ერთ – ერთი უმარტივესი გზაა სტრუქტურისა და ფუნქციების გასაგებად ორგანელები მოთავსებულია უჯრედში - და მთლიანად უჯრედის ბიოლოგიაში - მათი შედარება რეალურ სამყაროსთან.
მაგალითად, აზრი აქვს აღწეროს გოლჯის აპარატი როგორც შეფუთვის ქარხანა ან ფოსტა, რადგან მისი როლი არის უჯრედის ტვირთის მიღება, შეცვლა, დალაგება და გაგზავნა.
გოლჯის სხეულის მეზობელი ორგანული, ენდოპლაზმურ ბადეში, საუკეთესოდ გაგებულია, როგორც უჯრედის წარმოების ქარხანა. ეს ორგანოს ქარხანა აშენებს ბიომოლეკულებს, რომლებიც საჭიროა ცხოვრების ყველა პროცესისთვის. ეს მოიცავს ცილებს და ლიპიდებს.
ალბათ უკვე იცით რამდენად მნიშვნელოვანია მემბრანები ეუკარიოტული უჯრედები; ენდოპლაზმური ბადე, რომელიც მოიცავს როგორც უხეში ენდოპლაზმური ბადე და გლუვი ენდოპლაზმური ბადე, ცხოველის უჯრედებში მემბრანის უძრავი ქონების ნახევარზე მეტს იკავებს.
ძნელი იქნება იმის გაზვიადება, თუ რამდენად მნიშვნელოვანია უჯრედისთვის ეს მემბრანული, ბიომოლეკულას შემქმნელი ორგანოლელი.
ენდოპლაზმური ქსელის სტრუქტურა
პირველი მეცნიერები, რომლებმაც დააკვირდნენ ენდოპლაზმურ ბადეს - უჯრედის პირველი ელექტრონული მიკროგრაფიის აღებისას - გაოცდნენ ენდოპლაზმური ბადეების გამოჩენით.
ალბერტ კლოდისთვის, ერნესტ ფულმანისთვის და კიტ პორტერისთვის, ორგანლე ”მაქმანებს ჰგავდა” თავისი ნაკეცებისა და ცარიელი ადგილების გამო. თანამედროვე დამკვირვებლები უფრო ხშირად აღწერენ ენდოპლაზმური ბადეების გარეგნობას ისე, როგორც დაკეცილი ლენტი ან თუნდაც ლენტიანი კანფეტი.
ეს უნიკალური სტრუქტურა უზრუნველყოფს ენდოპლაზმურ ბადეს, რომ შეუძლია შეასრულოს მნიშვნელოვანი როლები უჯრედში. ენდოპლაზმური ბადე უკეთესად არის გაგებული, როგორც გრძელი ფოსფოლიპიდური მემბრანა ჩამოყარა თავს და შექმნა თავისი დამახასიათებელი ლაბირინთის მსგავსი სტრუქტურა.
ენდოპლაზმური ბადეების სტრუქტურაზე ფიქრის კიდევ ერთი გზაა, როგორც ბრტყელი ტომრებისა და მილების ქსელი, რომლებიც დაკავშირებულია ერთი გარსით.
ეს დაკეცილი ფოსფოლიპიდური მემბრანა ქმნის მოსახვევებს, ე.წ. ცისტერნა. ფოსფოლიპიდური მემბრანის ეს ბრტყელი დისკები ერთმანეთზეა განლაგებული, როდესაც ენდოპლაზმური ქსელის ჯვარედინი მონაკვეთს უყურებენ ძლიერი მიკროსკოპით.
ამ ჩანთებს შორის ერთი შეხედვით ცარიელი ადგილები ისეთივე მნიშვნელოვანია, როგორც თავად მემბრანა.
ამ ტერიტორიებს ეწოდება სანათური. შიდა სივრცეები, რომლებიც ქმნიან სანათურს, სავსეა სითხით და დასაკეცი გზით ზრდის ორგანელის მთელ ზედაპირს, სინამდვილეში უჯრედის 10 პროცენტს შეადგენს საერთო მოცულობა.
ორი სახის ER
ენდოპლაზმური ბადე შეიცავს ორ მთავარ განყოფილებას, რომელთა სახელებია მათი გარეგნობა: უხეში ენდოპლაზმური ბადე და გლუვი ენდოპლაზმური ბადე.
ორგანოს ამ უბნების სტრუქტურა ასახავს მათ განსაკუთრებულ როლს უჯრედში. მიკროსკოპის ობიექტივში უხეში ენდოპლაზმური მემბრანის ფოსფოლიპიდური მემბრანა წერტილებში ან მუწუკებშია დაფარული.
Ესენი არიან რიბოსომები, რომლებიც უხეშ ენდოპლაზმურ ბადეს აძლევს უხეშ ან უხეში ტექსტურას (და შესაბამისად, მისი სახელიც).
ეს რიბოსომები სინამდვილეში ცალკეული ორგანელებია ენდოპლაზმური ბადისგან. მათი დიდი რაოდენობა (მილიონამდე!) ლოკალიზდება უხეში ენდოპლაზმური ბადის ზედაპირზე, რადგან ისინი სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია მისი სამუშაოსთვის, რაც არის ცილების სინთეზი. RER არსებობს როგორც შეფუთული ფურცლები, რომლებიც უვლიან ერთმანეთს, სპირალის ფორმის კიდეებით.
ენდოპლაზმური ბადის მეორე მხარე - გლუვი ენდოპლაზმური ბადე - საკმაოდ განსხვავებულად გამოიყურება.
მიუხედავად იმისა, რომ ორგანოს ამ მონაკვეთში ჯერ კიდევ არის დაკეცილი, ლაბირინთის მსგავსი ცისტერნები და სითხით სავსე სანათური, ფოსფოლიპიდური მემბრანის ეს მხარე გლუვი ან გლუვი ჩანს, რადგან გლუვი ენდოპლაზმური ბადე არ შეიცავს რიბოსომები.
ენდოპლაზმური ბადის ეს ნაწილი სინთეზირდება ლიპიდები ვიდრე ცილები, ამიტომ მას არ სჭირდება რიბოსომები.
უხეში ენდოპლაზმური ბადე (უხეში ER)
უხეში ენდოპლაზმური ბადე, ან RER, თავის სახელს ატარებს მისი დამახასიათებელი უხეში ან მკვდარი გარეგნობის გამო, რიბოსომების წყალობით, რომლებიც ფარავს მის ზედაპირს.
გახსოვდეთ, რომ მთელი ენდოპლაზმური ბადე მოქმედებს, როგორც ქარხნის ქარხანა სიცოცხლისთვის აუცილებელი ბიომოლეკულები, როგორიცაა ცილები და ლიპიდები. RER არის ქარხნის ის მონაკვეთი, რომელიც ეძღვნება მხოლოდ ცილების წარმოებას.
RER– ში წარმოებული ზოგიერთი ცილა სამუდამოდ დარჩება ენდოპლაზმურ ბადეში.
ამ მიზეზის გამო, მეცნიერები ამ ცილებს უწოდებენ რეზიდენტი ცილები. სხვა ცილები განიცდიან მოდიფიკაციას, დახარისხებას და გადაზიდვას უჯრედის სხვა ადგილებში. ამასთან, RER– ში ჩაშენებული ცილების დიდი რაოდენობა ეტიკეტირებულია უჯრედისგან სეკრეციისთვის.
ეს ნიშნავს, რომ მოდიფიკაციისა და დახარისხების შემდეგ, ეს გამომყოფი ცილები გადიან ვეზიკულების ტრანსპორტიორის საშუალებით უჯრედის მემბრანა საკნის გარეთ სამუშაოებისთვის.
RER– ის ადგილმდებარეობა უჯრედში ასევე მნიშვნელოვანია მისი ფუნქციონირებისთვის.
RER არის პირდაპირ მეზობლად ბირთვი უჯრედისა. სინამდვილეში, ენდოპლაზმური ბადის ფოსფოლიპიდური მემბრანა რეალურად უკავშირდება გარსის ბარიერს, რომელიც გარს უვლის ბირთვს, ე.წ. ატომური გარსი ან ბირთვული მემბრანა.
ეს მჭიდრო მოწყობა უზრუნველყოფს RER- ს იმ გენეტიკურ ინფორმაციას, რომელიც მას სჭირდება უშუალოდ ბირთვიდან ცილების შესაქმნელად.
ეს ასევე საშუალებას აძლევს RER- ს, მოახდინოს ბირთვის სიგნალი, როდესაც ცილა აშენდება ან ცილა იკეცება ცუდად. ახლო სიახლოვის წყალობით, უხეში ენდოპლაზმური ბადე შეიძლება უბრალოდ აგზავნის შეტყობინებას ბირთვში, რომ შეანელოთ წარმოება, ხოლო RER იკავებს უკანა რიცხვს.
ცილების სინთეზი Rough ER- ში
ცილების სინთეზი ზოგადად ასე მუშაობს: ყველა უჯრედის ბირთვი შეიცავს დნმ-ს სრულ შემადგენლობას.
ეს დნმ ჰგავს იმ გეგმას, რომელიც უჯრედს შეუძლია გამოიყენოს ცილების მსგავსი მოლეკულების შესაქმნელად. უჯრედი გადასცემს გენეტიკურ ინფორმაციას, რომელიც საჭიროა ერთი ცილის შესაქმნელად ბირთვიდან RER ზედაპირის რიბოსომებზე. მეცნიერები ამ პროცესს უწოდებენ ტრანსკრიფცია რადგან უჯრედი ახდენს ამ ინფორმაციის გადაწერას ან კოპირებას ორიგინალი დნმ-დან მესინჯერების გამოყენებით.
RER- ზე მიბმული რიბოსომები იღებენ მესინჯერებს, რომლებსაც აქვთ გადაწერილი კოდი და იყენებენ ამ ინფორმაციას სპეციფიკური ჯაჭვის შესაქმნელად ამინომჟავების.
ამ ნაბიჯს ეწოდება თარგმანი რადგან რიბოსომები კითხულობენ მესენჯერის მონაცემების კოდს და იყენებენ მათ ამ ჯაჭვის ამინომჟავების რიგის დასადგენად.
ამინომჟავების ეს სიმები ცილების ძირითადი ერთეულია. საბოლოოდ, ეს ჯაჭვები ფუნქციურ ცილებს გადაეყრება და შესაძლოა ეტიკეტები ან მოდიფიკაციებიც კი მიიღონ, რაც მათ სამუშაოს შესრულებაში დაეხმარება.
ცილების დასაკეცი უხეში ER
ცილების დასაკეცი ზოგადად ხდება RER– ის ინტერიერში.
ეს ეტაპი აძლევს ცილებს უნიკალურ სამგანზომილებიან ფორმას, რომელსაც უწოდებენ მას კონფორმაცია. ცილების დასაკეცი გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს, რადგან მრავალი ცილა ურთიერთქმედებს სხვა მოლეკულებთან მათი უნიკალური ფორმის გამოყენებით, რომ საკეტში ჩასმული გასაღებივით შეერთდეს.
არასწორად ჩამოყრილი ცილები შეიძლება არ იმუშაონ სწორად და ამ გაუმართაობამ შესაძლოა ადამიანის დაავადებაც კი გამოიწვიოს.
მაგალითად, ახლა მკვლევარები თვლიან, რომ ცილების დასაკეცი პრობლემები შეიძლება გამოიწვიოს ჯანმრთელობის დარღვევებით, მაგალითად, 2 ტიპის დიაბეტი, კისტოზური ფიბროზი, ნამგლისებრი უჯრედების დაავადება და ნეიროდეგენერაციული პრობლემები, როგორიცაა ალცჰეიმერის დაავადება და პარკინსონი. დაავადება.
ფერმენტები ცილების კლასია, რომლებიც უჯრედში ქიმიურ რეაქციებს აქცევს, მათ შორის მეტაბოლიზმში ჩართული პროცესების ჩათვლით, რაც უჯრედის ენერგიაზე მისვლის გზაა.
ლიზოსომული ფერმენტები ეხმარება უჯრედს უჯრედის არასასურველი შინაარსის დაშლაში, როგორიცაა ძველი ორგანელები და არასწორად დაკეცილი ცილები, უჯრედის აღსადგენად და ნარჩენების მასალის ენერგიის შესასრულებლად.
მემბრანის ცილები და სასიგნალო ცილები ხელს უწყობენ უჯრედებს კომუნიკაციას და ერთად მუშაობას. ზოგიერთ ქსოვილს მცირე რაოდენობით ცილები სჭირდება, ხოლო დანარჩენ ქსოვილებს - ბევრი. ეს ქსოვილები ჩვეულებრივ უფრო მეტ ადგილს უთმობენ RER– ს ვიდრე სხვა ქსოვილები, რომელთაც ნაკლებია ცილის სინთეზის საჭიროება.
•••მეცნიერება
გლუვი ენდოპლაზმური ბადე (Smooth ER)
გლუვი ენდოპლაზმური ბადე, ან SER, არ აქვს რიბოსომები, ამიტომ მისი მემბრანა მიკროსკოპის ქვეშ გლუვ ან გლუვ მილაკებს ჰგავს.
ამას აზრი აქვს, რადგან ენდოპლაზმური ბადის ეს ნაწილი ცილებს კი არა ლიპიდებს ან ცხიმებს აშენებს და, ამრიგად, რიბოზომები არ სჭირდება. ეს ლიპიდები შეიძლება შეიცავდეს ცხიმოვანი მჟავები, ფოსფოლიპიდები და ქოლესტერინის მოლეკულები.
ფოსფოლიპიდები და ქოლესტერინი საჭიროა უჯრედში პლაზმური მემბრანის ასაშენებლად.
SER აწარმოებს ლიპიდურ ჰორმონებს, რომლებიც აუცილებელია ჯირკვლის ნორმალური ფუნქციონირებისთვის ენდოკრინული სისტემა.
ეს მოიცავს სტეროიდულ ჰორმონებს, რომლებიც მზადდება ქოლესტერინისგან, როგორიცაა ესტროგენი და ტესტოსტერონი. იმის გამო, რომ SER დიდ როლს ასრულებს ჰორმონის წარმოებაში, უჯრედები, რომლებიც საჭიროებენ უამრავ სტეროიდულ ჰორმონს, მაგალითად სათესლეებსა და საკვერცხეებში, უფრო მეტ ფიჭურ უძრავ ქონებას უთმობენ SER- ს.
SER ასევე მონაწილეობს მეტაბოლიზმსა და დეტოქსიკაციაში. ორივე ეს პროცესი ხდება ღვიძლის უჯრედებში, ამიტომ, ჩვეულებრივ, ღვიძლის ქსოვილებს SER– ის უფრო მეტი სიმრავლე აქვთ.
როდესაც ჰორმონების სიგნალები მიუთითებს, რომ ენერგიის მარაგი დაბალია, თირკმელები და ღვიძლის უჯრედები დაიწყოს ენერგიის წარმოების გზა, სახელწოდებით გლუკონეოგენეზი.
ეს პროცესი ქმნის ენერგიის მნიშვნელოვან წყაროს გლუკოზას უჯრედში არსებული ნახშირწყლების წყაროებიდან. SER ღვიძლის უჯრედებში ასევე ეხმარება ღვიძლის უჯრედებს ტოქსინების მოცილებაში. ამისათვის SER ითვისებს საშიში ნაერთის ნაწილებს, წყალში ხსნადს ქმნის, რომ სხეულს შეუძლია ტოქსინის გამოყოფა შარდის საშუალებით.
სარკოპლაზმური ბადე კუნთის უჯრედებში
ზოგში ენდოპლაზმური ბადის უაღრესად სპეციალიზებული ფორმა ჩანს კუნთების უჯრედები, მოუწოდა მიოციტები. ამ ფორმას, ე.წ. სარკოპლაზმული ბადე, ჩვეულებრივ გვხვდება გულის (გულის) და ჩონჩხის კუნთის უჯრედებში.
ამ უჯრედებში ორგანელა მართავს კალციუმის იონების ბალანსს, რომელსაც უჯრედები იყენებენ კუნთების ბოჭკოების დასასვენებლად და შეკუმშვისთვის. შენახული კალციუმის იონები შეიწოვება კუნთის უჯრედებში, ხოლო უჯრედები მოდუნებული არიან და კუნთის უჯრედებიდან გამოდიან კუნთების შეკუმშვა. სარკოპლაზმულ ბადესთან დაკავშირებულმა პრობლემებმა შეიძლება გამოიწვიოს სერიოზული სამედიცინო პრობლემები, მათ შორის გულის უკმარისობა.
გაშლილი ცილის რეაქცია
თქვენ უკვე იცით, რომ ენდოპლაზმური ბადე ცილების სინთეზისა და დასაკეცი ნაწილია.
პროტეინის სწორად დასაკეცი გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს იმ პროტეინების დამზადებას, რომლებსაც შეუძლიათ თავიანთი სამუშაოს სწორად შესრულება და, როგორც ადრე აღვნიშნეთ, არასწორად დასაკეცი შეიძლება გამოიწვიოს ცილების არასათანადო ფუნქციონირება ან საერთოდ არ იმუშაოს, რაც შეიძლება გამოიწვიოს სერიოზული სამედიცინო პირობები, როგორიცაა ტიპი 2 დიაბეტი
ამ მიზეზით, ენდოპლაზმურმა ბადემ უნდა უზრუნველყოს მხოლოდ სწორად დაკეცილი ცილების ტრანსპორტირება ენდოპლაზმური ბადედან გოლჯის აპარატში შეფუთვისა და გადაზიდვისთვის.
ენდოპლაზმური ბადე უზრუნველყოფს ცილების ხარისხის კონტროლს მექანიზმის საშუალებით, რომელსაც ეწოდება განვითარდა ცილის რეაქცია, ან UPR.
ეს ძირითადად არის ძალიან სწრაფი უჯრედის სიგნალიზაცია, რომელიც RER- ს საშუალებას აძლევს დაუკავშირდეს უჯრედის ბირთვს. როდესაც გაშლილი ან არასწორად გაშლილი ცილები დაიწყებენ გროვას ენდოპლაზმური ქსელის სანათურში, RER იწვევს გაშლილ ცილოვან რეაქციას. ეს აკეთებს სამ საქმეს:
- იგი ასახავს ბირთვს ანელებს ცილის სინთეზის სიჩქარეს რიბოსომებზე თარგმანისთვის გაგზავნილი მესინჯერის მოლეკულების რაოდენობის შეზღუდვით.
- გაშლილი ცილის რეაქცია ასევე ზრდის ენდოპლაზმური ბადეების შესაძლებლობას ჩამოყაროს ცილები და დეგრადირდება არასწორად დაკეცილი ცილები.
- თუ არცერთი ეს ნაბიჯი არ წყვეტს ცილის გროვას, გაშლილი ცილის რეაქცია ასევე შეიცავს გაუმართაობას. თუ ყველაფერი ვერ მოხერხდა, დაზარალებული უჯრედები თვითგანადგურდებიან. ეს არის დაპროგრამებული უჯრედის სიკვდილი, რომელსაც ასევე უწოდებენ აპოპტოზი, და ეს არის ბოლო ვარიანტი, რომელიც უჯრედს უნდა შეამციროს დაზიანებული ან არასწორად ჩამოყრილი ცილების დაზიანება.
ER ფორმა
ER ფორმა უკავშირდება მის ფუნქციებს და შეიძლება შეიცვალოს საჭიროებისამებრ.
მაგალითად, RER ფურცლების ფენების გაზრდა ზოგიერთ უჯრედს ეხმარება უფრო მეტი ცილის გამოყოფაში. და პირიქით, ისეთ უჯრედებში, როგორიცაა ნეირონები და კუნთების უჯრედები, რომლებიც არ გამოყოფენ ამდენ ცილებს, შეიძლება ჰქონდეთ მეტი SER მილაკები.
პერიფერიული ER, რომელიც არის ის ნაწილი, რომელიც არ არის დაკავშირებული ბირთვულ კონვერტთან, საჭიროებისამებრ შეუძლია გადაადგილებაც კი.
ამის მიზეზები და მექანიზმები კვლევის საგანია. ეს შეიძლება შეიცავდეს SER მოცულობის მილებს გასწვრივ მიკროტუბულები საქართველოს ციტოსკლეტი, გადაიტანეთ ER სხვა ორგანელებისა და კიდევ ER მილების რგოლების უკან, რომლებიც მცირე ძრავებივით მოძრაობენ უჯრედის გარშემო.
ER ფორმის ფორმა ასევე იცვლება უჯრედის ზოგიერთი პროცესის დროს, მაგალითად მიტოზი.
მეცნიერები დღემდე სწავლობენ როგორ ხდება ეს ცვლილებები. ცილების კომპლემენტი ინარჩუნებს ER ორგანოს საერთო ფორმას, მათ ფურცლებისა და მილაკების სტაბილიზაციასა და კონკრეტულ უჯრედში RER და SER– ის ფარდობითი რაოდენობის განსაზღვრაში.
ეს კვლევის მნიშვნელოვანი სფეროა მკვლევარებისთვის, რომლებიც დაინტერესებულნი არიან ER- ს და დაავადებას შორის კავშირით.
ER და ადამიანის დაავადება
ცილების არასწორად დასაკეცი და ER სტრესი, მათ შორის სტრესი ხშირი UPR გააქტიურებით, შეიძლება ხელი შეუწყოს ადამიანის დაავადების განვითარებას. ეს შეიძლება შეიცავდეს კისტოზურ ფიბროზს, ტიპის 2 დიაბეტს, ალცჰეიმერის დაავადებასა და სპასტიკურ პარაპლეგიას.
ვირუსები ასევე შეიძლება გაიტაცეს ER და გამოიყენოს ცილების შემქმნელი აპარატი ვირუსული ცილების გასანადგურებლად.
ამან შეიძლება შეცვალოს ER ფორმა და ხელი შეუშალოს უჯრედისთვის ნორმალური ფუნქციების შესრულებას. ზოგიერთი ვირუსი, როგორიცაა დენგუა და SARS, ქმნის დამცავი ორმაგი მემბრანული ვეზიკულები ER მემბრანის შიგნით.