Endoplazminis retikulas (šiurkštus ir lygus): struktūra ir funkcija (su schema)

Vienas iš paprasčiausių būdų suprasti. Struktūras ir funkcijas organelės ląstelėje ir visos ląstelės biologijoje - jas palyginti su realaus pasaulio daiktais.

Pavyzdžiui, prasminga apibūdinti Goldžio kompleksas kaip pakavimo įmonė ar paštas, nes jos vaidmuo yra priimti, modifikuoti, rūšiuoti ir išsiųsti ląstelių krovinius.

Golgi kūno kaimyno organelė, endoplazminis Tinklelis, geriausiai suprantama kaip ląstelės gamybos įmonė. Ši organelių gamykla sukuria biomolekules, reikalingas visiems gyvenimo procesams. Tai apima baltymus ir lipidus.

Jūs tikriausiai jau žinote, kaip svarbu membranos eukariotinės ląstelės; endoplazminis tinklas, apimantis ir šiurkštus endoplazminis tinklas ir lygus endoplazminis tinklas, užima daugiau nei pusę gyvūnų ląstelėse esančio nekilnojamojo turto.

Sunku būtų perdėti, kiek ši membraninė, biomolekules kurianti organelė yra svarbi ląstelei.

Pirmieji mokslininkai, stebėję endoplazminį tinklą - imdami pirmąją ląstelės elektroninę mikrografiją - buvo nustebinti endoplazminio tinklo išvaizdos.

Albertui Claude'ui, Ernestui Fullmanui ir Keithui Porteriui organelė atrodė „nėriniuota“ dėl savo klosčių ir tuščių vietų. Šiuolaikiniai stebėtojai labiau apibūdina endoplazminio tinklelio išvaizdą kaip sulankstytą juostelę ar net juostos saldainius.

Ši unikali struktūra užtikrina, kad endoplazminis tinklas galėtų atlikti svarbius vaidmenis ląstelėje. Endoplazminis tinklas geriausiai suprantamas kaip ilgasis fosfolipidinė membrana atlenktas ant savęs, kad sukurtų jam būdingą labirintą.

Kitas mąstymo būdas apie endoplazminio tinklo struktūrą yra plokščių maišelių ir vamzdelių tinklas, sujungtas viena membrana.

Ši sulankstyta fosfolipidinė membrana formuoja vingius, vadinamus cisternae. Šie plokšti fosfolipidinės membranos diskai atrodo sukrauti, žiūrėdami į endoplazminio tinklo skerspjūvį galingu mikroskopu.

Iš pažiūros tušti tarpai tarp šių maišelių yra tokie pat svarbūs, kaip ir pati membrana.

Šios sritys vadinamos spindis. Vidinės erdvės, sudarančios liumeną, yra pilnos skysčio ir dėl sulankstymo padidina organelės bendrą plotą, iš tikrųjų sudaro apie 10 procentų ląstelės viso tūrio.

Endoplazminiame tinkle yra du pagrindiniai skyriai, pavadinti dėl jų išvaizdos: šiurkštus endoplazminis tinklas ir lygus endoplazminis tinklas.

Šių organelės sričių struktūra atspindi jų ypatingus vaidmenis ląstelėje. Po mikroskopo lęšiu grubios endoplazminės membranos fosfolipidinė membrana atrodo padengta taškais ar iškilimais.

Šitie yra ribosomos, kurie šiurkščiam endoplazminiam tinklui suteikia nelygų ar šiurkštų faktūrą (taigi ir jo pavadinimą).

Šios ribosomos iš tikrųjų yra atskiri organeliai iš endoplazminio tinklo. Didelis jų skaičius (iki milijonų!) Lokalizuojasi grubiame endoplazminio tinklo paviršiuje, nes yra gyvybiškai svarbūs jo darbui, ty baltymų sintezei. RER egzistuoja kaip sukrauti lakštai, kurie susisuka, su spiralės formos kraštais.

Kita endoplazminio tinklo pusė - lygusis endoplazminis tinklas - atrodo visai kitaip.

Nors šioje organelės dalyje vis dar yra sulankstytos, į labirintą panašios cisternos ir skysčiu užpildytas spindis, ši fosfolipidinės membranos pusė atrodo lygi arba aptaki, nes lygiajame endoplazminiame tinkle nėra ribosomos.

Ši endoplazminio tinklo dalis sintetinama lipidai geriau nei baltymai, todėl tam nereikia ribosomų.

Šiurkštus endoplazminis tinklas arba RER savo vardą gauna dėl būdingos šiurkščios ar dygliuotos išvaizdos dėl jo paviršių dengiančių ribosomų.

Nepamirškite, kad visas endoplazminis tinklas veikia kaip „A“ gamykla gyvenimui reikalingų biomolekulių, pavyzdžiui, baltymai ir lipidai. RER yra gamyklos skyrius, skirtas gaminti tik baltymus.

Kai kurie iš RER gaminamų baltymų amžinai liks endoplazminiame tinkle.

Dėl šios priežasties mokslininkai šiuos baltymus vadina baltymų rezidentai. Kiti baltymai bus modifikuojami, rūšiuojami ir gabenami į kitas ląstelės sritis. Tačiau daugelis baltymų, pastatytų RER, yra pažymėti sekrecijai iš ląstelės.

Tai reiškia, kad po modifikavimo ir rūšiavimo šie sekreciniai baltymai per pūslelių transporterį keliaus per ląstelės membrana darbams už kameros ribų.

RER vieta ląstelėje taip pat yra svarbi jos funkcijai.

RER yra visai šalia branduolys kameros. Tiesą sakant, endoplazminio tinklo fosfolipidinė membrana iš tikrųjų užsikabina su branduolį juosiančia membranos barjera, vadinama branduolinis apvalkalas arba branduolio membrana.

Šis griežtas susitarimas užtikrina, kad RER gautų genetinę informaciją, kurios reikia baltymams sukurti iš branduolio.

Tai taip pat leidžia RER signalizuoti apie branduolį, kai baltymų kaupimasis ar baltymų lankstymasis nesiseka. Dėl greta esančio grubaus endoplazminio tinklo tinklas gali tiesiog iššauti pranešimą branduoliui, kad sulėtėtų gamyba, o RER pasivijo atsilikimą.

Baltymų sintezė paprastai veikia taip: kiekvienos ląstelės branduolyje yra visas DNR rinkinys.

Ši DNR yra tarsi projektas, kurį ląstelė gali panaudoti molekulėms, pavyzdžiui, baltymams, kurti. Ląstelė perduoda genetinę informaciją, reikalingą vienam baltymui statyti iš branduolio į ribosomas RER paviršiuje. Mokslininkai vadina šį procesą transkripcija nes ląstelė perrašo arba nukopijuoja šią informaciją iš pirminės DNR naudodama pasiuntinius.

Prie RER pritvirtintos ribosomos priima pasiuntinius, nešiojančius perrašytą kodą, ir naudojasi ta informacija specialių grandinių sudarymui. amino rūgštys.

Šis žingsnis vadinamas vertimas nes ribosomos nuskaito „Messenger“ duomenų kodą ir naudoja jį nuspręsdami dėl jų sudaromos grandinės aminorūgščių eilės.

Šios aminorūgščių eilutės yra pagrindiniai baltymų vienetai. Galų gale šios grandinės susisuks į funkcinius baltymus ir galbūt net gaus etiketes ar modifikacijas, kad padėtų jiems atlikti savo darbą.

Baltymų lankstymas paprastai vyksta RER interjere.

Šis žingsnis suteikia baltymams unikalią trimatę formą, vadinamą jos konformacija. Baltymų lankstymas yra labai svarbus, nes daugelis baltymų sąveikauja su kitomis molekulėmis, naudodamiesi savo unikalia forma, kad jungtųsi kaip raktas, pritvirtinamas prie spynos.

Netinkamai sulankstyti baltymai gali tinkamai neveikti, o šis sutrikimas gali sukelti net žmonių ligas.

Pavyzdžiui, mokslininkai dabar mano, kad baltymų lankstymo problemos gali sukelti sveikatos sutrikimus, pavyzdžiui, 2 tipo diabetas, cistinė fibrozė, pjautuvinė ląstelių liga ir neurodegeneracinės problemos, tokios kaip Alzheimerio liga ir Parkinsono liga. liga.

Fermentai yra baltymų klasė, dėl kurios ląstelėje įmanomos cheminės reakcijos, įskaitant tuos procesus, susijusius su metabolizmu, kuris yra būdas, kuriuo ląstelė pasiekia energiją.

Lizosominiai fermentai padeda ląstelei suskaidyti nepageidaujamą ląstelių turinį, pvz., Senus organelius ir netinkamai sulankstytus baltymus, kad suremontuotų ląstelę ir panaudotų atliekų energiją.

Membraniniai baltymai ir signaliniai baltymai padeda ląstelėms bendrauti ir dirbti kartu. Kai kuriems audiniams reikia nedaug baltymų, o kitiems - daug. Šie audiniai paprastai skiria daugiau vietos RER nei kiti audiniai, kurių baltymų sintezės poreikis yra mažesnis.

•••Mokslo

Lygia endoplazminiame tinkle arba SER trūksta ribosomų, todėl jo membranos mikroskopu atrodo kaip lygios arba aptakios kanalėlės.

Tai yra prasminga, nes ši endoplazminio tinklo dalis sukuria lipidus arba riebalus, o ne baltymus, todėl jai nereikia ribosomų. Šie lipidai gali būti: riebalų rūgštys, fosfolipidai ir cholesterolio molekulės.

Fosfolipidai ir cholesterolis reikalingi plazmos membranų statybai ląstelėje.

SER gamina lipidinius hormonus, kurie yra būtini tinkamam BRO funkcionavimui endokrininė sistema.

Tai apima steroidinius hormonus, pagamintus iš cholesterolio, tokius kaip estrogenas ir testosteronas. Dėl pagrindinio SER vaidmens hormonų gamyboje ląstelės, kurioms reikia daug steroidinių hormonų, pavyzdžiui, sėklidėse ir kiaušidėse, yra linkusios SER skirti daugiau korinio nekilnojamojo turto.

SER taip pat dalyvauja metabolizme ir detoksikacijoje. Abu šie procesai vyksta kepenų ląstelėse, todėl kepenų audiniuose dažniausiai būna daugiau SER.

Kai hormonų signalai rodo, kad energijos atsargų yra mažai, inkstų ir kepenų ląstelės pradėti energijos gamybos kelią, vadinamą gliukoneogenezė.

Šis procesas sukuria svarbų energijos šaltinį gliukozę iš ląstelių ne angliavandenių šaltinių. Kepenų ląstelių SER taip pat padeda toms kepenų ląstelėms pašalinti toksinus. Norėdami tai padaryti, SER suvirškina pavojingo junginio dalis, kad jis būtų tirpus vandenyje, kad organizmas galėtų išskirti toksiną per šlapimą.

Kai kuriuose pasirodo labai specializuota endoplazminio tinklo forma raumenų ląstelės, paskambino miocitai. Ši forma, vadinama sarkoplazminis tinklas, paprastai yra širdies (širdies) ir griaučių raumenų ląstelėse.

Šiose ląstelėse organelė valdo kalcio jonų, kuriuos ląstelės naudoja raumenų skaiduloms atsipalaiduoti ir susitraukti, pusiausvyrą. Laikomi kalcio jonai absorbuojasi į raumenų ląsteles, o ląstelės atsipalaiduoja ir išsiskiria iš raumenų ląstelių raumenų susitraukimas. Sarkoplazminio tinklo problemos gali sukelti rimtų medicininių problemų, įskaitant širdies nepakankamumą.

Jūs jau žinote, kad endoplazminis tinklas yra baltymų sintezės ir sulankstymo dalis.

Tinkamas baltymų lankstymas yra labai svarbus norint gaminti baltymus, kurie gali tinkamai atlikti savo darbą, ir, kaip minėta anksčiau, neteisingai sulankstyti gali sukelti baltymų netinkamą funkcionavimą arba visai neveikti, o tai gali sukelti rimtų sveikatos sutrikimų, pavyzdžiui, 2 tipo diabetas.

Dėl šios priežasties endoplazminis tinklas turi užtikrinti, kad tik teisingai sulankstyti baltymai transportuotų iš endoplazminio tinklo į „Golgi“ aparatą pakavimui ir gabenimui.

Endoplazminis tinklas užtikrina baltymų kokybės kontrolę per mechanizmą, vadinamą išskleistas baltymų atsakasarba UPR.

Iš esmės tai yra labai greitas ląstelių signalizavimas, leidžiantis RER susisiekti su ląstelės branduoliu. Kai išsiskleidę ar netinkamai išsiskleidę baltymai pradeda kauptis endoplazminio tinklo spindyje, RER sukelia išsiskleidusio baltymo atsaką. Tai daro tris dalykus:

1. Tai signalizuoja branduolį sulėtinti baltymų sintezės greitį ribojant pasiuntinių molekulių, išsiųstų į ribosomas versti, skaičių.
2. Išskleistas baltymų atsakas taip pat padidina endoplazminio tinklo gebėjimą sulenkia baltymus ir suardo netinkamai sulankstytus baltymus.
3. Jei nė vienas iš šių žingsnių neišsprendžia baltymų kaupimosi, išskleistame baltymo atsake taip pat yra nesaugus. Jei visa kita nepavyks, paveiktos ląstelės savaime sunaikins. Tai yra užprogramuota ląstelių mirtis, dar vadinama apoptozė, ir tai yra paskutinė galimybė, kurią ląstelė turi sumažinti bet kokią žalą, kurią gali sukelti atsiskleidę ar netinkamai sulankstyti baltymai.

ER forma susijusi su jo funkcijomis ir gali prireikus keistis.

Pavyzdžiui, padidinus RER lakštų sluoksnius, kai kurios ląstelės padeda išskirti daugiau baltymų. Ir atvirkščiai, ląstelėse, tokiose kaip neuronai ir raumenų ląstelės, kurios neišskiria tiek baltymų, gali būti daugiau SER kanalėlių.

The periferinis ER, kuri yra nesusijusi su branduolio apvalkalu, gali prireikus net perkelti.

Šios priežastys ir mechanizmai yra tyrimo objektas. Tai gali būti stumdomi SER kanalėliai palei mikrovamzdeliai iš citoskeletas, tempdamas ER už kitų organelių ir net ER kanalėlių žiedų, kurie juda aplink ląstelę kaip maži varikliai.

ER forma taip pat keičiasi kai kurių ląstelių procesų metu, pvz mitozė.

Mokslininkai vis dar tiria, kaip vyksta šie pokyčiai. Baltymų papildas palaiko bendrą ER organelės formą, įskaitant jos lakštų ir kanalėlių stabilizavimą ir padeda nustatyti santykinius RER ir SER kiekius tam tikroje ląstelėje.

Tai yra svarbi tyrimų sritis mokslininkams, besidomintiems ER ir ligos santykiais.

Netinkamas baltymų išsiskyrimas ir ER stresas, įskaitant stresą dėl dažno UPR aktyvavimo, gali prisidėti prie žmogaus ligų vystymosi. Tai gali būti cistinė fibrozė, 2 tipo cukrinis diabetas, Alzheimerio liga ir spazminė paraplegija.

Virusai taip pat gali užgrobti ER ir naudoti baltymų kūrimo mechanizmus, kad išnaikintų virusinius baltymus.

Tai gali pakeisti ER formą ir neleisti jai atlikti įprastų ląstelės funkcijų. Kai kurie virusai, tokie kaip dengė karštligė ir SARS, ER membranos viduje sukuria apsaugines dvigubos membranos pūsleles.