Reticulul endoplasmatic (dur și neted): structură și funcție (cu diagramă)

Una dintre cele mai simple modalități de a înțelege structurile și funcțiile organite găzduit într-o celulă - și biologia celulară în ansamblu - este de a le compara cu lucrurile din lumea reală.

De exemplu, are sens să descriem aparate Golgi ca fabrică de ambalare sau oficiu poștal, deoarece rolul său este de a primi, modifica, sorta și expedia mărfurile celulare.

Organul vecin al corpului Golgi, reticul endoplasmatic, este cel mai bine înțeles ca fiind fabrica celulei. Această fabrică de organite construiește biomoleculele necesare pentru toate procesele de viață. Acestea includ proteine ​​și lipide.

Probabil știți deja cât de importante sunt membranele Celulele eucariote; reticulul endoplasmatic, care include atât reticul endoplasmatic aspru și reticul endoplasmatic neted, ocupă peste jumătate din imobilele membranei din celulele animale.

Ar fi greu să exagerăm cât de importantă este această celulă membrană, care organizează biomolecule.

Primii oameni de știință care au observat reticulul endoplasmatic - în timp ce făceau prima micrografie electronică a unei celule - au fost loviți de apariția reticulului endoplasmatic.

Pentru Albert Claude, Ernest Fullman și Keith Porter, organelul arăta „dantelat” din cauza pliurilor și a spațiilor goale. Observatorii moderni sunt mai predispuși să descrie aspectul reticulului endoplasmatic ca o panglică îndoită sau chiar o bomboană de panglică.

Această structură unică asigură faptul că reticulul endoplasmatic își poate îndeplini rolurile importante în interiorul celulei. Reticulul endoplasmatic este cel mai bine înțeles ca un lung membrana fosfolipidică îndoit pe sine pentru a-și crea structura caracteristică de tip labirint.

Un alt mod de a gândi structura reticulului endoplasmatic este ca o rețea de pungi plate și tuburi conectate printr-o singură membrană.

Această membrană fosfolipidică pliată formează coturi numite cisternae. Aceste discuri plate de membrană fosfolipidică apar strânse împreună atunci când privim o secțiune transversală a reticulului endoplasmatic la un microscop puternic.

Spațiile aparent goale dintre aceste pungi sunt la fel de importante ca și membrana în sine.

Aceste zone sunt numite lumen. Spațiile interioare care alcătuiesc lumenul sunt pline de fluid și, datorită modului de pliere crește suprafața totală a organului, de fapt reprezintă aproximativ 10% din celulă volum total.

Reticulul endoplasmatic conține două secțiuni principale, denumite după aspectul lor: reticul endoplasmatic aspru si reticul endoplasmatic neted.

Structura acestor zone ale organetului reflectă rolurile lor speciale în interiorul celulei. Sub lentila unui microscop, membrana fosfolipidică a membranei endoplasmatice aspre apare acoperită de puncte sau umflături.

Acestea sunt ribozomi, care conferă reticulului endoplasmatic aspru o textură accidentată sau aspră (și de aici și numele său).

Acești ribozomi sunt de fapt organite separate de reticulul endoplasmatic. Un număr mare (până la milioane!) Dintre aceștia localizează la suprafața reticulului endoplasmatic aspru, deoarece sunt vitale pentru munca sa, care este sinteza proteinelor. RER există ca foi stivuite care se răsucesc împreună, cu margini în formă de helix.

Cealaltă parte a reticulului endoplasmatic - reticulul endoplasmatic neted - arată destul de diferit.

În timp ce această secțiune a organetului conține încă cisterna pliată, asemănătoare unui labirint și lumenul umplut cu lichid, suprafața această parte a membranei fosfolipidice pare netedă sau elegantă, deoarece reticulul endoplasmatic neted nu conține ribozomi.

Această porțiune a reticulului endoplasmatic se sintetizează lipide Decat proteine, deci nu necesită ribozomi.

Reticulul endoplasmatic aspru, sau RER, își ia numele de la aspectul său caracteristic aspru sau împânzit datorită ribozomilor care îi acoperă suprafața.

Amintiți-vă că întregul reticul endoplasmatic acționează ca o fabrică de fabricație pentru biomolecule necesare vieții, cum ar fi proteinele și lipidele. RER este secțiunea fabricii dedicată producerii numai a proteinelor.

Unele dintre proteinele produse în RER vor rămâne în reticulul endoplasmatic pentru totdeauna.

Din acest motiv, oamenii de știință numesc aceste proteine proteine ​​rezidente. Alte proteine ​​vor suferi modificări, sortări și transport către alte zone ale celulei. Cu toate acestea, un număr mare de proteine ​​construite în RER sunt marcate pentru secreția din celulă.

Aceasta înseamnă că, după modificare și sortare, aceste proteine ​​secretoare vor călători prin intermediul transportorului de vezicule prin membrana celulara pentru locuri de muncă în afara celulei.

Locația RER în interiorul celulei este, de asemenea, importantă pentru funcția sa.

RER-ul este chiar alături de nucleu a celulei. De fapt, membrana fosfolipidică a reticulului endoplasmatic se leagă de fapt de bariera membranară care înconjoară nucleul, numită plic nuclear sau membrană nucleară.

Acest aranjament strâns asigură faptul că RER primește informațiile genetice de care are nevoie pentru a construi proteine ​​direct din nucleu.

De asemenea, face posibil ca RER să semnalizeze nucleul atunci când construirea proteinelor sau plierea proteinelor se strică. Datorită apropierii sale, reticulul endoplasmatic dur poate pur și simplu să transmită un mesaj către nucleu pentru a încetini producția, în timp ce RER recuperează restul.

Sinteza proteinei în general funcționează astfel: nucleul fiecărei celule conține un set complet de ADN.

Acest ADN este ca planul pe care celula îl poate folosi pentru a construi molecule precum proteinele. Celula transferă informațiile genetice necesare pentru construirea unei singure proteine ​​din nucleu către ribozomi de la suprafața RER. Oamenii de știință numesc acest proces transcriere deoarece celula transcrie sau copiază aceste informații din ADN-ul original folosind mesageri.

Ribozomii atașați la RER primesc mesagerii care poartă codul transcris și folosesc acele informații pentru a crea un lanț specific aminoacizi.

Acest pas este numit traducere deoarece ribozomii citesc codul de date de pe messenger și îl folosesc pentru a decide ordinea aminoacizilor din lanțul pe care îl construiesc.

Aceste șiruri de aminoacizi sunt unitățile de bază ale proteinelor. În cele din urmă, aceste lanțuri se vor plia în proteine ​​funcționale și poate primi chiar etichete sau modificări pentru a-i ajuta să-și facă treaba.

Plierea proteinelor are loc în general în interiorul RER.

Acest pas conferă proteinelor o formă tridimensională unică, numită a sa conformaţie. Plierea proteinelor este esențială deoarece multe proteine ​​interacționează cu alte molecule folosind forma lor unică pentru a se conecta ca o cheie care se fixează într-o încuietoare.

Este posibil ca proteinele pliate greșit să nu funcționeze corect și această defecțiune poate provoca chiar și boli umane.

De exemplu, cercetătorii cred acum că problemele legate de plierea proteinelor pot provoca tulburări de sănătate precum tipul 2 diabet, fibroză chistică, boli de celule falciforme și probleme neurodegenerative precum boala Alzheimer și Parkinson boală.

Enzime sunt o clasă de proteine ​​care fac posibile reacțiile chimice în celulă, inclusiv acele procese implicate în metabolism, care este modul în care celula accesează energia.

Enzimele lizozomale ajută celula să descompună conținutul celulelor nedorite, cum ar fi organele vechi și proteinele pliate greșit, pentru a repara celula și a exploata materialul rezidual pentru energia acesteia.

Proteinele de membrană și proteinele de semnalizare ajută celulele să comunice și să lucreze împreună. Unele țesuturi au nevoie de un număr mic de proteine, în timp ce alte țesuturi necesită mult. Aceste țesuturi de obicei dedică mai mult spațiu RER decât alte țesuturi cu necesități mai mici de sinteză a proteinelor.

•••Știința

Reticulului endoplasmatic neted, sau SER, îi lipsește ribozomii, astfel încât membranele sale arată ca niște tubuli netezi sau eleganți la microscop.

Acest lucru are sens, deoarece această porțiune a reticulului endoplasmatic construiește mai degrabă lipide sau grăsimi decât proteine ​​și, prin urmare, nu are nevoie de ribozomi. Aceste lipide pot include acizi grași, fosfolipide și molecule de colesterol.

Fosfolipidele și colesterolul sunt necesare pentru construirea membranelor plasmatice în celulă.

SER produce hormoni lipidici care sunt necesari pentru buna funcționare a Sistemul endocrin.

Acestea includ hormoni steroizi din colesterol, cum ar fi estrogenul și testosteronul. Datorită rolului major pe care SER îl joacă în producția de hormoni, celulele care necesită o mulțime de hormoni steroizi, precum cei din testicule și ovare, tind să dedice mai multe proprietăți imobiliare SER.

SER este, de asemenea, implicat în metabolism și detoxifiere. Ambele procese au loc în celulele hepatice, astfel încât țesuturile hepatice au de obicei o abundență mai mare de SER.

Când semnalele hormonale indică faptul că stocurile de energie sunt scăzute, rinichii și celulele ficatului începe o cale de producere a energiei numită gluconeogeneză.

Acest proces creează sursa importantă de glucoză din surse non-glucidice din celulă. SER din celulele hepatice ajută, de asemenea, aceste celule hepatice să elimine toxinele. Pentru a face acest lucru, SER digeră porțiuni din compusul periculos pentru a-l face solubil în apă, astfel încât organismul să poată excreta toxina prin urină.

O formă foarte specializată a reticulului endoplasmatic apare în unele celulele musculare, numit miocite. Această formă, numită reticulul sarcoplasmic, se găsește de obicei în celulele musculare cardiace (cardiace) și scheletice.

În aceste celule, organitul gestionează echilibrul ionilor de calciu pe care celulele îl folosesc pentru a se relaxa și a contracta fibrele musculare. Ionii de calciu depozitați se absorb în celulele musculare în timp ce celulele sunt relaxate și se eliberează din celulele musculare în timpul contractie musculara. Problemele cu reticulul sarcoplasmatic pot duce la probleme medicale grave, inclusiv insuficiență cardiacă.

Știți deja că reticulul endoplasmatic face parte din sinteza și plierea proteinelor.

Plierea corectă a proteinelor este esențială pentru fabricarea proteinelor care își pot îndeplini sarcinile corect și, așa cum am menționat anterior, pentru a plia greșit poate face ca proteinele să funcționeze necorespunzător sau să nu funcționeze deloc, ceea ce poate duce la afecțiuni medicale grave precum tipul 2 Diabet.

Din acest motiv, reticulul endoplasmatic trebuie să se asigure că numai proteinele pliate corect se transportă de la reticulul endoplasmatic la aparatul Golgi pentru ambalare și transport.

Reticulul endoplasmatic asigură controlul calității proteinelor printr-un mecanism numit răspuns proteic desfășuratsau UPR.

Aceasta este în esență o semnalizare celulară foarte rapidă care permite RER să comunice cu nucleul celulei. Când proteinele desfăcute sau greșite încep să se acumuleze în lumenul reticulului endoplasmatic, RER declanșează răspunsul proteinei desfăcute. Aceasta face trei lucruri:

1. Semnalizează nucleul către încetini rata sintezei proteinelor prin limitarea numărului de molecule mesager trimise către ribozomi pentru traducere.
2. Răspunsul proteic desfășurat crește și capacitatea reticulului endoplasmatic de a pliază proteinele și degradează proteinele pliate greșit.
3. Dacă niciunul dintre acești pași nu rezolvă grămada de proteine, răspunsul proteic desfășurat conține, de asemenea, o siguranță împotriva eșecurilor. Dacă toate celelalte nu reușesc, celulele afectate se vor autodistruge. Aceasta este moartea celulară programată, numită și apoptoza, și este ultima opțiune pe care celula o are pentru a reduce la minimum orice daune pe care le-ar putea provoca proteinele desfăcute sau defectate.

Forma ER se referă la funcțiile sale și se poate modifica după cum este necesar.

De exemplu, mărirea straturilor de foi RER ajută unele celule să secrete un număr mai mare de proteine. În schimb, celulele precum neuronii și celulele musculare care nu secretă cât mai multe proteine ​​pot avea mai mulți tubuli SER.

periferice ER, care este porțiunea care nu este conectată cu anvelopa nucleară, se poate chiar transloca după cum este necesar.

Aceste motive și mecanisme pentru acest lucru fac obiectul cercetării. Poate include alunecarea tubulilor SER de-a lungul microtubuli din citoschelet, trăgând ER în spatele altor organite și chiar inele de tubuli ER care se mișcă în jurul celulei ca niște motoare mici.

Forma ER se modifică, de asemenea, în timpul unor procese celulare, cum ar fi mitoză.

Oamenii de știință încă studiază modul în care au loc aceste schimbări. Un complement de proteine ​​menține forma generală a organitei ER, inclusiv stabilizarea foilor și tubulilor săi și ajutând la determinarea cantităților relative de RER și SER într-o anumită celulă.

Acesta este un domeniu important de studiu pentru cercetătorii interesați de relația dintre ER și boală.

Proteinarea greșită și stresul ER, inclusiv stresul din activarea frecventă a EPU, pot contribui la dezvoltarea bolilor umane. Acestea pot include fibroza chistică, diabetul de tip 2, boala Alzheimer și paraplegia spastică.

Viruși poate, de asemenea, să deturneze ER și să utilizeze utilaje de construcție a proteinelor pentru a produce proteine ​​virale.

Acest lucru poate modifica forma ER și îl poate împiedica să își îndeplinească funcțiile normale pentru celulă. Unii viruși, cum ar fi dengue și SARS, produc vezicule protectoare cu membrană dublă în interiorul membranei ER.