegamento errato può far sì che le proteine funzionino in modo improprio o non funzionino affatto, portando eventualmente a gravi condizioni mediche come il tipo 2 diabete.
Per questo motivo il reticolo endoplasmatico deve garantire che solo le proteine correttamente ripiegate trasportino dal reticolo endoplasmatico all'apparato di Golgi per il confezionamento e la spedizione.
Il reticolo endoplasmatico garantisce il controllo della qualità delle proteine attraverso un meccanismo chiamato risposta proteica spiegata, o UPR.
Questa è fondamentalmente una segnalazione cellulare molto rapida che consente al RER di comunicare con il nucleo cellulare. Quando le proteine spiegate o mal ripiegate iniziano ad accumularsi nel lume del reticolo endoplasmatico, il RER innesca la risposta proteica non ripiegata. Questo fa tre cose:
- Segnala il nucleo a rallentare il tasso di sintesi proteica limitando il numero di molecole messaggere inviate ai ribosomi per la traduzione.
- La risposta proteica spiegata aumenta anche la capacità del reticolo endoplasmatico di ripiegare le proteine e degradare le proteine mal ripiegate.
- Se nessuno di questi passaggi risolve l'accumulo di proteine, anche la risposta proteica non ripiegata contiene un failsafe. Se tutto il resto fallisce, le cellule colpite si autodistruggeranno. Questa è la morte cellulare programmata, chiamata anche apoptosi, ed è l'ultima opzione che la cellula ha per ridurre al minimo qualsiasi danno che le proteine spiegate o mal ripiegate potrebbero causare.
Forma ER
La forma del pronto soccorso è correlata alle sue funzioni e può cambiare secondo necessità.
Ad esempio, l'aumento degli strati dei fogli RER aiuta alcune cellule a secernere un numero maggiore di proteine. Al contrario, cellule come i neuroni e le cellule muscolari che non secernono tante proteine possono avere più tubuli SER.
Il periferico ER, che è la parte non connessa con l'involucro nucleare, può anche traslocare secondo necessità.
Queste ragioni e meccanismi per questo sono oggetto di ricerca. Può includere tubuli SER scorrevoli lungo il microtubuli del citoscheletro, trascinando l'ER dietro altri organelli e persino anelli di tubuli ER che si muovono intorno alla cellula come piccoli motori.
La forma dell'ER cambia anche durante alcuni processi cellulari, come mitosi.
Gli scienziati stanno ancora studiando come avvengono questi cambiamenti. Un complemento di proteine mantiene la forma complessiva dell'organello ER, inclusa la stabilizzazione dei suoi fogli e tubuli e aiuta a determinare le quantità relative di RER e SER in una particolare cellula.
Questa è un'importante area di studio per i ricercatori interessati alla relazione tra il pronto soccorso e la malattia.
ER e malattie umane
Il misfolding delle proteine e lo stress ER, compreso lo stress da frequente attivazione dell'UPR, possono contribuire allo sviluppo della malattia umana. Questi possono includere la fibrosi cistica, il diabete di tipo 2, il morbo di Alzheimer e la paraplegia spastica.
virus può anche dirottare l'ER e utilizzare il macchinario per la costruzione di proteine per sfornare proteine virali.
Questo può alterare la forma dell'ER e impedirgli di svolgere le sue normali funzioni per la cellula. Alcuni virus, come la dengue e la SARS, producono vescicole protettive a doppia membrana all'interno della membrana del RE.