De endoplasmatisch reticulum (ER) is een membraangebonden celorganel waarvan het membraan in platte compartimenten is gevouwen. De ruw endoplasmatisch reticulum (RER) is een gespecialiseerd gebied waarin: ribosomen zijn bevestigd aan de oppervlakteplooien, waardoor de ER een ruw uiterlijk krijgt.
De aanwezigheid van de ribosomen geeft het RER een speciaal en extra vermogen om specifieke eiwitten te verwerken die de cel nodig heeft. Cellen die veel eiwitten produceren, hebben grote aantallen ribosomen op het RER.
Het ER-membraan is een voortzetting van het buitenste membraan van de kern. Het ER-membraan verbindt verschillende tubuli of compartimenten en de kern zelf. De ruwe ER is een eiwitfabriek.
Waar het RER en zijn ribosomen gespecialiseerd zijn in de synthese en verwerking van eiwitten, is de rest van het ER, de glad endoplasmatisch reticulum (SER, waaraan geen ribosomen zijn bevestigd), produceert lipiden en andere chemicaliën die nodig zijn voor het lichaam, voor de weefsels waarin de cellen zich bevinden en voor het hele organisme.
De structuur van het ER is ideaal voor chemische synthese
Een manier om de ER te visualiseren is als een reeks afgeplatte, ingesloten compartimenten die zijn verbonden door kleine openingen. Een opening aan het ene uiteinde is bevestigd aan het buitenste kernmembraan. De afgeplatte vouwen geven het ER een groot oppervlak om zijn chemische syntheseactiviteiten uit te voeren, en de onderlinge verbinding van compartimenten zorgt ervoor dat de geproduceerde chemicaliën vrij kunnen stromen naar waar ze zullen worden gebruikt, verwerkt of geëxporteerd.
De afgeplatte compartimenten van het endoplasmatisch reticulum worden genoemd: cisternaeen ze zijn allemaal volledig omsloten door het enkele, zwaar gevouwen buitenmembraan. In elk compartiment bevindt zich de cisternale ruimte, en de ribosomen zijn bevestigd aan de buitenkant van het membraan van de RER.
Omdat de compartimenten allemaal segmenten zijn binnen het enkele membraan, zijn ze met elkaar verbonden. Chemicaliën die in één compartiment worden gesynthetiseerd, kunnen door het ER stromen en terug naar de kern. Wanneer de ribosomen eiwitten produceren, kunnen de eiwitten door het ER-membraan in een van de compartimenten gaan en migreren naar waar ze nodig zijn.
De endoplasmatisch reticulumfunctie is die van een chemische fabriek
Net als een fabriek produceert en verwerkt de ER de chemicaliën die de cel nodig heeft. Het grote oppervlak biedt ruimte voor de chemische reacties, en de plooien die zich uitstrekken tot in afgelegen gebieden van de cel, maken het een ideaal pad voor de distributie van eiwitten en lipiden.
Het krijgt zijn instructies via de boodschapper ribonucleïnezuur (mRNA) van de kern die op de ribosomen inwerkt. Als het extra chemicaliën produceert, kan het deze in de cisternae opslaan totdat ze nodig zijn.
De ER-fabriek heeft verschillende secties. Het gladde ER werkt om zijn chemicaliën op het ER-membraan zelf te synthetiseren, terwijl de ruwe ER-functie is om de vereiste eiwitten te verwerken.
De RER heeft de ribosomen die elk fungeren als miniatuurassemblagelijnen voor hun producten. Membraanchemicaliën fungeren als laaddocks om de ribosoomeiwitten in het ER te laten. Andere mechanismen accepteren de chemicaliën die door het ER worden geproduceerd en zorgen voor de distributie naar andere delen van de cel.
Sommige producten van de fabriek worden door het ER zelf gebruikt voor groei en herstel of om meer ribosomen in de kern te maken. Andere chemicaliën worden naar de cel gestuurd om te gebruiken voor celgroei, celverdeling en reparatie van de celmembranen. Nog andere chemicaliën zijn nodig voor andere delen van het lichaam, en het ER van de cel stuurt ze naar buiten om door de cel te worden uitgescheiden in het omringende weefsel of in de bloedsomloop.
De ER-fabriek heeft gecompliceerde operaties
Zoals elke fabriek maakt de ER sommige producten zelf en laat andere leveren. Sommige ribosomen blijven gehecht aan het RER, terwijl andere vrij in de cel zweven en zich alleen aan het ER hechten wanneer ze RER-eiwitten produceren. De bouwstenen voor het chemische product en de benodigde energie moeten beschikbaar zijn en het eindproduct moet worden verscheept.
Typische stappen voor een goede ruwe ER-functie zijn onder meer:
-
Gen aanduiding: De cel bepaalt welk eiwit nodig is en wijst de overeenkomstige genen van het cel-DNA aan om te kopiëren.
- Gentranscriptie: De aangewezen genen worden op mRNA-moleculen getranscribeerd.
- Instructie levering: De mRNA-moleculen verlaten de kern en vind ribosomen die het benodigde eiwit kunnen produceren.
- Chemische productie: De ribosomen hechten zich aan het RER en gebruiken grondstoffen uit het celcytosol om volgens de gecodeerde instructies een eiwit te produceren.
- Chemische levering: Terwijl het ribosoom het eiwit synthetiseert, wordt het overgebracht naar de ER-cisternen en wordt het naar de plaats gestuurd waar het nodig is.
Wanneer de ribosomen hun instructies van het mRNA ontvangen, nemen ze hun positie in op het buitenoppervlak van het RER en sturen het geproduceerde eiwit naar het RER om te worden opgeslagen, afgeleverd of gebruikt.
Het transcriberen en afleveren van de genetische code
De desoxyribonucleïnezuur (DNA) dat de oorspronkelijke genetische code bevat, kan de kern niet verlaten en bevindt zich in het binnenste kernmembraan. Het mRNA kopieert de genen die nodig zijn voor de productie van specifieke chemicaliën. Het kan de kern verlaten via speciale poriën in het binnenste kernmembraan en kan vervolgens het celcytosol binnendringen om de vereiste instructies te geven.
Als de instructies voor een RER-eiwit zijn, bindt het mRNA aan een ribosoom. Het ribosoom volgt de instructies en hecht zich aan de RER.
Het DNA van de cel is een dubbelstrengs helix van nucleïnezuren. Het mRNA-molecuul wordt geassembleerd volgens de aminozuurvolgorde in een van de twee strengen. Wanneer het mRNA het ribosoom bereikt, maken de mRNA-instructies de hercreatie van de aminozuursequentie van het DNA mogelijk.
Het ribosoom kan aminozuurbouwstenen uit het celcytosol halen en deze in de juiste volgorde samenstellen om complexe eiwitten te vormen.
De ribosomen bouwen de vereiste eiwitten op
Ribosomen zelf zijn opgebouwd uit ribosomaal RNA en speciale ribosomale eiwitten. Een segment van het ribosoom leest de mRNA-instructies en een tweede segment bouwt de eiwitketens dienovereenkomstig op.
Membraangebonden ribosomen zijn betrokken bij het synthetiseren van eiwitten die zijn aangewezen voor het ER en leiden hun product rechtstreeks door het RER-membraan naar de RER-cisternen. Ribosomen die niet-RER-eiwitten produceren, kunnen vrij zwevend blijven en hun eiwitten in het celcytosol afgeven.
Wanneer een vrij zwevend ribosoom een eiwit begint te produceren dat bedoeld is voor het RER, hecht het zich aan een speciale RER-site, een translocon. De RER-eiwitten bevatten een gericht signaal om het ribosoom te laten weten waar het heen moet.
Een speciale eiwitsequentie vertelt het ribosoom dat het eiwit dat het synthetiseert, bedoeld is voor het endoplasmatisch reticulum. Het hecht zich aan een translocon, produceert de vereiste hoeveelheid eiwit en maakt dan ofwel los en begint andere eiwitten te maken of blijft vastzitten maar inactief.
De RER verwerkt en slaat de eiwitten op die zijn gesynthetiseerd door de ribosomen
Wanneer de ribosomen zich aansluiten bij de RER-eiwitfabriek en fungeren als miniatuurassemblagelijnen, zijn de producten die van de lijn komen nog niet klaar voor gebruik. De ribosomen hechtten zich aan het translocon en synthetiseerden de eiwitten voor het RER vanwege de speciale signaalvolgorde die de eiwitten bevatten. De RER verwijdert de signaleringssequentie van de eiwitten en vouwt ze zodat ze kunnen worden opgeslagen of verzonden als dat nodig is.
Het ER heeft een deel van de geproduceerde eiwitten nodig voor eigen gebruik. Het ER-membraan moet worden gerepareerd en onderhouden, en de cel kan groeien en meer ER-materiaal nodig hebben.
Om een eiwit te behouden dat het nodig heeft, hecht het ER een nieuwe signaleringssequentie die het eiwit aanduidt als een eiwit dat in de cisternae blijft. Deze worden endoplasmatisch reticulum genoemd residente eiwittenen ze ondersteunen de endoplasmatisch reticulumfunctie.
De ER verdeelt de gesynthetiseerde eiwitten naar behoefte
Eiwitten die het ER zelf niet nodig heeft, worden in de cisternae bewaard totdat ze naar een van de drie plaatsen worden gestuurd:
- De kern: Het ER-buitenmembraan gaat verder als het buitenmembraan van de kern. Dit betekent dat er een hechte en continue link is waardoor ER-eiwitten gemakkelijk toegang hebben tot de kern.
-
Buiten de cel: Cellen met actieve ER-eiwitsynthese scheiden vaak stoffen af voor gebruik buiten de cel.
- Binnen de cel: De cel zelf heeft enkele eiwitten nodig voor groei en herstel.
De kern heeft veel verschillende soorten eiwitten nodig voor DNA-kopie, membraanonderhoud, celdeling en ribosoomcreatie. Het heeft gemakkelijke en snelle toegang tot deze eiwitten via de link naar het ER.
De ER-eiwitten zijn aanwezig in de gemeenschappelijk ER/nucleus buitenmembraan maar buiten de binnenste kernmembraan. Geselecteerde eiwitten kunnen de kern binnendringen via speciale poriën in het binnenmembraan als de kern ze nodig heeft.
Terwijl de kern directe toegang heeft tot ER-eiwitten vanwege de buitenmembraanverbinding, hebben de rest van de cel en de weefsels buiten de cel een transportmechanisme nodig om ER-chemicaliën af te leveren. Als het ER zijn chemicaliën in het cytosol zou afgeven, zouden ze reageren met andere stoffen zoals zuurstof en hun effectiviteit verliezen.
In plaats daarvan stuurt de ER zijn chemicaliën naar de rest van de cel en andere weefsels in speciale containers.
Blaasjes verspreiden ER-stoffen naar waar ze nodig zijn
De ER heeft een methode ontwikkeld om ervoor te zorgen dat chemicaliën die in de ER worden verwerkt en opgeslagen, onveranderd op hun bestemming aankomen. Een gemeenschappelijk doelwit voor deze chemicaliën is de Golgi-apparaat, gelegen nabij het ER in het celcytoplasma. Het Golgi-apparaat neemt ER-chemicaliën op en verwerkt ze verder, waarbij signaalsequenties worden toegevoegd die de doelen en locaties identificeren waar de chemicaliën nodig zijn.
Deze distributie van chemicaliën vindt binnen plaats blaasjes gevormd door het ER en het Golgi-apparaat.
Nadat een eiwit bijvoorbeeld is gesynthetiseerd door een ribosoom dat aan het RER is bevestigd, wordt het verder verwerkt in het ER en migreert het vervolgens naar het gladde endoplasmatisch reticulum. Het gladde ER vormt een zak met zijn membraan, plaatst het eiwit erin en maakt het pakket los van het ER als een onafhankelijk, volledig omsloten blaasje.
Het blaasje reist typisch naar het Golgi-apparaat waar het eiwit een tag met zijn doelwit ontvangt. Als het eiwit in de cel nodig is, levert het blaasje het aan een ander organel, zoals het mitochondriën of een lysosoom. Het blaasje kan zich bij het buitenmembraan van het organel voegen en het eiwit in het organel vrijgeven.
Als het eiwit buiten de cel nodig is, reist het blaasje naar het buitenste celmembraan, voegt zich bij het membraan en laat het eiwit buiten vrij. Het effect is dat de cel het eiwit afscheidt in het omringende weefsel.
Alleen primitieve cellen kunnen overleven zonder endoplasmatisch reticulum
Hoewel sommige gespecialiseerde cellen zoals bloedcellen noch een kern noch een ER hebben, hebben de meeste cellen in complexe organismen de ER nodig hebben om de RER-eiwitverwerking en de soepele ER-lipidesynthese af te handelen die essentieel zijn voor de cel overleving.
prokaryotisch cellen, zoals bacteriën, hebben geen ER, maar ze functioneren op een veel eenvoudiger niveau, waarbij chemicaliën worden gesynthetiseerd en afgegeven in het algemene celcytoplasma. eukaryotisch cellen, zoals die bij dieren worden gevonden, vereisen de complexe functionaliteit van de ER om hun gespecialiseerde operaties uit te voeren.