Vsebina
- Struktura endosplazmatskega retikuluma
- Dve vrsti ER
- Grobi endoplazemski retikulum (groba ER)
- Sinteza beljakovin v grobi ER
- Zlaganje beljakovin v grobi ER
- Gladki endoplazemski retikulum (Smooth ER)
- Sarkoplazemski retikulum v mišičnih celicah
- Nepokrit odziv na beljakovine
- Oblika ER
- ER in človeška bolezen
Eden najpreprostejših načinov za razumevanje struktur in funkcij organelov v celici - in celične biologije kot celote - je primerjanje le-teh s stvarmi iz resničnega sveta.
Na primer, smiselno je opisovati Golgijev aparat kot pakirnico ali pošto, ker je njegova vloga sprejemati, spreminjati, razvrščevati in odpremljati celični tovor.
Orgijeva soseda Golgijevega telesa Endoplazemski retikulum, je najbolje razumeti kot obrat za proizvodnjo celic. Ta tovarna organelle gradi biomolekule, potrebne za vse življenjske procese. Sem spadajo beljakovine in lipidi.
Verjetno že veste, kako pomembne so membrane za evkariontske celice; endoplazemski retikulum, ki vključuje oboje grobi endoplazemski retikulum in gladek endoplazemski retikulum, zavzema več kot polovico nepremičninskih membran v živalskih celicah.
Težko bi pretiraval, kako pomemben je ta membranski organol, ki tvori biomolekule, za celico.
Struktura endosplazmatskega retikuluma
Prvi znanstveniki, ki so opazovali endoplazemski retikulum - medtem ko so odvzeli prvi elektronski mikrograf celice - so bili prizadeti zaradi videza endoplazemskega retikuluma.
Za Alberta Clauda, Ernesta Fullmana in Keitha Porterja je organela zaradi pregibov in praznih prostorov izgledala »čipkasto«. Sodobni opazovalci pogosteje opisujejo videz endoplazemskega retikuluma kot zložen trak ali celo bombonski trak.
Ta edinstvena struktura zagotavlja, da lahko endoplazemski retikulum opravlja pomembne vloge v celici. Endplazemski retikulum se najbolje razume kot dolg fosfolipidna membrana zložen nazaj na sebi, da ustvari svojo značilno zgradbo v obliki labirinta.
Drug način razmišljanja o strukturi endoplazemskega retikuluma je mreža ravnih vrečic in cevi, povezanih z eno samo membrano.
Ta prepognjena fosfolipidna membrana tvori ovinke, imenovane cisterne. Ti ploščati diski iz fosfolipidne membrane so videti zloženi med gledanjem prečnega prereza endoplazemskega retikuluma pod močnim mikroskopom.
Navidez prazni prostori med temi vrečkami 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 v resnici približno 10 odstotkov celotne prostornine celice.
Dve vrsti ER
Endoplazmatski retikulum vsebuje dva glavna odseka, imenovana po videzu: grobi endoplazemski retikulum in gladek endoplazemski retikulum.
Struktura teh območij organele odraža njihove posebne vloge v celici. Pod lečo mikroskopa se zdi, da je fosfolipidna membrana grobe endoplazmatske membrane prekrita s pikami ali izboklinami.
To so ribosomi, ki dajejo grobemu endoplazmatskemu retikulumu brazgotino ali grobo sečnico (in od tod tudi njeno ime).
Ti ribosomi so dejansko ločene organele od endoplazemskega retikuluma. Veliko število (do milijonov!) Jih lokalizira na površini grobega endoplazemskega retikuluma, ker so bistvenega pomena za njegovo delo, to je sinteza beljakovin. RER obstaja kot zloženi listi, ki se zvijejo skupaj, z robovi v obliki vijačnice.
Druga stran endoplazemskega retikuluma - gladki endoplazemski retikulum - je videti precej drugače.
Medtem ko ta odsek organele še vedno vsebuje zložene, labirint cisterne in tekočino napolnjen lumen, je površina te strani fosfolipidne membrane videti gladka ali mehka, ker gladki endoplazemski retikulum ne vsebuje ribosomov.
Ta del endoplazemskega retikuluma sintetizira lipide kot beljakovine, zato ne potrebuje ribosomov.
Grobi endoplazemski retikulum (groba ER)
Grobi endoplazemski retikulum ali RER dobi ime po značilnem hrapavem ali zraslem videzu zahvaljujoč ribosomom, ki pokrivajo njegovo površino.
Ne pozabite, da celoten endoplazemski retikulum deluje kot obrat za proizvodnjo biomolekul, potrebnih za življenje, kot so beljakovine in lipidi. RER je del tovarne, ki se posveča proizvodnji samo beljakovin.
Nekateri proteini, proizvedeni v RER, bodo za vedno ostali v endoplazmatskem retikulu.
Zaradi tega znanstveniki imenujejo te beljakovine rezidenčni proteini. Ostali proteini bodo spremenjeni, razvrščeni in odposlani na druga področja celice. Vendar pa je veliko beljakovin, vgrajenih v RER, označeno za izločanje iz celice.
To pomeni, da bodo po modifikaciji in razvrščanju potovalni proteini potuli s transporterjem veziklov skozi celično membrano za delo zunaj celice.
Lokacija RER znotraj celice je prav tako pomembna za njegovo delovanje.
RER je tik ob sosednji strani jedro celice. V bistvu se fosfolipidna membrana endoplazmatskega retikuluma dejansko spoji z membransko pregrado, ki obdaja jedro, imenovano jedrska ovojnica ali jedrske membrane.
Ta tesna ureditev zagotavlja, da RER prejme genetske informacije, ki jih potrebuje za izgradnjo beljakovin neposredno iz jedra.
Omogoča tudi, da RER signalizira jedro, ko se gradnja beljakovin ali zlaganje beljakovin zmoti. Zaradi svoje bližine lahko grobi endoplazmatski retikulum preprosto ustreli a do jedra, 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 DNK je kot modra barva, ki jo celica lahko uporabi za gradnjo molekul kot beljakovin. Celica prenaša genetske informacije, potrebne za gradnjo enega samega proteina iz jedra, do ribosomov na površini RER. Znanstveniki imenujejo ta postopek prepisovanje ker celica te podatke prepisuje ali kopira s pomočjo sporočil.
Ribosomi, pritrjeni na RER, prejmejo glasnike, ki nosijo prepisano kodo, in te podatke uporabijo za izdelavo verige specifičnih aminokislin.
Ta korak se imenuje prevod ker ribosomi berejo podatkovno kodo na messengerju in jo uporabljajo za določanje vrstnega reda aminokislin v verigi, ki jo gradijo.
Te strune aminokislin so osnovne enote beljakovin. Sčasoma se bodo te verige zlagale v funkcionalne beljakovine in morda celo dobile nalepke ali modifikacije, ki jim bodo pomagale pri opravljanju svojih nalog.
Zlaganje beljakovin v grobi ER
Zlaganje beljakovin se običajno zgodi v notranjosti RER-a.
Ta korak daje beljakovinam edinstveno tridimenzionalno obliko, imenovano njeno konformacija. Zlaganje beljakovin je ključnega pomena, ker veliko beljakovin deluje z drugimi molekulami, s svojo edinstveno obliko, da se povežejo kot ključ, ki se prilega ključavnici.
Popačeno beljakovine morda ne delujejo pravilno in ta okvara lahko celo povzroči človeško bolezen.
Na primer, raziskovalci zdaj verjamejo, da težave z zlaganjem beljakovin lahko povzročijo zdravstvene motnje, kot so sladkorna bolezen tipa 2, cistična fibroza, srpaste celice in nevrodegenerativne težave, kot sta Alzheimerjeva bolezen in Parkinsonova bolezen.
Encimi so razred beljakovin, ki omogočajo kemične reakcije v celici, vključno s tistimi procesi, ki sodelujejo pri presnovi, kar je način, kako celica dostopa do energije.
Lizosomalni encimi pomagajo celici razgraditi neželeno celicno vsebino, kot so stare organele in napačno zvite beljakovine, da bi popravili celico in izkoristili odpadni material za njeno energijo.
Membranski proteini in signalne beljakovine pomagajo celicam komunicirati in delovati skupaj. Nekatera tkiva potrebujejo majhno število beljakovin, druga tkiva pa potrebujejo veliko. Ta tkiva običajno posvetijo RER več prostora kot druga tkiva z manjšimi potrebami po sintezi beljakovin.
••• DruženjeGladki endoplazemski retikulum (Smooth ER)
V gladkem endoplazmatskem retikulu ali SER nimajo ribosomov, zato so njegove membrane pod mikroskopom videti kot gladke ali gladke tubule.
To je smiselno, ker ta del endoplazemskega retikuluma tvori lipidi ali maščobe in ne beljakovine, zato ribosomov ne potrebuje. Ti lipidi lahko vključujejo maščobne kisline, fosfolipide in molekule holesterola.
Fosfolipidi in holesterol so potrebni za gradnjo plazemskih membran v celici.
SER proizvaja lipidne hormone, ki so potrebni za pravilno delovanje črevesja endokrini sistem.
Sem spadajo steroidni hormoni iz holesterola, kot sta estrogen in testosteron. Zaradi glavne vloge, ki jo ima SER pri proizvodnji hormonov, celice, ki potrebujejo veliko steroidnih hormonov, denimo v testisih in jajčnikih, ponavadi namenjajo več celične nepremičnine.
SER je vključen tudi v presnovo in razstrupljanje. Oba procesa se dogajata v jetrnih celicah, zato imajo jetrna tkiva običajno večje količine SER.
Ko hormonski signali kažejo, da so zaloge energije nizke, ledvične in jetrne celice začnejo energijsko pot, imenovano glukoneogeneza.
Ta postopek ustvarja pomemben vir energije glukozo iz virov ogljikovih hidratov v celici. SER v jetrnih celicah pomaga tudi tem jetrnim celicam, da odstranijo toksine. Da bi to naredili, SER prebavi dele nevarne spojine, da postane vodotopna, da lahko telo izloči toksin skozi urin.
Sarkoplazemski retikulum v mišičnih celicah
Visoko specializirana oblika endoplazemskega retikuluma se kaže v nekaterih mišičnih celicah, imenovanih miociti. Ta oblika, imenovana the sarkoplazmatski retikulum, običajno najdemo v srčnih (srčnih) in skeletnih mišičnih celicah.
V teh celicah organela upravlja ravnovesje 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 krčenjem mišic sprostijo iz mišičnih celic. Težave s sarkoplazemskim retikulumom lahko privedejo do resnih zdravstvenih težav, vključno s srčnim popuščanjem.
Nepokrit odziv na beljakovine
Že veste, da je endoplazemski retikulum del sinteze in zlaganja beljakovin.
Pravilno zlaganje beljakovin je ključnega pomena za pripravo beljakovin, ki lahko svoje delo opravljajo pravilno, in kot že omenjeno, lahko napačno zlaganje povzroči nepravilno delovanje beljakovin ali sploh ne deluje, kar lahko vodi do resnih zdravstvenih stanj, kot je sladkorna bolezen tipa 2.
Zaradi tega mora endoplazemski retikulum zagotoviti, da se iz endoplazemskega retikuluma v Golgijev aparat prevažajo samo pravilno zloženi proteini za pakiranje in pošiljanje.
Endoplazemski retikulum zagotavlja nadzor kakovosti beljakovin z mehanizmom, imenovanim odkrit odziv beljakovinali UPR.
To je v bistvu zelo hitro celično signaliziranje, ki RER-u omogoča komunikacijo s celicnim jedrom. Ko se nerazviti ali zgibani proteini začnejo kopičiti v lumnu endoplazmatskega retikuluma, RER sproži neokrnjeni odziv na beljakovine. To počne tri stvari:
Oblika ER
Oblika ER se nanaša na njegove funkcije in se lahko po potrebi spreminja.
Na primer, povečanje plasti RER listov pomaga nekaterim celicam ločiti večje število beljakovin. Nasprotno, celice, kot so nevroni in mišične celice, ki ne izločajo toliko beljakovin, imajo lahko več tubuljev SER.
The periferna ER, ki je del, ki ni povezan z jedrsko ovojnico, lahko po potrebi celo premesti.
Ti razlogi in mehanizmi za to so predmet raziskav. Lahko vključuje drsne epruvete SER vzdolž mikrotubul citoskeleta, vlečenje ER za drugimi organeli in celo obroče ER tubulov, ki se gibljejo po celici kot majhni motorji.
Oblika ER se spreminja tudi med nekaterimi celičnimi procesi, kot so mitoza.
Znanstveniki še vedno preučujejo, kako potekajo te spremembe. Komplement proteinov 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 preučevanja za raziskovalce, ki jih zanima odnos med ER in bolezni.
ER in človeška bolezen
Napačno zlaganje beljakovin in stres, vključno s stresom zaradi pogostega aktiviranja UPR, lahko prispevata k razvoju bolezni pri ljudeh. Sem lahko spadajo cistična fibroza, diabetes tipa 2, Alzheimerjeva bolezen in spastična paraplegija.
Virusi lahko tudi ugrabijo ER in uporabljajo stroje za gradnjo beljakovin za odstranjevanje virusnih beljakovin.
To lahko spremeni obliko ER in prepreči izvajanje običajnih funkcij za celico. Nekateri virusi, denimo denga in SARS, tvorijo zaščitne dvojno membranske vezikule znotraj ER membrane.