Endoplazmatické retikulum (hrubé a hladké): Štruktúra a funkcia (so schémou)

Jeden z najjednoduchších spôsobov pochopenia štruktúr a funkcií systému organely umiestnené v bunke - a bunkovej biológii ako celku - je porovnávať ich s vecami zo skutočného sveta.

Napríklad má zmysel opísať Golgiho aparát ako baliareň alebo pošta, pretože jej úlohou je prijímať, upravovať, triediť a odosielať celulárny náklad.

Susedná organela tela Golgiho, endoplazmatické retikulumsa najlepšie chápe ako výrobný závod bunky. Táto továreň na výrobu organel vyrába biomolekuly potrebné pre všetky životné procesy. Patria sem proteíny a lipidy.

Pravdepodobne už viete, aké dôležité sú membrány eukaryotické bunky; endoplazmatické retikulum, ktoré obsahuje obidve hrubé endoplazmatické retikulum a hladké endoplazmatické retikulum, zaberá viac ako polovicu nehnuteľnosti membrány v živočíšnych bunkách.

Bolo by ťažké prehnať, aké dôležité je pre bunku táto membránová organela, ktorá vytvára biomolekuly.

Prvých vedcov, ktorí pozorovali endoplazmatické retikulum, zachytili - zatiaľ čo urobili prvý elektrónový mikrofotografiu bunky - vzhľad endoplazmatického retikula.

Pre Alberta Clauda, ​​Ernesta Fullmana a Keitha Portera vyzerala organela pre svoje záhyby a prázdne miesta „ako čipka“. Moderní pozorovatelia pravdepodobne popisujú vzhľad endoplazmatického retikula ako zloženú stužku alebo dokonca stužkový cukrík.

Táto jedinečná štruktúra zaisťuje, že endoplazmatické retikulum môže v bunke vykonávať svoje dôležité úlohy. Endoplazmatické retikulum možno najlepšie chápať ako dlhé fosfolipidová membrána zložil späť na seba a vytvoril tak svoju charakteristickú štruktúru podobnú bludisku.

Ďalším spôsobom uvažovania o štruktúre endoplazmatického retikula je sieť plochých vakov a hadičiek spojených jednou membránou.

Táto zložená fosfolipidová membrána vytvára ohyby tzv cisterny. Tieto ploché disky fosfolipidovej membrány sa pri pohľade na prierez endoplazmatického retikula pod silným mikroskopom javia ako spojené.

Zdanlivo prázdne miesta medzi týmito vreckami sú rovnako dôležité ako samotná membrána.

Tieto oblasti sa nazývajú lúmen. Vnútorné priestory, ktoré tvoria lúmen, sú plné tekutiny a vďaka tomu sú zložiteľné zvyšuje celkový povrch organely, v skutočnosti tvorí asi 10 percent bunky celkový objem.

Endoplazmatické retikulum obsahuje dve hlavné časti pomenované podľa vzhľadu: hrubé endoplazmatické retikulum a hladké endoplazmatické retikulum.

Štruktúra týchto oblastí organely odráža ich špeciálne úlohy v bunke. Pod šošovkou mikroskopu sa zdá, že fosfolipidová membrána drsnej endoplazmatickej membrány je pokrytá bodkami alebo hrčkami.

Toto sú ribozómy, ktoré dodávajú drsnému endoplazmatickému retikulu hrboľatú alebo drsnú textúru (a teda aj jeho názov).

Tieto ribozómy sú vlastne samostatné organely od endoplazmatického retikula. Veľké množstvo (až milióny!) Z nich sa lokalizuje na povrchu drsného endoplazmatického retikula, pretože sú nevyhnutné pre jeho prácu, ktorou je syntéza bielkovín. RER existuje ako stohované listy, ktoré sa krútia spolu, s okrajmi v tvare špirály.

Druhá strana endoplazmatického retikula - hladké endoplazmatické retikulum - vyzerá celkom inak.

Zatiaľ čo táto časť organely stále obsahuje zložené cisterny v tvare bludiska a lúmen naplnený tekutinou, povrch táto strana fosfolipidovej membrány sa javí hladká alebo elegantná, pretože hladké endoplazmatické retikulum neobsahuje ribozómy.

Táto časť endoplazmatického retikula sa syntetizuje lipidy radšej než bielkoviny, takže nevyžaduje ribozómy.

Drsné endoplazmatické retikulum, alebo RER, získa svoje meno podľa charakteristického drsného alebo hrotitého vzhľadu vďaka ribozómom, ktoré pokrývajú jeho povrch.

Pamätajte, že celé endoplazmatické retikulum funguje ako výrobný závod pre biomolekuly potrebné pre život, ako sú proteíny a lipidy. RER je časť továrne zameraná na produkciu iba bielkovín.

Niektoré z proteínov produkovaných v RER zostanú navždy v endoplazmatickom retikule.

Z tohto dôvodu vedci nazývajú tieto proteíny rezidentné proteíny. Ostatné proteíny budú podrobené modifikácii, triedeniu a transportu do ďalších oblastí bunky. Avšak veľké množstvo proteínov zabudovaných v RER je označených na vylučovanie z bunky.

To znamená, že po modifikácii a triedení budú tieto sekrečné proteíny cestovať transportérom vezikúl cez bunková membrána pre práce mimo cely.

Umiestnenie RER v bunke je tiež dôležité pre jeho funkciu.

RER je hneď vedľa jadro bunky. Fosfolipidová membrána endoplazmatického retikula sa v skutočnosti pripája k membránovej bariére, ktorá obklopuje jadro, ktorá sa nazýva jadrová obálka alebo jadrová membrána.

Toto tesné usporiadanie zaisťuje, že RER prijíma genetické informácie potrebné na tvorbu proteínov priamo z jadra.

Umožňuje tiež RER signalizovať jadro, keď dôjde k zlyhaniu vytvárania alebo skladania proteínov. Vďaka svojej tesnej blízkosti môže drsné endoplazmatické retikulum jednoducho vystreliť správu do jadra a spomaliť tak produkciu, zatiaľ čo RER vyrovnáva nevybavené stavy.

Syntézy bielkovín všeobecne funguje takto: Jadro každej bunky obsahuje úplnú sadu DNA.

Táto DNA je ako plán, ktorý môže bunka použiť na tvorbu molekúl, ako sú proteíny. Bunka prenáša genetickú informáciu potrebnú na vytvorenie jediného proteínu z jadra do ribozómov na povrchu RER. Vedci tento proces nazývajú prepis pretože bunka prepisuje alebo kopíruje tieto informácie z pôvodnej DNA pomocou poslov.

Ribozómy pripojené k RER prijímajú poslov nesúcich prepísaný kód a pomocou týchto informácií vytvárajú reťaz špecifických aminokyseliny.

Tento krok sa nazýva preklad pretože ribozómy načítajú dátový kód na messengeri a pomocou neho rozhodujú o poradí aminokyselín v reťazci, ktorý vytvárajú.

Tieto reťazce aminokyselín sú základnými jednotkami bielkovín. Nakoniec sa tieto reťazce zložia do funkčných proteínov a možno dokonca dostanú štítky alebo modifikácie, ktoré im pomôžu vykonávať svoju prácu.

Skladanie bielkovín sa zvyčajne deje vo vnútri RER.

Tento krok dáva proteínom jedinečný trojrozmerný tvar, ktorý sa nazýva jeho konformácia. Skladanie proteínov je zásadné, pretože veľa proteínov interaguje s inými molekulami pomocou svojho jedinečného tvaru, aby sa spojili ako kľúč zapadajúci do zámku.

Nesprávne poskladané proteíny nemusia správne fungovať a táto porucha môže dokonca spôsobiť ochorenie človeka.

Vedci sa napríklad teraz domnievajú, že problémy so skladaním bielkovín môžu spôsobiť zdravotné poruchy, ako je typ 2 cukrovka, cystická fibróza, kosáčikovité choroby a neurodegeneratívne problémy ako Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba choroba.

Enzýmy sú triedou proteínov, ktoré umožňujú v bunke chemické reakcie, vrátane tých procesov, ktoré sa podieľajú na metabolizme, čo je spôsob, akým bunka získava energiu.

Lyzozomálne enzýmy pomáhajú bunke odbúravať nežiaduci bunkový obsah, ako sú staré organely a nesprávne poskladané proteíny, s cieľom opraviť bunku a odčerpať z odpadového materiálu jeho energiu.

Membránové proteíny a signálne proteíny pomáhajú bunkám komunikovať a spolupracovať. Niektoré tkanivá potrebujú malý počet bielkovín, zatiaľ čo iné tkanivá vyžadujú veľa. Tieto tkanivá zvyčajne venujú viac priestoru RER ako iné tkanivá s nižšími potrebami syntézy bielkovín.

•••Vedenie

Hladkému endoplazmatickému retikulu alebo SER chýbajú ribozómy, takže jeho membrány vyzerajú pod mikroskopom ako hladké alebo elegantné tubuly.

To dáva zmysel, pretože táto časť endoplazmatického retikula vytvára skôr lipidy alebo tuky ako bielkoviny, a preto nepotrebuje ribozómy. Tieto lipidy môžu obsahovať mastné kyseliny, fosfolipidy a molekuly cholesterolu.

Fosfolipidy a cholesterol sú potrebné na stavbu plazmatických membrán v bunke.

SER produkuje lipidové hormóny, ktoré sú potrebné pre správne fungovanie endokrinný systém.

Patria sem steroidné hormóny vyrobené z cholesterolu, ako je estrogén a testosterón. Pretože SER hrá hlavnú úlohu v produkcii hormónov, bunky vyžadujúce veľa steroidných hormónov, ako sú bunky v semenníkoch a vaječníkoch, majú tendenciu venovať SER viac bunkových nehnuteľností.

SER sa tiež podieľa na metabolizme a detoxikácii. Oba tieto procesy prebiehajú v pečeňových bunkách, takže pečeňové tkanivá majú zvyčajne väčšie množstvo SER.

Keď signály hormónov naznačujú, že zásoby energie sú nízke, obličky a pečeňové bunky začať cestu na výrobu energie zvanú glukoneogenéza.

Tento proces vytvára dôležitý zdroj energie glukózy z iných ako sacharidových zdrojov v bunke. SER v pečeňových bunkách tiež pomáha týmto pečeňovým bunkám odstraňovať toxíny. Za týmto účelom SER strávi časti nebezpečnej zlúčeniny, aby bola rozpustná vo vode, aby telo mohlo vylučovať toxín močom.

U niektorých sa ukazuje vysoko špecializovaná forma endoplazmatického retikula svalové bunky, zavolal myocyty. Tento formulár sa nazýva sarkoplazmatického retikula, sa zvyčajne nachádza v bunkách srdca (srdca) a kostrového svalstva.

V týchto bunkách organela riadi rovnováhu iónov vápnika, ktoré bunky používajú na relaxáciu a kontrakciu svalových vlákien. Uložené vápenaté ióny absorbujú do svalových buniek, zatiaľ čo sú bunky uvoľnené a počas nich sa zo svalových buniek uvoľňujú svalová kontrakcia. Problémy so sarkoplazmatickým retikulom môžu viesť k vážnym zdravotným problémom vrátane srdcového zlyhania.

Už viete, že endoplazmatické retikulum je súčasťou syntézy a skladania proteínov.

Správne skladanie bielkovín je rozhodujúce pre výrobu bielkovín, ktoré môžu robiť svoju prácu správne, a ako už bolo spomenuté, nesprávne skladanie môže spôsobiť nesprávne alebo nefunkčné fungovanie bielkovín, čo môže viesť k vážnym zdravotným stavom, ako je typ 2 cukrovka.

Z tohto dôvodu musí endoplazmatické retikulum zabezpečiť, aby sa iba správne zložené proteíny transportovali z endoplazmatického retikula do Golgiho aparátu na zabalenie a prepravu.

Endoplazmatické retikulum zaisťuje kontrolu kvality bielkovín mechanizmom nazývaným rozvinutá proteínová odpoveďalebo UPR.

Toto je v podstate veľmi rýchla bunková signalizácia, ktorá umožňuje RER komunikovať s bunkovým jadrom. Keď sa rozvinuté alebo nesprávne poskladané proteíny začnú hromadiť v lúmene endoplazmatického retikula, RER spustí rozvinutú proteínovú reakciu. Toto robí tri veci:

1. Signalizuje jadro spomaliť rýchlosť syntézy bielkovín obmedzením počtu mediálnych molekúl vysielaných do ribozómov na preklad.
2. Rozvinutá proteínová odpoveď tiež zvyšuje schopnosť endoplazmatického retikula zložte proteíny a degradujte nesprávne poskladané proteíny.
3. Ak ani jeden z týchto krokov nevyrieši hromadenie proteínov, rozvinutá proteínová odpoveď obsahuje aj zabezpečenie proti zlyhaniu. Ak zlyhajú iné možnosti, postihnuté bunky sa samy zničia. Toto je programovaná bunková smrť, ktorá sa tiež nazýva apoptózaa je poslednou možnosťou, ktorú musí bunka minimalizovať, aby mohli spôsobiť akékoľvek škody, ktoré by mohli spôsobiť rozvinuté alebo nesprávne zložené proteíny.

Tvar ER súvisí s jeho funkciami a môže sa podľa potreby meniť.

Napríklad zväčšenie vrstiev listov RER pomáha niektorým bunkám vylučovať väčšie množstvo bielkovín. Naopak, bunky ako neuróny a svalové bunky, ktoré nevylučujú toľko proteínov, môžu mať viac tubulov SER.

The periférne ER, čo je časť nesúvisiaca s jadrovým plášťom, sa môže podľa potreby dokonca premiestniť.

Tieto dôvody a mechanizmy sú predmetom výskumu. Môže obsahovať posuvné tubusy SER pozdĺž mikrotubuly z cytoskelet, pretiahnutím ER za ďalšie organely a dokonca za krúžky tubulov ER, ktoré sa pohybujú okolo bunky ako malé motory.

Tvar ER sa tiež mení počas niektorých bunkových procesov, ako napr mitóza.

Vedci stále študujú, ako tieto zmeny prebiehajú. Doplnok proteínov udržuje celkový tvar organely ER, vrátane stabilizácie jej plátov a tubulov a pomáha určovať relatívne množstvá RER a SER v konkrétnej bunke.

Toto je dôležitá oblasť štúdia pre výskumníkov zaujímajúcich sa o vzťah medzi ER a chorobou.

Nesprávne poskladanie bielkovín a stres ER, vrátane stresu z častej aktivácie UPR, môžu prispieť k rozvoju chorôb u ľudí. Môžu to byť cystická fibróza, cukrovka 2. typu, Alzheimerova choroba a spastická paraplégia.

Vírusy môže tiež uniesť ER a použiť stroje na tvorbu proteínov na vyvrhnutie vírusových proteínov.

To môže zmeniť tvar ER a zabrániť mu vo vykonávaní normálnych funkcií pre bunku. Niektoré vírusy, ako napríklad dengue a SARS, vytvárajú ochranné membrány s dvojitou membránou vo vnútri membrány ER.