Endoplasmatisch reticulum (ruw en glad): structuur en functie (met diagram)

Een van de eenvoudigste manieren om de structuren en functies van de organellen gehuisvest in een cel - en de celbiologie als geheel - is om ze te vergelijken met dingen uit de echte wereld.

Het is bijvoorbeeld logisch om de Golgi-apparaat als verpakkingsfabriek of postkantoor omdat het zijn rol is om cellading te ontvangen, wijzigen, sorteren en verzenden.

Het buurorganel van het Golgi-lichaam, de endoplasmatisch reticulum, wordt het best begrepen als de fabriek van de cel. Deze organellenfabriek bouwt de biomoleculen die nodig zijn voor alle levensprocessen. Deze omvatten eiwitten en lipiden.

Je weet waarschijnlijk al hoe belangrijk membranen zijn voor eukaryotische cellen; het endoplasmatisch reticulum, dat zowel de ruw endoplasmatisch reticulum en glad endoplasmatisch reticulum, neemt meer dan de helft van het membraanvastgoed in dierlijke cellen in beslag.

Het is moeilijk te overdrijven hoe belangrijk dit vliezige, biomolecuulvormende organel voor de cel is.

De eerste wetenschappers die het endoplasmatisch reticulum observeerden - terwijl ze de eerste elektronenmicrofoto van een cel namen - werden getroffen door het uiterlijk van het endoplasmatisch reticulum.

Voor Albert Claude, Ernest Fullman en Keith Porter zag het organel er "kantachtig" uit vanwege de plooien en lege ruimtes. Moderne waarnemers beschrijven het uiterlijk van het endoplasmatisch reticulum eerder als een gevouwen lint of zelfs een lintsnoepje.

Deze unieke structuur zorgt ervoor dat het endoplasmatisch reticulum zijn belangrijke rollen binnen de cel kan vervullen. Het endoplasmatisch reticulum wordt het best begrepen als een lang fosfolipide membraan op zichzelf teruggevouwen om zijn karakteristieke doolhofachtige structuur te creëren.

Een andere manier om over de structuur van het endoplasmatisch reticulum na te denken, is als een netwerk van platte zakjes en buizen die zijn verbonden door een enkel membraan.

Dit gevouwen fosfolipidemembraan vormt bochten die cisternae. Deze platte schijven van het fosfolipidemembraan lijken op elkaar gestapeld als we naar een dwarsdoorsnede van het endoplasmatisch reticulum kijken onder een krachtige microscoop.

De schijnbaar lege ruimtes tussen deze zakjes zijn net zo belangrijk als het membraan zelf.

Deze gebieden worden de lumen. De interne ruimtes waaruit het lumen bestaat, zitten vol met vloeistof en dankzij de manier waarop de vouw vergroot het totale oppervlak van de organel, maakt in feite ongeveer 10 procent uit van de cel totale volume.

Het endoplasmatisch reticulum bevat twee hoofdsecties, genoemd naar hun uiterlijk: de ruw endoplasmatisch reticulum en de glad endoplasmatisch reticulum.

De structuur van deze gebieden van het organel weerspiegelt hun speciale rollen in de cel. Onder de lens van een microscoop lijkt het fosfolipidemembraan van het ruwe endoplasmatische membraan bedekt met stippen of bultjes.

Dit zijn ribosomen, die het ruwe endoplasmatisch reticulum een ​​hobbelige of ruwe textuur geven (en vandaar de naam).

Deze ribosomen zijn eigenlijk afzonderlijke organellen van het endoplasmatisch reticulum. Grote aantallen (tot miljoenen!) van hen lokaliseren op het oppervlak van het ruwe endoplasmatisch reticulum omdat ze van vitaal belang zijn voor zijn taak, namelijk eiwitsynthese. Het RER bestaat als gestapelde vellen die in elkaar draaien, met helixvormige randen.

De andere kant van het endoplasmatisch reticulum – het gladde endoplasmatisch reticulum – ziet er heel anders uit.

Terwijl dit deel van het organel nog steeds de gevouwen, doolhofachtige cisternae en met vloeistof gevulde lumen bevat, is het oppervlak van deze kant van het fosfolipidemembraan lijkt glad of glad omdat het gladde endoplasmatisch reticulum geen ribosomen.

Dit deel van het endoplasmatisch reticulum synthetiseert lipiden liever dan eiwitten, dus het vereist geen ribosomen.

Het ruwe endoplasmatisch reticulum, of RER, dankt zijn naam aan zijn karakteristieke ruwe of bezaaide uiterlijk dankzij de ribosomen die het oppervlak bedekken.

Onthoud dat het hele endoplasmatisch reticulum werkt als een fabriek voor de biomoleculen die nodig zijn voor het leven, zoals eiwitten en lipiden. Het RER is het onderdeel van de fabriek dat zich toelegt op het produceren van alleen eiwitten.

Sommige van de eiwitten die in het RER worden geproduceerd, zullen voor altijd in het endoplasmatisch reticulum blijven.

Om deze reden noemen wetenschappers deze eiwitten residente eiwitten. Andere eiwitten zullen modificatie, sortering en verzending naar andere delen van de cel ondergaan. Een groot aantal van de eiwitten die in het RER zijn ingebouwd, zijn echter gelabeld voor uitscheiding door de cel.

Dit betekent dat deze secretoire eiwitten na modificatie en sortering via vesicle transporter door de. zullen reizen celmembraan voor klussen buiten de cel.

De locatie van de RER in de cel is ook belangrijk voor zijn functie.

De RER ligt direct naast de kern van de cel. In feite sluit het fosfolipidemembraan van het endoplasmatisch reticulum in feite aan op de membraanbarrière die de kern omringt, de zogenaamde nucleaire envelop of kernmembraan.

Deze strakke regeling zorgt ervoor dat het RER de genetische informatie ontvangt die het nodig heeft om eiwitten rechtstreeks uit de kern te bouwen.

Het maakt het ook mogelijk voor de RER om de kern te signaleren wanneer eiwitopbouw of eiwitvouwing misgaat. Dankzij de nabijheid kan het ruwe endoplasmatisch reticulum eenvoudig een bericht naar de kern sturen om de productie te vertragen, terwijl het RER de achterstand inhaalt.

Eiwitsynthese werkt over het algemeen als volgt: de kern van elke cel bevat een volledige set DNA.

Dit DNA is als de blauwdruk die de cel kan gebruiken om moleculen zoals eiwitten te bouwen. De cel brengt de genetische informatie over die nodig is voor het bouwen van een enkel eiwit van de kern naar de ribosomen aan het oppervlak van het RER. Wetenschappers noemen dit proces transcriptie omdat de cel deze informatie uit het oorspronkelijke DNA transcribeert of kopieert met behulp van boodschappers.

De ribosomen die aan het RER zijn bevestigd, ontvangen de boodschappers die de getranscribeerde code dragen en gebruiken die informatie om een ​​keten van specifieke aminozuren.

Deze stap heet vertaling omdat de ribosomen de datacode op de boodschapper lezen en deze gebruiken om de volgorde te bepalen van de aminozuren in de keten die ze bouwen.

Deze reeksen aminozuren zijn de basiseenheden van eiwitten. Uiteindelijk zullen die ketens zich vouwen tot functionele eiwitten en misschien zelfs labels of modificaties ontvangen om hen te helpen hun werk te doen.

Eiwitvouwing gebeurt over het algemeen in het binnenste van het RER.

Deze stap geeft de eiwitten een unieke driedimensionale vorm, de zogenaamde it conformatie. Het vouwen van eiwitten is cruciaal omdat veel eiwitten interageren met andere moleculen door hun unieke vorm te gebruiken om verbinding te maken als een sleutel die in een slot past.

Verkeerd gevouwen eiwitten werken mogelijk niet goed en deze storing kan zelfs menselijke ziekten veroorzaken.

Onderzoekers geloven nu bijvoorbeeld dat problemen met eiwitvouwing gezondheidsstoornissen zoals type 2 kunnen veroorzaken diabetes, cystische fibrose, sikkelcelziekte en neurodegeneratieve problemen zoals de ziekte van Alzheimer en Parkinson ziekte.

Enzymen zijn een klasse eiwitten die chemische reacties in de cel mogelijk maken, inclusief de processen die betrokken zijn bij het metabolisme, de manier waarop de cel toegang krijgt tot energie.

Lysosomale enzymen helpen de cel om ongewenste celinhoud, zoals oude organellen en verkeerd gevouwen eiwitten, af te breken om de cel te repareren en het afvalmateriaal voor zijn energie af te tappen.

Membraaneiwitten en signaaleiwitten helpen cellen te communiceren en samen te werken. Sommige weefsels hebben kleine hoeveelheden eiwitten nodig, terwijl andere weefsels veel nodig hebben. Deze weefsels wijden gewoonlijk meer ruimte aan het RER dan andere weefsels met een lagere behoefte aan eiwitsynthese.

•••Wetenschap

Het gladde endoplasmatisch reticulum, of SER, heeft geen ribosomen, dus de membranen zien er onder de microscoop uit als gladde of gladde tubuli.

Dit is logisch omdat dit deel van het endoplasmatisch reticulum lipiden of vetten opbouwt in plaats van eiwitten, en dus geen ribosomen nodig heeft. Deze lipiden kunnen omvatten: vetzuren, fosfolipiden en cholesterolmoleculen.

Fosfolipiden en cholesterol zijn nodig voor de opbouw van plasmamembranen in de cel.

De SER produceert lipidehormonen die nodig zijn voor het goed functioneren van de endocrien systeem.

Deze omvatten steroïde hormonen gemaakt van cholesterol, zoals oestrogeen en testosteron. Vanwege de belangrijke rol die de SER speelt bij de hormoonproductie, hebben cellen die veel steroïde hormonen nodig hebben, zoals die in de testikels en eierstokken, de neiging om meer cellulair vastgoed aan de SER toe te wijzen.

De SER is ook betrokken bij de stofwisseling en ontgifting. Beide processen vinden plaats in levercellen, dus leverweefsels hebben meestal een grotere overvloed aan SER.

Wanneer hormoonsignalen aangeven dat de energievoorraden laag zijn, nier- en levercellen beginnen met een energieproducerend pad genaamd gluconeogenese.

Dit proces creëert de belangrijke energiebron glucose uit niet-koolhydraatbronnen in de cel. De SER in levercellen helpt die levercellen ook om gifstoffen te verwijderen. Om dit te doen, verteert de SER delen van de gevaarlijke verbinding om het wateroplosbaar te maken, zodat het lichaam het toxine via de urine kan uitscheiden.

Een zeer gespecialiseerde vorm van het endoplasmatisch reticulum verschijnt in sommige spiercellen, genaamd myocyten. Dit formulier, genaamd de sarcoplasmatisch reticulum, wordt meestal aangetroffen in hart- (hart) en skeletspiercellen.

In deze cellen beheert het organel de balans van calciumionen die de cellen gebruiken om de spiervezels te ontspannen en samen te trekken. Opgeslagen calciumionen worden in de spiercellen geabsorbeerd terwijl de cellen ontspannen zijn en vrijkomen uit de spiercellen tijdens spiercontractie. Problemen met het sarcoplasmatisch reticulum kunnen leiden tot ernstige medische problemen, waaronder hartfalen.

Je weet al dat het endoplasmatisch reticulum deel uitmaakt van de eiwitsynthese en -vouwing.

Een goede eiwitvouwing is cruciaal voor het maken van eiwitten die hun werk goed kunnen doen, en zoals eerder vermeld, verkeerd vouwen kan ervoor zorgen dat eiwitten niet goed of helemaal niet werken, wat mogelijk kan leiden tot ernstige medische aandoeningen zoals type 2 suikerziekte.

Om deze reden moet het endoplasmatisch reticulum ervoor zorgen dat alleen correct gevouwen eiwitten van het endoplasmatisch reticulum naar het Golgi-apparaat worden getransporteerd voor verpakking en verzending.

Het endoplasmatisch reticulum zorgt voor controle van de eiwitkwaliteit via een mechanisme dat de ongevouwen eiwitreactie, of UPR.

Dit is in feite een zeer snelle celsignalering die de RER in staat stelt te communiceren met de celkern. Wanneer ongevouwen of verkeerd gevouwen eiwitten zich beginnen op te stapelen in het lumen van het endoplasmatisch reticulum, activeert de RER de ongevouwen eiwitrespons. Dit doet drie dingen:

1. Het signaleert de kern om de snelheid van eiwitsynthese vertragen door het aantal boodschappermoleculen dat naar de ribosomen wordt gestuurd voor translatie te beperken.
2. De ongevouwen eiwitrespons verhoogt ook het vermogen van het endoplasmatisch reticulum om eiwitten vouwen en verkeerd gevouwen eiwitten afbreken.
3. Als geen van deze stappen de eiwitstapeling oplost, bevat de ongevouwen eiwitreactie ook een failsafe. Als al het andere faalt, zullen de aangetaste cellen zichzelf vernietigen. Dit is geprogrammeerde celdood, ook wel apoptose, en is de laatste optie die de cel heeft om eventuele schade te minimaliseren die ongevouwen of verkeerd gevouwen eiwitten kunnen veroorzaken.

De vorm van de ER heeft betrekking op zijn functies en kan naar behoefte veranderen.

Door bijvoorbeeld de lagen van RER-vellen te vergroten, kunnen sommige cellen grotere aantallen eiwitten afscheiden. Omgekeerd kunnen cellen zoals neuronen en spiercellen die niet zoveel eiwitten afscheiden, meer SER-tubuli hebben.

De perifere ER, het gedeelte dat niet is verbonden met de nucleaire envelop, kan zelfs naar behoefte worden verplaatst.

Deze redenen en mechanismen hiervoor zijn onderwerp van onderzoek. Het kan glijdende SER-tubuli langs de microtubuli van de cytoskelet, het ER achter andere organellen slepen en zelfs ringen van ER-tubuli die als kleine motoren door de cel bewegen.

De vorm van het ER verandert ook tijdens sommige celprocessen, zoals: mitose.

Wetenschappers bestuderen nog steeds hoe deze veranderingen plaatsvinden. Een complement van eiwitten handhaaft de algehele vorm van het ER-organel, inclusief het stabiliseren van de vellen en tubuli en het helpen bepalen van de relatieve hoeveelheden RER en SER in een bepaalde cel.

Dit is een belangrijk studiegebied voor onderzoekers die geïnteresseerd zijn in de relatie tussen de ER en ziekte.

Misvouwing van eiwitten en ER-stress, inclusief stress door frequente UPR-activering, kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van menselijke ziekten. Deze kunnen cystische fibrose, diabetes type 2, de ziekte van Alzheimer en spastische paraplegie omvatten.

virussen kan ook de ER kapen en de eiwitopbouwende machines gebruiken om virale eiwitten te produceren.

Dit kan de vorm van het ER veranderen en voorkomen dat het zijn normale functies voor de cel uitvoert. Sommige virussen, zoals dengue en SARS, maken beschermende dubbelmembraanvesikels in het ER-membraan.