Eden najpreprostejših načinov za razumevanje struktur in funkcij organele v celici - in celični biologiji kot celoti - je primerjati jih s stvarmi iz resničnega sveta.
Na primer, smiselno je opisati Golgijev aparat kot pakirnica ali pošta, ker je njena vloga sprejemanje, spreminjanje, razvrščanje in odprema celičnega tovora.
Soseda organele Golgijevega telesa, Endoplazemski retikulum, je najbolje razumeti kot obrat za proizvodnjo celic. Ta tovarna organelov gradi biomolekule, potrebne za vse življenjske procese. Sem spadajo beljakovine in lipidi.
Verjetno že veste, kako pomembne so membrane evkariontske celice; endoplazemski retikulum, ki vključuje oba hrapav endoplazemski retikulum in gladek endoplazemski retikulum, zavzame več kot polovico membranskih nepremičnin v živalskih celicah.
Težko bi pretiravali, kako pomemben je ta membranski organel, ki gradi biomolekule, za celico.
Struktura endoplazemskega retikuluma
Prvi znanstveniki, ki so opazili endoplazemski retikulum - med jemanjem prve elektronske mikrografije celice - so bili prizadeti zaradi videza endoplazmatskega retikuluma.
Za Alberta Clauda, Ernesta Fullmana in Keitha Porterja je organela zaradi gub in praznih prostorov izgledala "kot čipka". Sodobni opazovalci videz endoplazmatskega retikuluma bolj verjetno opisujejo kot zložen trak ali celo sladkarije.
Ta edinstvena struktura zagotavlja, da lahko endoplazemski retikulum opravlja pomembne vloge v celici. Endoplazemski retikulum je najbolje razumeti kot dolg fosfolipidna membrana zložen nazaj nase, da ustvari svojo značilno strukturo, podobno labirintu.
Drug način razmišljanja o strukturi endoplazmatskega retikuluma je mreža ravnih vrečk in cevi, povezanih z eno samo membrano.
Ta zložena fosfolipidna membrana tvori zavoje, imenovane cisterne. Ti ploski diski fosfolipidne membrane so videti zloženi skupaj, ko pod močnim mikroskopom gledamo prerez endoplazemskega retikuluma.
Na videz prazni prostori med temi vrečami so prav tako pomembni kot membrana sama.
Ta območja se imenujejo lumen. Notranji prostori, ki sestavljajo lumen, so polni tekočine in zahvaljujoč načinu zlaganja povečuje celotno površino organele, dejansko predstavlja približno 10 odstotkov celice skupna prostornina.
Dve vrsti ER
Endoplazemski retikulum vsebuje dva glavna odseka, imenovana po videzu: hrapav endoplazemski retikulum in gladek endoplazemski retikulum.
Struktura teh območij organele odraža njihove posebne vloge v celici. Pod mikroskopsko lečo se zdi, da je fosfolipidna membrana grobe endoplazmatske membrane prekrita s pikami ali izboklinami.
To so ribosomi, ki hrapavemu endoplazmatskemu retikulumu dajo nerodno ali hrapavo strukturo (in s tem njegovo ime).
Ti ribosomi so dejansko ločeni organeli od endoplazemskega retikuluma. Veliko število (do milijonov!) Se jih lokalizira na površini grobega endoplazemskega retikuluma, ker so bistvenega pomena za njegovo nalogo, to je sintezo beljakovin. RER obstaja kot zloženi listi, ki se zvijajo skupaj z vijačnimi robovi.
Druga stran endoplazmatskega retikuluma - gladka endoplazmatska mreža - je videti povsem drugače.
Medtem ko ta del organele še vedno vsebuje zložene, labirintu podobne cisterne in lumen, napolnjen s tekočino, je površina ta stran fosfolipidne membrane je videti gladka ali gladka, ker gladek endoplazemski retikulum ne vsebuje ribosomi.
Ta del endoplazemskega retikuluma sintetizira lipidi raje kot beljakovin, zato ne zahteva ribosomov.
Grobi endoplazmični retikulum (grobi ER)
Grobi endoplazemski retikulum ali RER dobi ime zaradi značilnega hrapavega ali šipastega videza, zahvaljujoč ribosomom, ki pokrivajo njegovo površino.
Ne pozabite, da celoten endoplazemski retikulum deluje kot proizvodni obrat za biomolekule, potrebne za življenje, kot so beljakovine in lipidi. RER je del tovarne, namenjen proizvodnji samo beljakovin.
Nekateri proteini, proizvedeni v RER, bodo za vedno ostali v endoplazemskem retikulumu.
Iz tega razloga znanstveniki te beljakovine imenujejo rezidenčne beljakovine. Drugi proteini bodo spremenjeni, razvrščeni in odpremljeni na druga področja celice. Vendar pa je veliko število proteinov, vgrajenih v RER, označenih za izločanje iz celice.
To pomeni, da bodo po modifikaciji in razvrščanju te sekretorne beljakovine potovale preko transporterja vezikula skozi celična membrana za dela zunaj celice.
Lokacija RER znotraj celice je prav tako pomembna za njegovo delovanje.
RER je tik ob ulici jedro celice. Dejansko se fosfolipidna membrana endoplazemskega retikuluma dejansko zaskoči z membransko pregrado, ki obdaja jedro, imenovano jedrska ovojnica ali jedrska membrana.
Ta tesna ureditev zagotavlja, da RER dobi genetske informacije, ki jih potrebuje za izgradnjo beljakovin, neposredno iz jedra.
Omogoča tudi, da RER signalizira jedro, kadar se gradnja beljakovin ali zlaganje beljakovin pokvari. Zaradi svoje neposredne bližine lahko grobi endoplazemski retikulum preprosto pošlje sporočilo jedru, da upočasni proizvodnjo, medtem ko RER dohiteva zaostanek.
Sinteza beljakovin v grobi ER
Sinteza beljakovin na splošno deluje tako: Jedro vsake celice vsebuje celoten nabor DNK.
Ta DNA je kot načrt, ki ga celica lahko uporablja za gradnjo molekul, kot so beljakovine. Celica prenaša genetske informacije, potrebne za izgradnjo enega samega proteina, iz jedra v ribosome na površini RER. Znanstveniki temu pravijo prepis ker celica s pomočjo sporočil prepiše ali kopira te informacije iz prvotne DNA.
Ribosomi, pritrjeni na RER, sprejmejo glasnike, ki nosijo prepisano kodo, in te informacije uporabijo za izdelavo verige specifičnih amino kisline.
Ta korak se imenuje prevod ker ribosomi preberejo podatkovno kodo na selniku in z njo določijo vrstni red aminokislin v verigi, ki jo gradijo.
Ti nizi aminokislin so osnovne enote beljakovin. Sčasoma se bodo te verige zložile v funkcionalne beljakovine in morda celo prejele nalepke ali modifikacije, ki jim bodo pomagale opravljati svoje delo.
Zlaganje beljakovin v grobi ER
Zlaganje beljakovin se običajno zgodi v notranjosti RER.
Ta korak daje beljakovinam edinstveno tridimenzionalno obliko, imenovano njena konformacija. Zlaganje beljakovin je ključnega pomena, ker veliko beljakovin sodeluje z drugimi molekulami s svojo edinstveno obliko, da se kot ključ prilega v ključavnico.
Napačno zložene beljakovine morda ne bodo delovale pravilno in ta okvara lahko celo povzroči človeško bolezen.
Na primer, raziskovalci zdaj verjamejo, da lahko težave z zlaganjem beljakovin povzročijo zdravstvene motnje, kot je tip 2 diabetes, cistična fibroza, bolezen srpastih celic in nevrodegenerativne težave, kot sta Alzheimerjeva bolezen in Parkinsonova bolezen bolezen.
Encimi so razred beljakovin, ki omogočajo kemične reakcije v celici, vključno s tistimi procesi, ki sodelujejo pri presnovi, kar pomeni, da celica dostopa do energije.
Lizozomski encimi pomagajo celici razgraditi neželeno celično vsebino, na primer stare organele in napačno zvite beljakovine, da popravi celico in izkoristi odpadni material za svojo energijo.
Membranski proteini in signalni proteini pomagajo celicam, da komunicirajo in sodelujejo. Nekatera tkiva potrebujejo majhno število beljakovin, druga tkiva pa veliko. Ta tkiva RER običajno namenijo več prostora kot druga tkiva z nižjimi potrebami po sintezi beljakovin.
•••Učenje
Gladki endoplazemski retikulum (gladka ER)
V gladkem endoplazmatskem retikulumu ali SER manjka ribosomov, zato so njegove membrane pod mikroskopom videti kot gladke ali gladke tubule.
To je smiselno, ker ta del endoplazemskega retikuluma namesto beljakovin gradi lipide ali maščobe in zato ne potrebuje ribosomov. Ti lipidi lahko vključujejo maščobne kisline, fosfolipidi in molekule holesterola.
Fosfolipidi in holesterol so potrebni za izgradnjo plazemskih membran v celici.
SER proizvaja lipidne hormone, ki so potrebni za pravilno delovanje endokrini sistem.
Sem spadajo steroidni hormoni, izdelani iz holesterola, kot sta estrogen in testosteron. Zaradi glavne vloge, ki jo ima SER pri proizvodnji hormonov, celice, ki potrebujejo veliko steroidnih hormonov, na primer v modih in jajčnikih, praviloma posvečajo več celičnih nepremičnin.
SER je vključen tudi v presnovo in razstrupljanje. Oba procesa se dogajata v jetrnih celicah, zato imata jetrna tkiva običajno večjo količino SER.
Ko hormonski signali kažejo, da so zaloge energije nizke, ledvice in jetrne celice začeti pot za proizvodnjo energije, imenovano glukoneogeneza.
Ta proces ustvarja pomemben vir energije glukoze iz ne-ogljikovih hidratov v celici. SER v jetrnih celicah pomaga tudi tem jetrnim celicam pri odstranjevanju toksinov. Da bi to naredil, SER prebavi dele nevarne spojine, da postane vodotopna, tako da telo lahko izloči toksin skozi urin.
Sarkoplazemski retikulum v mišičnih celicah
Pri nekaterih se pokaže visoko specializirana oblika endoplazemskega retikuluma mišične celice, poklical miociti. Ta obrazec, imenovan sarkoplazemski retikulum, se običajno nahaja v srčnih (srčnih) in skeletnih mišičnih celicah.
V teh celicah organela upravlja z ravnovesjem kalcijevih ionov, ki jih celice uporabljajo za sprostitev in krčenje mišičnih vlaken. Shranjeni kalcijevi ioni se absorbirajo v mišične celice, medtem ko so celice sproščene in se med tem sprostijo iz mišičnih celic krčenje mišic. Težave s sarkoplazmatskim retikulumom lahko povzročijo resne zdravstvene težave, vključno s srčnim popuščanjem.
Odprti beljakovinski odziv
Že veste, da je endoplazemski retikulum del sinteze in zlaganja beljakovin.
Pravilno zlaganje beljakovin je ključnega pomena za izdelavo beljakovin, ki lahko pravilno opravljajo svoje naloge, in kot že omenjeno, napačno zlaganje lahko povzroči, da beljakovine delujejo nepravilno ali sploh ne delujejo, kar lahko vodi do resnih zdravstvenih stanj, kot je tip 2 diabetes.
Iz tega razloga mora endoplazemski retikulum zagotoviti, da se samo pravilno zloženi proteini prenašajo iz endoplazmatskega retikuluma v Golgijev aparat za pakiranje in pošiljanje.
Endoplazemski retikulum zagotavlja nadzor kakovosti beljakovin z mehanizmom, imenovanim razgrnjen odziv beljakovinali UPR.
To je v bistvu zelo hitro celično signaliziranje, ki RER omogoča komunikacijo s celičnim jedrom. Ko se nerazviti ali zloženi proteini začnejo kopičiti v lumnu endoplazmatskega retikuluma, RER sproži nerazviti proteinski odziv. To naredi tri stvari:
- Jedro signalizira upočasnijo hitrost sinteze beljakovin z omejevanjem števila molekul sel, poslanih ribosomom v prevod.
- Nepogrnjen beljakovinski odziv poveča tudi sposobnost endoplazemskega retikuluma prepognemo beljakovine in razgradijo zložene beljakovine.
- Če noben od teh korakov ne reši kopičenja beljakovin, razgrnjen beljakovinski odziv vsebuje tudi varno delovanje. Če vse drugo ne uspe, se prizadete celice samodejno uničijo. To je programirana celična smrt, imenovana tudi apoptoza, in je zadnja možnost, ki jo mora celica zmanjšati na morebitno škodo, ki bi jo razvili ali zložili beljakovine.
Oblika ER
Oblika ER je odvisna od njegovih funkcij in se lahko po potrebi spreminja.
Na primer, povečanje plasti RER listov pomaga nekaterim celicam izločati večje število beljakovin. Nasprotno pa imajo lahko celice, kot so nevroni in mišične celice, ki ne izločajo toliko beljakovin, več tubulov SER.
The periferni ER, ki je del, ki ni povezan z jedrsko ovojnico, se lahko celo premakne po potrebi.
Ti razlogi in mehanizmi za to so predmet raziskav. Vključuje lahko drsne cevčke SER vzdolž mikrotubule od citoskelet, povlečete ER za drugimi organelami in celo obroči ER tubulov, ki se gibljejo po celici kot majhni motorji.
Oblika ER se spremeni tudi med nekaterimi celičnimi procesi, kot je npr mitoza.
Znanstveniki še vedno preučujejo, kako te spremembe potekajo. Dopolnilo beljakovin ohranja celotno obliko ER organele, vključno s stabiliziranjem njegovih listov in tubulov ter pomaga določiti relativne količine RER in SER v določeni celici.
To je pomembno področje študija za raziskovalce, ki jih zanima razmerje med ER in boleznijo.
ER in človeška bolezen
Napačno zvijanje beljakovin in stres zaradi ER, vključno s stresom zaradi pogoste aktivacije UPR, lahko prispevajo k razvoju bolezni ljudi. Ti lahko vključujejo cistično fibrozo, diabetes tipa 2, Alzheimerjevo bolezen in spastično paraplegijo.
Virusi lahko tudi ugrabi ER in z mehanizmi za tvorjenje beljakovin izloči virusne beljakovine.
To lahko spremeni obliko ER in mu prepreči, da bi opravljal svoje običajne funkcije za celico. Nekateri virusi, kot sta denga in SARS, tvorijo zaščitne dvomembranske vezikule znotraj membrane ER.