Endoplasmaatiline retikulum (kare ja sile): struktuur ja funktsioon (skeemiga)

Sisu

• Endoplasmaatilise retikulumi struktuur
• ER kahte tüüpi
• Jäme endoplasmaatiline Reticulum (Rough ER)
• Valkude süntees karedal ER-il
• Valgu kokkuklapitavad töötlemata ER
• Sile endoplasmaatiline retikulum (Smooth ER)
• Sarkoplasmaatiline retikulum lihasrakkudes
• Kokkupandamata valguvastus
• ER kuju
• ER ja inimese haigused

Üks lihtsamaid viise rakus asuvate organellide struktuuride ja funktsioonide - ja kogu rakubioloogia - mõistmiseks on võrrelda neid reaalse maailma asjadega.

Näiteks on mõistlik kirjeldada Golgi aparaati kui pakkimisettevõtet või postkontorit, kuna selle ülesanne on rakulasti vastuvõtmine, muutmine, sortimine ja väljasaatmine.

Golgi keha naabrimees organell, endoplasmaatiline retikulum, saab kõige paremini aru raku tootmisettevõttest. See organellitehas ehitab biomolekulid, mis on vajalikud kõigi eluprotsesside jaoks. Nende hulka kuuluvad valgud ja lipiidid.

Tõenäoliselt teate juba, kui olulised membraanid on eukarüootsete rakkude jaoks; endoplasmaatiline retikulum, mis hõlmab mõlemat krobeline endoplasmaatiline retikulum ja sile endoplasmaatiline retikulum, võtab loomarakkudes üle poole membraani kinnisvarast.

Raske on liialdada sellega, kui oluline on see membraaniline, biomolekule moodustav organell raku jaoks.

Endoplasmaatilise retikulumi struktuur

Esimesi teadlasi, kes vaatlesid endoplasmaatilist retikulumit - raku esimese elektronmikroskoobi võtmise ajal - tabas endoplasmaatiline retikulum.

Albert Claude, Ernest Fullmani ja Keith Porteri jaoks nägi organell oma voldide ja tühjade kohtade tõttu välja nagu pits. Kaasaegsed vaatlejad kirjeldavad tõenäolisemalt endoplasmaatilise retikulumi välimust nagu volditud paela või isegi lindikommina.

See ainulaadne struktuur tagab, et endoplasmaatiline retikulum suudab oma olulisi rolle rakus täita. Endoplasmaatilist retikulumit saab kõige paremini mõista kui pikka fosfolipiidmembraan iseenda külge tagasi volitatud, et luua talle iseloomulik labürindisarnane struktuur.

Teine viis endoplasmaatilise retikulumi struktuuri mõtlemiseks on ühe membraaniga ühendatud lamedate kottide ja torude võrk.

See volditud fosfolipiidmembraan moodustab painded, mida nimetatakse cisternae. Need fosfolipiidmembraani lamedad kettad paistavad kokku virnastatud, kui vaadata võimsa mikroskoobi all endoplasmaatilise retikulumi ristlõiget.

Nende kottide vahelised näiliselt tühjad ruumid on sama olulised kui membraan ise.

Neid piirkondi nimetatakse aladeks luumenit. Valendikku moodustavad sisemised ruumid on täis vedelikku ja tänu sellele, kuidas voltimine suurendab organelleli üldpinda, moodustab see tegelikult umbes 10 protsenti raku kogumahust.

ER kahte tüüpi

Endoplasmaatiline retikulum sisaldab kahte peamist jaotist, mille nimi on nende väljanägemine: krobeline endoplasmaatiline retikulum ja sile endoplasmaatiline retikulum.

Organellide nende piirkondade struktuur kajastab nende erilisi rolle rakus. Mikroskoobi läätse all näib kareda endoplasmaatilise membraani fosfolipiidne membraan punktide või muhkena kaetud.

Need on ribosoomid, mis annavad töötlemata endoplasmaatilise retiikulumi konarliku või kareda uurea (ja sellest ka selle nime).

Need ribosoomid on tegelikult endoplasmaatilisest retikulumist eraldatud organellid. Neist suur arv (kuni miljoneid!) Lokaliseerub kareda endoplasmaatilise retikulumi pinnal, kuna need on selle töö, st valkude sünteesi jaoks üliolulised. RER on virnastatud lehtedena, mis keerduvad kokku ja millel on heeliksikujulised servad.

Endoplasmaatilise retikulumi teine ​​külg - sile endoplasmaatiline retikulum - näeb välja üsna erinev.

Kuigi see organellide sektsioon sisaldab endiselt volditud, labürinditaolisi tsisternaasid ja vedelikuga täidetud valendikku, näib fosfolipiidmembraani selle külje pind sile või sile, kuna sile endoplasmaatiline retikulum ei sisalda ribosoome.

See osa endoplasmaatilisest retikulumist sünteesib lipiide, mitte valke, seega ei vaja see ribosoome.

Jäme endoplasmaatiline Reticulum (Rough ER)

Kare endoplasmaatiline retikulum ehk RER saab oma nime iseloomuliku kareda või naastunud välimuse tõttu tänu selle pinda katvatele ribosoomidele.

Pidage meeles, et kogu endoplasmaatiline retikulum toimib nagu eluks vajalike biomolekulide, näiteks valkude ja lipiidide, tootmistehas. RER on tehase sektsioon, mis on pühendunud ainult valkude tootmisele.

Osa RER-is toodetud valkudest jääb endoplasmaatilisse retikulumisse igaveseks.

Sel põhjusel nimetavad teadlased neid valke elanike valgud. Muud valgud modifitseeritakse, sorteeritakse ja transporditakse rakkude teistesse piirkondadesse. Kuid suur osa RER-i sisse ehitatud valkudest on rakust eraldamiseks märgistatud.

See tähendab, et pärast modifitseerimist ja sorteerimist liiguvad need sekretoorsed valgud vesiikulitranspordi kaudu läbi rakumembraani, et teha tööd väljaspool raku.

Selle funktsiooni jaoks on oluline ka RER-i asukoht lahtris.

RER on kohe kõrval tuum raku. Endoplasmaatilise retikulaari fosfolipiidne membraan haakub tegelikult tuuma ümbritseva membraanbarjääriga, mida nimetatakse tuumaümbrik või tuumamembraan.

See tihe korraldus tagab, et RER saab geneetilise teabe, mida on vaja valkude ehitamiseks otse tuumast.

See võimaldab ka RER-il tuumast märku anda, kui valgu moodustamine või valgu voltimine läheb valesti. Tänu tihedale lähedusele saab töötlemata endoplasmaatilise retikulumi tuumale lihtsalt tulistada, et tootmist aeglustada, samal ajal kui RER järelejõudmisele järele jõuab.

Valkude süntees karedal ER-il

Valkude süntees toimib üldiselt nii: iga raku tuum sisaldab täielikku komplekti DNA-d.

See DNA on nagu sinine, mida rakk saab kasutada molekulide moodustamiseks nagu valgud. Rakk kannab tuumadest ühe valgu ehitamiseks vajaliku geneetilise teabe RER-i pinna ribosoomidesse. Teadlased nimetavad seda protsessi transkriptsioon kuna rakk transkribeerib või kopeerib selle teabe algsest DNA-st kullerite abil.

RER-ga kinnitatud ribosoomid võtavad vastu transkribeeritud koodi kandvaid sõnumitoojaid ja kasutavad seda teavet spetsiifiliste aminohapete ahela moodustamiseks.

Seda sammu nimetatakse tõlge kuna ribosoomid loevad messengeri andmekoodi ja kasutavad seda aminohapete järjestuse määramiseks nende ahelas.

Need aminohapete ahelad on valkude põhilised ühikud. Lõpuks voldivad need ahelad funktsionaalseteks valkudeks ja võivad isegi saada märgiseid või modifikatsioone, mis aitavad neil oma tööd teha.

Valgu kokkuklapitavad töötlemata ER

Valgu voltimine toimub üldiselt RER-i sisemuses.

See samm annab valkudele ainulaadse kolmemõõtmelise kuju, mida nimetatakse selle omaks kehaehitus. Valkude voltimine on ülioluline, kuna paljud valgud interakteeruvad teiste molekulidega, kasutades nende ainulaadset kuju, et ühenduda nagu lukku mahutav võti.

Valesti volditud valgud ei pruugi korralikult töötada ja see talitlushäire võib põhjustada isegi inimeste haigusi.

Näiteks usuvad teadlased nüüd, et valgu voltimisega seotud probleemid võivad põhjustada tervisehäireid, nagu 2. tüüpi diabeet, tsüstiline fibroos, sirprakuline haigus ja neurodegeneratiivsed probleemid, näiteks Alzheimeri tõbi ja Parkinsoni tõbi.

Ensüümid "Valkude klass" on valkude klass, mis võimaldab rakus keemilisi reaktsioone, sealhulgas ka ainevahetuses osalevaid protsesse, mille abil rakk pääseb energiale juurde.

Lüsosomaalsed ensüümid aitavad rakul lagundada soovimatut rakusisaldust, näiteks vanad organellid ja valesti volditud valgud, et raku taastada ja jäätmematerjali selle energia saamiseks ära kasutada.

Membraanivalgud ja signaalvalgud aitavad rakkudel suhelda ja koos töötada. Mõni kude vajab vähe valke, teised koed aga palju. Need koed pühendavad RER-le tavaliselt rohkem ruumi kui teised kuded, mille valkude sünteesi tase on madalam.

••• Teadmine

Sile endoplasmaatiline retikulum (Smooth ER)

Siledal endoplasmaatilisel retikulumil ehk SER-l puuduvad ribosoomid, nii et selle membraanid näevad mikroskoobi all siledad või klanitud tuubulid.

See on mõistlik, kuna see osa endoplasmaatilisest retikulumist ehitab valke asemel lipiide või rasvu ja ei vaja seega ribosoome. Need lipiidid võivad sisaldada rasvhappeid, fosfolipiide ja kolesterooli molekule.

Rakus plasmamembraanide ehitamiseks on vaja fosfolipiide ja kolesterooli.

SER toodab lipiidhormoone, mis on vajalikud verevarustuse korrektseks toimimiseks endokriinsüsteem.

Nende hulka kuuluvad kolesteroolist valmistatud steroidhormoonid, nagu östrogeen ja testosteroon. Kuna SER mängib suurt rolli hormoonide tootmises, pühendavad rakud, mis vajavad palju steroidhormoone, nagu munandid ja munasarjad, SER-ile rohkem rakulist kinnisvara.

SER osaleb ka metabolism ja võõrutus. Mõlemad protsessid toimuvad maksarakkudes, seega on maksa kudedes tavaliselt suurem SER arvukus.

Kui hormoonide signaalid näitavad, et energiavarud on madalad, alustavad neeru- ja maksarakud energiat tootvat rada, mida nimetatakse glükoneogenees.

See protsess loob rakus mitte-süsivesikute allikatest olulise energiaallika. Maksarakkude SER aitab ka nendel maksarakkudel toksiine eemaldada. Selleks seedib SER osa ohtlikust ühendist, et muuta see vees lahustuvaks, nii et keha saaks toksiini uriini kaudu väljutada.

Sarkoplasmaatiline retikulum lihasrakkudes

Endoplasmaatilise retikulumi väga spetsialiseerunud vorm ilmub mõnedes lihasrakkudes, nn müotsüüdid. See vorm, mida nimetatakse sarkoplasmaatiline retikulum, leidub tavaliselt südame (südame) ja skeletilihaste rakkudes.

Nendes rakkudes haldab organell kaltsiumiioonide tasakaalu, mida rakud kasutavad lihaskiudude lõdvestamiseks ja kokkutõmbumiseks. Salvestatud kaltsiumiioonid imenduvad lihasrakkudesse, samal ajal kui rakud on lõdvestunud ja vabastavad lihasrakkudest lihaste kokkutõmbumise ajal. Probleemid sarkoplasmaatilise retikulumiga võivad põhjustada tõsiseid meditsiinilisi probleeme, sealhulgas südamepuudulikkust.

Kokkupandamata valguvastus

Te teate juba, et endoplasmaatiline retikulum on osa valkude sünteesist ja voltimisest.

Nõuetekohane valkude voltimine on ülioluline nende valkude valmistamiseks, mis suudavad oma tööd õigesti teha, ja nagu varem mainitud, võib vale voldimine põhjustada valkude vale funktsioneerimist või üldse mitte töötada, mis võib põhjustada tõsiseid meditsiinilisi seisundeid, näiteks II tüüpi diabeet.

Sel põhjusel peab endoplasmaatiline retikulum tagama, et ainult õigesti volditud valgud transpordivad endoplasmaatilisest retikulumist Golgi aparaati pakkimiseks ja saatmiseks.

Endoplasmaatiline retikulum tagab valgu kvaliteedi kontrolli mehhanismi kaudu, mida nimetatakse voltimata valguvastusvõi UPR.

See on põhimõtteliselt väga kiire raku signaalimine, mis võimaldab RER-il raku tuumaga suhelda. Kui voltimata või valesti volditud valgud hakkavad endoplasmaatilise retikulaari valendikusse kuhjuma, vallandab RER voltimata valkude vastuse. See teeb kolme asja:

ER kuju

ER-i kuju on seotud selle funktsioonidega ja võib vastavalt vajadusele muutuda.

Näiteks aitab RER-lehtede kihtide suurendamine mõnel rakul erituda suuremal arvul valke. Ja vastupidi, sellistel rakkudel nagu neuronid ja lihasrakud, mis ei sekreteeri nii palju valke, võib olla rohkem SER-tuubuleid.

perifeerne ER, mis on see osa, mis pole tuumaümbrisega ühendatud, saab vajadusel isegi ümber paigutada.

Selle põhjused ja mehhanismid on uurimise objektiks. See võib hõlmata SER-tuubulite libistamist mööda tsütoskeleti mikrotuubulit, ER-i lohistamist teiste organellide taha ja isegi ER-tuubulite rõngaid, mis liiguvad raku ümber nagu väikesed mootorid.

ER kuju muutub ka mõnede rakuprotsesside ajal, näiteks mitoos.

Teadlased alles uurivad, kuidas need muutused toimuvad. Valgukomplekt säilitab ER organelleli üldise kuju, sealhulgas stabiliseerib selle lehed ja tuubulid ning aitab määrata RER ja SER suhtelist kogust konkreetses rakus.

See on oluline uurimisala teadlastele, kes on huvitatud ER-i ja haiguse seostest.

ER ja inimese haigused

Valkude valesti moodustumine ja ER-stress, sealhulgas sagedasest UPR-i aktiveerumisest tulenev stress, võivad aidata kaasa inimeste haiguste arengule. Nende hulka võivad kuuluda tsüstiline fibroos, II tüüpi diabeet, Alzheimeri tõbi ja spastiline paraplegia.

Viirused võib ka ER-i kaaperdada ja kasutada viirusevalkude jahutamiseks valkude moodustamise masinaid.

See võib muuta ER-i kuju ja takistada tal tavapäraste funktsioonide täitmist lahtri jaoks. Mõned viirused, näiteks dengue ja SARS, muudavad ER-membraani sees kaitsvad kahemembraansed vesiikulid.