Endoplazmas retikulāts (raupjš un gluds): struktūra un funkcija (ar diagrammu)

Viens no vienkāršākajiem veidiem, kā izprast programmas struktūru un funkcijas organellas šūnā - un šūnu bioloģijā kopumā - ir jāsalīdzina tās ar reālās pasaules lietām.

Piemēram, ir jēga aprakstīt Golgi aparāts kā iepakošanas rūpnīca vai pasts, jo tās uzdevums ir saņemt, pārveidot, šķirot un nosūtīt šūnu kravas.

Golgi ķermeņa kaimiņu organelle, Endoplazmatiskais tīkls, vislabāk saprot kā šūnas ražotni. Šī organelle rūpnīca būvē biomolekulas, kas nepieciešamas visiem dzīves procesiem. Tie ietver olbaltumvielas un lipīdus.

Jūs droši vien jau zināt, cik svarīgas ir membrānas eikariotu šūnas; endoplazmatiskais tīklojums, kurā ietilpst gan raupja endoplazmas tīklene un gluds endoplazmatiskais tīklojums, aizņem vairāk nekā pusi no membrānas nekustamā īpašuma dzīvnieku šūnās.

Būtu grūti pārspīlēt, cik svarīga šī membrāniskā, biomolekulu veidojošā organelle ir šūnai.

Pirmos zinātniekus, kas novēroja endoplazmatisko retikulumu, vienlaikus uzņemot pirmo šūnu elektronu mikrogrāfiju, pārsteidza endoplazmatiskā retikuluma izskats.

Albertam Klodam, Ernestam Fulmanam un Kītam Porteram ērģeles izskatījās “mežģīnes līdzīgas” tās kroku un tukšo vietu dēļ. Mūsdienu novērotāji visticamāk raksturo endoplazmas retikuluma izskatu kā salocītu lenti vai pat lentes konfektes.

Šī unikālā struktūra nodrošina, ka endoplazmatiskais tīklojums var pildīt savas svarīgās lomas šūnā. Endoplazmas retikulumu vislabāk var saprast kā garu fosfolipīdu membrāna salocīts uz sevi, lai izveidotu raksturīgo labirintam līdzīgo struktūru.

Vēl viens domāšanas veids par endoplazmas tīkla struktūru ir plakanu maisiņu un cauruļu tīkls, ko savieno viena membrāna.

Šī salocītā fosfolipīdu membrāna veido izliekumus, ko sauc cisternae. Šie plakanie fosfolipīdu membrānas diski parādās sakrauti kopā, skatoties uz endoplazmas tīklojuma šķērsgriezumu zem jaudīga mikroskopa.

Šķietami tukšās vietas starp šiem maisiņiem ir tikpat svarīgas kā pati membrāna.

Šīs teritorijas sauc par lūmenu. Iekšējās telpas, kas veido lūmenu, ir pilnas ar šķidrumu, un, pateicoties locīšanas veidam palielina organeles kopējo virsmu, faktiski veido apmēram 10 procentus no šūnas kopējais apjoms.

Endoplazmatiskajā tīklā ir divas galvenās sekcijas, kuru nosaukums ir to izskats: raupja endoplazmas tīklene un gluds endoplazmatiskais tīklojums.

Šo organelle zonu struktūra atspoguļo to īpašās lomas šūnā. Zem mikroskopa lēcas raupjas endoplazmas membrānas fosfolipīdu membrāna šķiet pārklāta ar punktiem vai izciļņiem.

Šie ir ribosomas, kas raupjam endoplazmas retikulam piešķir nelīdzenu vai raupju struktūru (un līdz ar to arī tā nosaukumu).

Šīs ribosomas faktiski ir atsevišķi organoīdi no endoplazmas retikuluma. Liels skaits (līdz miljoniem!) No tiem lokalizējas uz aptuvenās endoplazmas retikuluma virsmas, jo tie ir vitāli svarīgi tā darbam, kas ir olbaltumvielu sintēze. RER pastāv kā sakrautas loksnes, kas savijas kopā, ar spirāles formas malām.

Endoplazmas retikuluma otra puse - gluda endoplazmatiskā tīklene - izskatās pavisam citādi.

Kaut arī šajā organellas daļā joprojām ir salocītas, labirintam līdzīgas cisterna un šķidruma pildīta lūmena virsma, šī fosfolipīda membrānas puse šķiet gluda vai gluda, jo gludā endoplazmatiskā tīklene nesatur ribosomas.

Šī endoplazmas retikuluma daļa sintezējas lipīdi nevis olbaltumvielas, tāpēc tam nav nepieciešamas ribosomas.

Rupjš endoplazmatiskais tīklojums jeb RER iegūst nosaukumu, pateicoties raksturīgajam raupjam vai radzēm, pateicoties ribosomām, kas pārklāj tās virsmu.

Atcerieties, ka viss endoplazmatiskais tīklojums darbojas tāpat kā ražošanas uzņēmums dzīvībai nepieciešamās biomolekulas, piemēram, olbaltumvielas un lipīdi. RER ir rūpnīcas nodaļa, kas veltīta tikai olbaltumvielu ražošanai.

Daži no RER ražotajiem proteīniem uz visiem laikiem paliks endoplazmatiskajā tīklā.

Šī iemesla dēļ zinātnieki sauc šos proteīnus rezidenti proteīni. Citi proteīni tiks pakļauti modifikācijai, šķirošanai un transportēšanai uz citām šūnas vietām. Tomēr liels skaits olbaltumvielu, kas iebūvēti RER, tiek marķēti sekrēcijai no šūnas.

Tas nozīmē, ka pēc modifikācijas un šķirošanas šie sekrēcijas proteīni pārvietosies caur pūslīšu transportieri caur šūnu membrānu darbam ārpus kameras.

RER atrašanās vieta šūnā ir svarīga arī tās funkcijai.

RER atrodas tieši blakus kodols šūnas. Faktiski endoplazmas retikuluma fosfolipīdā membrāna faktiski saķeras ar membrānas barjeru, kas ieskauj kodolu, ko sauc par kodolenerģijas aploksne vai kodola membrāna.

Šī stingrā vienošanās nodrošina, ka RER saņem ģenētisko informāciju, kas nepieciešama olbaltumvielu veidošanai tieši no kodola.

Tas arī ļauj RER signalizēt par kodolu, kad olbaltumvielu veidošana vai olbaltumvielu locīšana notiek nepareizi. Pateicoties tā tuvumam, raupjais endoplazmatiskais tīklojums var vienkārši izšaut ziņojumu kodolam, lai palēninātu ražošanu, kamēr RER panāktu atpalicību.

Olbaltumvielu sintēze parasti darbojas šādi: katras šūnas kodols satur pilnu DNS komplektu.

Šī DNS ir kā plāns, ko šūna var izmantot, lai izveidotu molekulas, piemēram, olbaltumvielas. Šūna pārnes ģenētisko informāciju, kas nepieciešama viena proteīna veidošanai no kodola uz ribosomām RER virsmā. Zinātnieki šo procesu sauc transkripcija jo šūna pārraksta vai kopē šo informāciju no sākotnējās DNS, izmantojot kurjerus.

RER piestiprinātās ribosomas uztver kurjerus, kuri pārraksta kodu, un izmanto šo informāciju, lai izveidotu īpašu ķēdi aminoskābes.

Šo soli sauc tulkojums jo ribosomas nolasa kurjera datu kodu un izmanto to, lai izlemtu aminoskābju secību to veidotajā ķēdē.

Šīs aminoskābju virknes ir olbaltumvielu pamata vienības. Galu galā šīs ķēdes salocīsies funkcionālos proteīnos un, iespējams, pat saņems etiķetes vai modifikācijas, lai palīdzētu viņiem veikt savu darbu.

Olbaltumvielu locīšana parasti notiek RER interjerā.

Šis solis olbaltumvielām piešķir unikālu trīsdimensiju formu, ko sauc par tās konformācija. Olbaltumvielu locīšana ir izšķiroša, jo daudzi proteīni mijiedarbojas ar citām molekulām, izmantojot to unikālo formu, lai savienotos kā atslēga, kas ievietota slēdzenē.

Nepareizi salocīti proteīni var nedarboties pareizi, un šī nepareiza darbība var izraisīt pat cilvēku slimības.

Piemēram, pētnieki tagad uzskata, ka olbaltumvielu locīšanas problēmas var izraisīt tādus veselības traucējumus kā 2. tips diabēts, cistiskā fibroze, sirpjveida šūnu slimība un neirodeģeneratīvas problēmas, piemēram, Alcheimera slimība un Parkinsona slimība slimība.

Fermenti ir olbaltumvielu klase, kas šūnā ļauj veikt ķīmiskas reakcijas, ieskaitot procesus, kas saistīti ar metabolismu, kas ir veids, kā šūna piekļūst enerģijai.

Lizosomu fermenti palīdz šūnai noārdīt nevēlamu šūnu saturu, piemēram, vecos organoīdus un nepareizi salocītus proteīnus, lai salabotu šūnu un izlietotu atkritumu materiālu enerģijas iegūšanai.

Membrānas proteīni un signālproteīni palīdz šūnām sazināties un strādāt kopā. Dažiem audiem ir nepieciešams mazs daudzums olbaltumvielu, savukārt citiem audiem ir nepieciešams daudz. Šie audi parasti atvēl vairāk vietas RER nekā citi audi ar zemākām olbaltumvielu sintēzes vajadzībām.

•••Zinātniskā

Gludajam endoplazmas retikulam jeb SER trūkst ribosomu, tāpēc tā membrānas mikroskopā izskatās kā gludas vai gludas kanāliņi.

Tam ir jēga, jo šī endoplazmas retikuluma daļa veido lipīdus vai taukus, nevis olbaltumvielas, un tāpēc ribosomas nav nepieciešamas. Šie lipīdi var ietvert: taukskābes, fosfolipīdi un holesterīna molekulas.

Fosfolipīdi un holesterīns ir nepieciešami plazmas membrānu veidošanai šūnā.

SER ražo lipīdu hormonus, kas nepieciešami, lai pareizi funkcionētu Endokrīnā sistēma.

Tie ietver steroīdu hormonus, kas izgatavoti no holesterīna, piemēram, estrogēnu un testosteronu. Tā kā SER ir galvenā loma hormonu ražošanā, šūnām, kurām nepieciešams daudz steroīdu hormonu, piemēram, sēkliniekos un olnīcās, ir tendence SER veltīt vairāk šūnu nekustamo īpašumu.

SER ir iesaistīts arī metabolismā un detoksikācijā. Abi šie procesi notiek aknu šūnās, tāpēc aknu audos parasti ir lielāka SER pārpilnība.

Kad hormonu signāli norāda, ka enerģijas krājumi ir zemi, nieru un aknu šūnas sākt enerģijas ražošanas ceļu, ko sauc glikoneoģenēze.

Šis process rada svarīgu enerģijas avotu glikozi no šūnā esošajiem bez ogļhidrātu avotiem. Aknu šūnās esošais SER arī palīdz šīm aknu šūnām noņemt toksīnus. Lai to izdarītu, SER sagremo bīstamā savienojuma daļas, lai padarītu to ūdenī šķīstošu, lai organisms varētu izvadīt toksīnu caur urīnu.

Dažos parādās ļoti specializēta endoplazmas retikuluma forma muskuļu šūnas, piezvanīja miocīti. Šī veidlapa, ko sauc par sarkoplazmatiskais tīklojums, parasti atrodas sirds (sirds) un skeleta muskuļu šūnās.

Šajās šūnās organelle pārvalda kalcija jonu līdzsvaru, ko šūnas izmanto, lai atslābinātu un sarautos muskuļu šķiedras. Uzglabātie kalcija joni absorbējas muskuļu šūnās, kamēr šūnas ir atslābinātas un to laikā izdalās no muskuļu šūnām muskuļu kontrakcija. Sarkoplazmas retikuluma problēmas var izraisīt nopietnas medicīniskas problēmas, tostarp sirds mazspēju.

Jūs jau zināt, ka endoplazmatiskais tīklojums ir daļa no olbaltumvielu sintēzes un locīšanas.

Pareiza olbaltumvielu locīšana ir izšķiroša, lai iegūtu olbaltumvielas, kas var pareizi veikt savu darbu, un, kā jau minēts iepriekš, nepareiza locīšana var izraisīt olbaltumvielu nepareizu darbību vai nedarboties vispār, iespējams, izraisot nopietnus veselības traucējumus, piemēram, 2. tipu diabēts.

Šī iemesla dēļ endoplazmas retikulam jānodrošina, ka tikai pareizi salocīti proteīni no endoplazmas retikuluma uz Golgi aparātu tiek transportēti iepakošanai un transportēšanai.

Endoplazmatiskais tīklojums nodrošina olbaltumvielu kvalitātes kontroli, izmantojot mehānismu, ko sauc par izvērsta olbaltumvielu reakcijavai UPR.

Tas būtībā ir ļoti ātrs šūnu signāls, kas ļauj RER sazināties ar šūnas kodolu. Kad nesalocīti vai nepareizi salocīti proteīni sāk uzkrāties endoplazmas retikuluma lūmenā, RER izraisa nesalocītu olbaltumvielu reakciju. Tas veic trīs lietas:

1. Tas signalizē kodolu palēnināt olbaltumvielu sintēzes ātrumu ierobežojot ribosomās tulkošanai izsūtīto kurjera molekulu skaitu.
2. Atklāta olbaltumvielu reakcija arī palielina endoplazmas retikuluma spēju salocīt olbaltumvielas un noārdīt nepareizi salocītos proteīnus.
3. Ja neviena no šīm darbībām neatrisina olbaltumvielu uzkrāšanos, nesaprotamā olbaltumvielu atbilde satur arī nedrošo. Ja viss pārējais neizdosies, skartās šūnas pašiznīcināsies. Tā ir ieprogrammēta šūnu nāve, saukta arī par apoptoze, un tā ir pēdējā iespēja, ar kuru šūnai jāsamazina visi bojājumi, ko varētu radīt nesalocīti vai nepareizi salocīti proteīni.

ER forma ir saistīta ar tās funkcijām un var mainīties pēc nepieciešamības.

Piemēram, palielinot RER lokšņu slāņus, dažas šūnas palīdz izdalīt lielāku daudzumu olbaltumvielu. Un otrādi, tādām šūnām kā neironi un muskuļu šūnas, kas neizdala tik daudz olbaltumvielu, var būt vairāk SER kanāliņu.

The perifēra ER, kas ir daļa, kas nav savienota ar kodolenerģijas apvalku, pēc vajadzības var pat pārvietoties.

Šis iemesls un mehānismi tam ir izpētes priekšmets. Tas var ietvert bīdāmās SER kanāliņus gar mikrotubulas no citoskelets, velkot ER aiz citiem organoļiem un pat ER kanāliņu gredzeniem, kas pārvietojas ap šūnu kā mazi motori.

ER forma mainās arī dažu šūnu procesu laikā, piemēram, mitoze.

Zinātnieki joprojām pēta, kā notiek šīs izmaiņas. Olbaltumvielu papildinājums uztur ER organeles vispārējo formu, ieskaitot tā lapu un kanāliņu stabilizēšanu un palīdz noteikt relatīvo RER un SER daudzumu konkrētā šūnā.

Šī ir svarīga pētījumu joma pētniekiem, kurus interesē attiecības starp ER un slimību.

Olbaltumvielu nepareiza locīšana un ER stress, ieskaitot stresu no biežas UPR aktivācijas, var veicināt cilvēka slimību attīstību. Tās var būt cistiskā fibroze, 2. tipa cukura diabēts, Alcheimera slimība un spastiska paraplēģija.

Vīrusi var arī nolaupīt ER un izmantot olbaltumvielu veidošanas mehānismu vīrusu olbaltumvielu izsmidzināšanai.

Tas var mainīt ER formu un neļaut tai pildīt parastās funkcijas šūnā. Daži vīrusi, piemēram, tropu drudža un SARS, veido ER membrānas iekšpusē aizsargājošus dubultmembrānos pūslīšus.