Один из простейших способов понять структуру и функции органеллы помещенные в клетку - и клеточную биологию в целом - значит сравнивать с вещами реального мира.
Например, имеет смысл описать аппарат Гольджи как упаковочный завод или почтовое отделение, поскольку его роль заключается в приеме, модификации, сортировке и отправке ячеек.
Соседняя органелла тела Гольджи, эндоплазматическая сеть, лучше всего понимается как завод по производству клеток. Эта фабрика по производству органелл создает биомолекулы, необходимые для всех жизненных процессов. К ним относятся белки и липиды.
Вы, наверное, уже знаете, насколько важны мембраны для эукариотические клетки; эндоплазматический ретикулум, который включает как шероховатой эндоплазматической сети а также гладкая эндоплазматическая сеть, занимает более половины мембранной недвижимости в клетках животных.
Трудно преувеличить, насколько важна для клетки эта мембранная органелла, строящая биомолекулы.
Строение эндоплазматической сети.
Первые ученые, которые наблюдали за эндоплазматическим ретикулумом, делая первую электронную микрофотографию клетки, были поражены внешним видом эндоплазматического ретикулума.
Для Альберта Клода, Эрнеста Фуллмана и Кейта Портера органелла выглядела «как кружево» из-за складок и пустот. Современные наблюдатели более склонны описывать внешний вид эндоплазматической сети как свернутую ленту или даже как конфету.
Эта уникальная структура гарантирует, что эндоплазматический ретикулум может выполнять свои важные функции в клетке. Эндоплазматический ретикулум лучше всего понимать как длинный фосфолипидная мембрана складывается назад, создавая характерную лабиринтную структуру.
Другой способ представления структуры эндоплазматического ретикулума - это сеть плоских мешочков и трубок, соединенных единой мембраной.
Эта сложенная фосфолипидная мембрана образует изгибы, называемые цистерны. Эти плоские диски фосфолипидной мембраны кажутся сложенными вместе, если смотреть на поперечное сечение эндоплазматической сети под мощным микроскопом.
Кажущиеся пустыми промежутки между этими пакетами так же важны, как и сама мембрана.
Эти области называются просвет. Внутренние пространства, составляющие просвет, наполнены жидкостью и благодаря способу складывания увеличивает общую площадь поверхности органеллы, фактически составляя около 10 процентов площади клетки полный объем.
Два вида ER
Эндоплазматический ретикулум состоит из двух основных частей, названных по их внешнему виду: шероховатой эндоплазматической сети и гладкая эндоплазматическая сеть.
Структура этих участков органеллы отражает их особую роль в клетке. Под линзой микроскопа фосфолипидная мембрана шероховатой эндоплазматической мембраны кажется покрытой точками или выпуклостями.
Эти рибосомы, которые придают шероховатой эндоплазматической сети неровную или шероховатую текстуру (отсюда и его название).
Эти рибосомы фактически представляют собой отдельные органеллы от эндоплазматического ретикулума. Большое количество (до миллионов!) Из них локализуются на шероховатой поверхности эндоплазматического ретикулума, потому что они жизненно важны для его работы, а именно синтеза белка. RER существует в виде сложенных друг на друга листов, которые скручиваются вместе со спиралевидными краями.
Другая сторона эндоплазматической сети - гладкая эндоплазматическая сеть - выглядит совсем иначе.
Хотя этот участок органеллы все еще содержит складчатые лабиринтные цистерны и заполненный жидкостью просвет, поверхность эта сторона фосфолипидной мембраны кажется гладкой или гладкой, потому что гладкая эндоплазматическая сеть не содержит рибосомы.
Эта часть эндоплазматической сети синтезирует липиды скорее, чем белки, поэтому для него не требуются рибосомы.
Грубый эндоплазматический ретикулум (Грубый ER)
Шероховатый эндоплазматический ретикулум, или RER, получил свое название из-за его характерного грубого или шипованного внешнего вида благодаря рибосомам, покрывающим его поверхность.
Помните, что весь эндоплазматический ретикулум действует как завод по производству биомолекулы, необходимые для жизни, такие как белки и липиды. RER - это часть фабрики, занимающаяся производством только белков.
Некоторые из белков, продуцируемых в RER, навсегда останутся в эндоплазматическом ретикулуме.
По этой причине ученые называют эти белки резидентные белки. Другие белки претерпят модификацию, сортировку и доставку в другие области клетки. Однако большое количество белков, встроенных в RER, помечено для секреции из клетки.
Это означает, что после модификации и сортировки эти секреторные белки будут перемещаться через транспортер везикул через клеточная мембрана для работы вне камеры.
Расположение RER в ячейке также важно для его функции.
RER находится прямо рядом с ядро ячейки. Фактически, фосфолипидная мембрана эндоплазматического ретикулума фактически сцепляется с мембранным барьером, который окружает ядро, называемым мембраной. ядерная оболочка или ядерная мембрана.
Такое тесное расположение гарантирует, что RER получает генетическую информацию, необходимую для построения белков, непосредственно из ядра.
Это также позволяет RER сигнализировать ядру, когда построение белка или его укладка идет не так. Благодаря своей непосредственной близости грубая эндоплазматическая сеть может просто послать сообщение ядру, чтобы замедлить производство, в то время как RER догоняет отставание.
Синтез белка в грубой ER
Синтез белка обычно работает так: ядро каждой клетки содержит полный набор ДНК.
Эта ДНК похожа на план, который клетка может использовать для построения таких молекул, как белки. Клетка передает генетическую информацию, необходимую для построения единого белка, от ядра к рибосомам на поверхности RER. Ученые называют этот процесс транскрипция потому что клетка транскрибирует или копирует эту информацию из исходной ДНК с помощью мессенджеров.
Рибосомы, прикрепленные к RER, получают посланников, несущих транскрибированный код, и используют эту информацию для создания цепочки определенных аминокислоты.
Этот шаг называется перевод потому что рибосомы считывают код данных в мессенджере и используют его для определения порядка аминокислот в цепочке, которую они строят.
Эти цепочки аминокислот являются основными единицами белков. В конце концов, эти цепи сворачиваются в функциональные белки и, возможно, даже получат метки или модификации, которые помогут им выполнять свою работу.
Сворачивание белков в грубой ER
Сворачивание белков обычно происходит внутри RER.
Этот шаг придает белкам уникальную трехмерную форму, которая называется его конформация. Сворачивание белков имеет решающее значение, потому что многие белки взаимодействуют с другими молекулами, используя свою уникальную форму для соединения, как ключ, вставляемый в замок.
Неправильно свернутые белки могут не функционировать должным образом, и это нарушение может даже вызвать заболевание человека.
Например, теперь исследователи считают, что проблемы со сворачиванием белков могут вызывать такие нарушения здоровья, как 2-й тип. диабет, муковисцидоз, серповидно-клеточная анемия и нейродегенеративные проблемы, такие как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. болезнь.
Ферменты представляют собой класс белков, которые делают возможными химические реакции в клетке, в том числе процессы, участвующие в метаболизме, который является способом доступа клетки к энергии.
Лизосомные ферменты помогают клетке разрушать нежелательное клеточное содержимое, такое как старые органеллы и неправильно свернутые белки, чтобы восстановить клетку и использовать отходы для получения энергии.
Мембранные белки и сигнальные белки помогают клеткам общаться и работать вместе. Некоторым тканям требуется небольшое количество белков, тогда как другим тканям требуется много. Эти ткани обычно выделяют больше места для RER, чем другие ткани с более низкими потребностями в синтезе белка.
•••Наука
Гладкая эндоплазматическая сеть (гладкая ER)
В гладком эндоплазматическом ретикулуме, или SER, отсутствуют рибосомы, поэтому его мембраны под микроскопом выглядят как гладкие или гладкие канальцы.
Это имеет смысл, потому что эта часть эндоплазматического ретикулума вырабатывает липиды или жиры, а не белки, и, следовательно, не нуждается в рибосомах. Эти липиды могут включать жирные кислоты, фосфолипиды и молекулы холестерина.
Фосфолипиды и холестерин необходимы для построения плазматических мембран в клетке.
SER производит липидные гормоны, необходимые для правильного функционирования эндокринная система.
К ним относятся стероидные гормоны, полученные из холестерина, такие как эстроген и тестостерон. Поскольку SER играет важную роль в производстве гормонов, клетки, которым требуется много стероидных гормонов, например, в семенниках и яичниках, как правило, выделяют больше клеточного пространства для SER.
SER также участвует в метаболизме и детоксикации. Оба эти процесса происходят в клетках печени, поэтому ткани печени обычно имеют большее количество SER.
Когда сигналы гормонов указывают на низкий запас энергии, почки и клетки печени начать путь производства энергии, называемый глюконеогенез.
Этот процесс создает в клетке важный источник энергии глюкозу из неуглеводных источников. SER в клетках печени также помогает этим клеткам печени удалять токсины. Для этого SER переваривает части опасного соединения, чтобы сделать его водорастворимым, чтобы организм мог выводить токсин с мочой.
Саркоплазматический ретикулум в мышечных клетках
Узкоспециализированная форма эндоплазматического ретикулума обнаруживается в некоторых мышечные клетки, называется миоциты. Эта форма, называемая саркоплазматическая сеть, обычно обнаруживается в клетках сердца (сердца) и скелетных мышц.
В этих клетках органелла управляет балансом ионов кальция, которые клетки используют для расслабления и сокращения мышечных волокон. Накопленные ионы кальция поглощаются мышечными клетками, пока клетки расслабляются, и высвобождаются из мышечных клеток во время сокращение мышц. Проблемы с саркоплазматической сетью могут привести к серьезным проблемам со здоровьем, включая сердечную недостаточность.
Развернутый белковый ответ
Вы уже знаете, что эндоплазматический ретикулум является частью синтеза и сворачивания белка.
Правильная укладка белков имеет решающее значение для создания белков, которые могут правильно выполнять свою работу, и, как упоминалось ранее, неправильной укладки. может привести к неправильному функционированию белков или их неработоспособности, что может привести к серьезным заболеваниям, таким как тип 2 сахарный диабет.
По этой причине эндоплазматический ретикулум должен гарантировать, что только правильно уложенные белки транспортируются из эндоплазматического ретикулума в аппарат Гольджи для упаковки и транспортировки.
Эндоплазматический ретикулум обеспечивает контроль качества белка с помощью механизма, называемого развернутый белковый ответ, или UPR.
По сути, это очень быстрая передача сигналов клетки, которая позволяет RER взаимодействовать с ядром клетки. Когда развернутые или неправильно свернутые белки начинают накапливаться в просвете эндоплазматического ретикулума, RER запускает ответ развернутого белка. Это делает три вещи:
- Он сигнализирует ядру о том, что замедлить скорость синтеза белка ограничивая количество молекул-мессенджеров, отправляемых рибосомам для трансляции.
- Развернутый белковый ответ также увеличивает способность эндоплазматического ретикулума к свернуть белки и разрушить неправильно свернутые белки.
- Если ни один из этих шагов не решит проблему накопления белка, ответ на развернутый белок также содержит отказоустойчивый. Если ничего не помогает, пораженные клетки самоуничтожаются. Это запрограммированная гибель клеток, также называемая апоптоз, и это последний вариант, который клетка должна минимизировать любые повреждения, которые могут вызвать развернутые или неправильно свернутые белки.
ER Форма
Форма ER связана с его функциями и может меняться по мере необходимости.
Например, увеличение слоев RER-листов помогает некоторым клеткам секретировать большее количество белков. И наоборот, клетки, такие как нейроны и мышечные клетки, которые не секретируют так много белков, могут иметь больше канальцев SER.
В периферический ER, которая является частью, не связанной с ядерной оболочкой, может даже перемещаться по мере необходимости.
Причины и механизмы этого являются предметом исследования. Он может включать в себя скользящие канальцы SER вдоль микротрубочки принадлежащий цитоскелет, перетаскивая ER за другие органеллы и даже кольца канальцев ER, которые перемещаются вокруг клетки как маленькие моторы.
Форма ER также изменяется во время некоторых клеточных процессов, таких как митоз.
Ученые все еще изучают, как происходят эти изменения. Набор белков поддерживает общую форму органеллы ER, в том числе стабилизирует ее листы и канальцы и помогает определять относительные количества RER и SER в конкретной клетке.
Это важная область исследований для исследователей, интересующихся взаимосвязью между ER и заболеванием.
ER и болезни человека
Неправильная укладка белков и стресс ER, включая стресс от частой активации UPR, могут способствовать развитию болезней человека. Они могут включать муковисцидоз, диабет 2 типа, болезнь Альцгеймера и спастическую параплегию.
Вирусы может также захватить ER и использовать механизм построения белка для производства вирусных белков.
Это может изменить форму ER и помешать ему выполнять свои обычные функции для клетки. Некоторые вирусы, такие как денге и атипичная пневмония, образуют защитные двухмембранные везикулы внутри мембраны ER.