Cellebiologi

Den endoplasmatiske retikulum

Det endoplasmatiske retikulum (ER) er et system med membranøse cisternae (udfladede sække), der strækker sig gennem cytoplasmaet. Ofte udgør den mere end halvdelen af ​​den samlede membran i cellen. Denne struktur blev først bemærket i slutningen af ​​det 19. århundrede, da undersøgelser af farvede celler indikerede tilstedeværelsen af ​​en eller anden type ekstensiv cytoplasmatisk struktur, derefter betegnet gastroplasm. Elektronmikroskopet gjorde det muligt at studere morellen i denne organelle i 1940'erne, da den fik sit nuværende navn.

Det endoplasmatiske retikulum kan klassificeres i to funktionelt forskellige former, det glatte endoplasmatiske retikulum (SER) og det ru endoplasmatiske retikulum (RER). Den morfologiske sondring mellem de to er tilstedeværelsen af ​​proteinsyntetiserende partikler, kaldet ribosomer, bundet til den ydre overflade af RER.

Det glatte endoplasmatiske retikulum

Funktionerne i SER, et meshværk af fine rørformede membranvesikler, varierer betydeligt fra celle til celle. En vigtig rolle er syntese af phospholipider og kolesterol, som er de vigtigste komponenter i plasma og indre membraner. Phospholipider dannes fra fedtsyrer, glycerolphosphat og andre små vandopløselige molekyler af enzymer bundet til ER-membranen med deres aktive steder vendt mod cytosolen. Nogle phospholipider forbliver i ER-membranen, hvor de, katalyseret af specifikke enzymer i membranerne, kan "vende" fra den cytoplasmatiske side af dobbeltlaget, hvor de blev dannet, til den exoplasmatiske eller indre side. Denne proces sikrer den symmetriske vækst af ER-membranen. Andre phospholipider overføres gennem cytoplasmaen til andre membranstrukturer, såsom cellemembranen og mitochondrion, af specielle phospholipidoverførselsproteiner.

I leverceller er SER specialiseret til afgiftning af en lang række forbindelser produceret ved metaboliske processer. Lever SER indeholder et antal enzymer kaldet cytochrome P450, som katalyserer nedbrydningen af ​​kræftfremkaldende stoffer og andre organiske molekyler. I celler i binyrerne og gonaderne ændres kolesterol i SER på et trin af dets omdannelse til steroidhormoner. Endelig sekvesterer SER i muskelceller, kendt som det sarkoplasmatiske retikulum, calciumioner fra cytoplasmaet. Når muskelen udløses af nervestimuli, frigøres calciumioner, hvilket forårsager muskelsammensætning.

Det grove endoplasmatiske retikulum

RER er generelt en række tilsluttede fladede sække. Det spiller en central rolle i syntesen og eksporten af ​​proteiner og glycoproteiner og studeres bedst i de sekretoriske celler, der er specialiseret i disse funktioner. De mange sekretoriske celler i den menneskelige krop inkluderer leverceller, der udskiller serumproteiner, såsom albumin, endokrine celler, der udskiller peptidhormoner, såsom insulin, spytkirtel og pancreatiske acinarceller, der udskiller fordøjelsesenzymer, brystkirtelceller, der udskiller mælkeproteiner, og bruskceller, der udskiller kollagen og proteoglycaner.

Ribosomer er partikler, der syntetiserer proteiner fra aminosyrer. De er sammensat af fire RNA-molekyler og mellem 40 og 80 proteiner samlet i en stor og en lille underenhed. Ribosomer er enten frie (dvs. ikke bundet til membraner) i cytoplasmaet i cellen eller bundet til RER. Lysosomale enzymer, proteiner bestemt til ER, Golgi og cellemembraner og proteiner, der skal secerneres fra cellen, er blandt dem, der syntetiseres på membranbundne ribosomer. Fremstillet på frie ribosomer er proteiner, der forbliver i cytosol, og dem, der er bundet til den indre overflade af den ydre membran, såvel som dem, der skal inkorporeres i kernen, mitochondria, chloroplaster, peroxisomer og andre organeller. Specielle egenskaber ved proteiner mærker dem til transport til specifikke destinationer inde i eller uden for cellen. I 1971 foreslog den tyskfødte cellulær- og molekylærbiolog Günter Blobel og den argentinskfødte cellulærbiolog David Sabatini, at den aminoterminal del af proteinet (den første del af molekylet, der skal fremstilles) kunne fungere som en "signal-sekvens." De foreslog, at en sådan signalsekvens ville lette fastgørelsen af ​​det voksende protein til ER-membranen og føre proteinet enten ind i membranen eller gennem membranen ind i ER-lumen (indre).

Signalhypotesen er underbygget af et stort antal eksperimentelle beviser. Oversættelse af planen for et specifikt protein kodet i et messenger-RNA-molekyle begynder på et frit ribosom. Idet det voksende protein med signalsekvensen ved dens aminoterminal ende fremkommer fra ribosomet, binder sekvensen til et kompleks af seks proteiner og et RNA-molekyle kendt som signalgenkendelsespartikel (SRP). SRP binder også til ribosomet for at standse yderligere dannelse af proteinet. ER's membran indeholder receptorsteder, der binder SRP-ribosomkomplekset til RER-membranen. Efter binding genoptages translationen med SRP, der adskiller sig fra komplekset og signalsekvensen og resten af ​​det begynnende proteintråd gennem membranen, via en kanal kaldet en translokon, ind i ER-lumen. På det tidspunkt er proteinet permanent adskilt fra cytosolen. I de fleste tilfælde spaltes signalsekvensen fra proteinet af et enzym kaldet signalpeptidase, når det fremkommer på luminaloverfladen af ​​ER-membranen. I en proces, der er kendt som glycosylering, sættes oligosaccharid (kompleks sukker) kæder ofte til proteinet til dannelse af et glycoprotein. Inde i ER-lumen foldes proteinet ind i dets karakteristiske tredimensionelle konformation.

Inden i lumen diffunderer proteiner, der udskilles fra cellen, i overgangsdelen af ​​ER, et område, der stort set er fri for ribosomer. Der pakkes molekylerne i små membranbundne transportvesikler, der adskiller sig fra ER-membranen og bevæger sig gennem cytoplasmaet til en målmembran, normalt Golgi-komplekset. Der smelter transportvesikelmembranen sammen med Golgi-membranen, og indholdet af vesiklen leveres ind i lumen i Golgi. Dette bevarer, som alle processer med blødning og fusion af vesikler, membranernes sidethed; det vil sige, at den cytoplasmatiske overflade af membranen altid vender udad, og luminalindholdet sekvestreres altid fra cytoplasmaet.

Visse ikke-sekretoriske proteiner fremstillet på RER forbliver en del af cellens membransystem. Disse membranproteiner har foruden signalsekvensen et eller flere ankerregioner sammensat af lipidopløselige aminosyrer. Aminosyrerne forhindrer passage af proteinet fuldstændigt i ER-lumen ved at forankre det i phospholipid-dobbeltlaget i ER-membranen.