Зміст
- Будова ендоплазматичного ретикулума
- Два види ER
- Грубий ендоплазматичний ретикулум (груба ER)
- Синтез білка в грубій ER
- Складення білка в грубій ER
- Гладкий ендоплазматичний ретикулум (Smooth ER)
- Саркоплазматичний ретикулум у м’язових клітинах
- Нерозгорнута реакція на білок
- ER Форма
- ЕР та хвороби людини
Один з найпростіших способів зрозуміти структуру та функції органел, розміщених у клітині, - і клітинну біологію в цілому - це порівняння їх з реальними речами.
Наприклад, має сенс описати апарат Гольджі як фасувальний завод або поштове відділення, оскільки його роль полягає в тому, щоб приймати, змінювати, сортувати та відправляти вантажі клітини.
Сусідка органели тіла Гольджі ендоплазматичний ретикулум, найкраще розуміється як завод для виготовлення клітин. Ця фабрика органел створює біомолекули, необхідні для всіх життєвих процесів. До них відносяться білки та ліпіди.
Напевно, ви вже знаєте, наскільки важливі мембрани для еукаріотичних клітин; ендоплазматичний ретикулум, що включає в себе і обох шорсткий ендоплазматичний ретикулум і гладкий ендоплазматичний ретикулум, займає більше половини нерухомості мембрани в клітинах тварин.
Важко перебільшити, наскільки важливий цей мембранозний органел, що створює біомолекули, для клітини.
Будова ендоплазматичного ретикулума
Перші вчені, які спостерігали ендоплазматичний ретикулум - під час взяття першої електронної мікрофотографії клітини - були вражені зовнішнім виглядом ендоплазматичного ретикулума.
Для Альберта Клода, Ернеста Фулмена та Кіта Портера, органела виглядала «як мереживо» через складки та порожні місця. Сучасні спостерігачі з більшою ймовірністю описують зовнішній вигляд ендоплазматичного ретикулуму як складену стрічку або навіть цукерку із стрічки.
Ця унікальна структура забезпечує, що ендоплазматичний ретикулум може виконувати свої важливі ролі всередині клітини. Ендоплазматичний ретикулум найкраще розуміти як довгий фосфоліпідна мембрана складений назад на себе, щоб створити свою характерну лабіринтну структуру.
Інший спосіб мислення структури ендоплазматичного ретикулума - це мережа плоских мішечків і трубок, з'єднаних однією мембраною.
Ця складена фосфоліпідна мембрана утворює вигини, звані цистерни. Ці плоскі диски фосфоліпідної мембрани виглядають складеними між собою при огляді поперечного перерізу ендоплазматичного ретикулума під потужним мікроскопом.
Начебто порожні проміжки між цими сумками так само важливі, як і сама мембрана.
Ці райони називаються просвіт. Внутрішні простори, що складають просвіт, переповнені рідиною, а завдяки тому, як складчастість збільшує загальну площу поверхні органели, фактично становлять близько 10 відсотків загального об'єму клітини.
Два види ER
Ендоплазматичний ретикулум містить два основні розділи, названі за їх появою: шорсткий ендоплазматичний ретикулум і гладкий ендоплазматичний ретикулум.
Будова цих областей органели відображає їх особливу роль у клітині. Під лінзою мікроскопа фосфоліпідна мембрана грубої ендоплазматичної мембрани виявляється вкритою крапками або шишками.
Це такі рибосоми, які дають шорсткому ендоплазматичному ретикулуму грудкувата або шорстка сечовина (і звідси її назва).
Ці рибосоми насправді є окремими органелами від ендоплазматичного ретикулума. Велика кількість (до мільйонів!) Їх локалізується на поверхні шорсткого ендоплазматичного ретикулума, оскільки вони життєво важливі для його роботи, а саме - синтез білка. RER існує у вигляді складених аркушів, які скручуються між собою, мають спіралеподібні краї.
Інша сторона ендоплазматичного ретикулума - гладкий ендоплазматичний ретикулум - виглядає зовсім інакше.
Хоча цей відділ органели все ще містить складчасті, лабіринтні цистерни та заповнений рідиною просвіт, поверхня цієї сторони фосфоліпідної мембрани виглядає гладкою або гладкою, оскільки гладкий ендоплазматичний ретикулум не містить рибосом.
Ця частина ендоплазматичного ретикулума синтезує ліпіди, а не білки, тому рибосоми не потребують.
Грубий ендоплазматичний ретикулум (груба ER)
Шорсткий ендоплазматичний ретикулум, або RER, отримав свою назву від його характерного шорсткого або шипоподібного вигляду завдяки рибосомам, які покривають його поверхню.
Пам’ятайте, що весь ендоплазматичний ретикулум діє як завод для виготовлення необхідних для життя біомолекул, таких як білки та ліпіди. RER - це розділ фабрики, який присвячує виробленню лише білків.
Деякі з білків, що утворюються в RER, назавжди залишаться в ендоплазматичному ретикулумі.
З цієї причини вчені називають ці білки резидентні білки. Інші білки зазнають модифікації, сортування та доставки до інших ділянок клітини. Однак велика кількість білків, що вбудовані в RER, позначені міткою для секреції з клітини.
Це означає, що після модифікації та сортування ці секреторні білки будуть переміщуватися через транспортер везикул через клітинну мембрану для роботи поза клітиною.
Розташування RER всередині комірки також важливе для її функції.
RER знаходиться прямо поруч із ядро клітини. Насправді фосфоліпідна мембрана ендоплазматичного ретикулума насправді підключається до мембранного бар'єру, який оточує ядро, званого ядерна оболонка або ядерна мембрана.
Це щільне розташування гарантує, що RER отримує генетичну інформацію, необхідну для побудови білків безпосередньо з ядра.
Це також дає можливість RER сигналізувати ядра, коли утворення білка або згортання білка відбувається не так. Завдяки близькій близькості, шорсткий ендоплазматичний ретикулум може просто вистрілити в ядро, щоб уповільнити вироблення, в той час як RER наздоганяє відставання.
Синтез білка в грубій ER
Синтез білка зазвичай працює так: Ядро кожної клітини містить повний набір ДНК.
Ця ДНК подібна до синього, яке клітина може використовувати для побудови молекул, як білки. Клітина передає генетичну інформацію, необхідну для побудови єдиного білка з ядра до рибосоми на поверхні RER. Вчені називають цей процес транскрипція оскільки клітина транскрибує або копіює цю інформацію з вихідної ДНК за допомогою месенджерів.
Рибосоми, приєднані до RER, отримують месенджери, що несуть переписаний код, і використовують цю інформацію для створення ланцюга конкретних амінокислот.
Цей крок називається переклад тому що рибосоми зчитують код даних у месенджері і використовують його для визначення порядку амінокислот у ланцюзі, який вони будують.
Ці нитки амінокислот є основними одиницями білків. Врешті-решт, ці ланцюги складуться у функціональні білки та, можливо, навіть отримають мітки чи модифікації, щоб допомогти їм виконувати свою роботу.
Складення білка в грубій ER
Складання білка зазвичай відбувається в інтер'єрі RER.
Цей крок надає білкам унікальну тривимірну форму, яку називають її конформація. Складання білка має вирішальне значення, оскільки багато білків взаємодіють з іншими молекулами, використовуючи свою унікальну форму, щоб з'єднатися, як ключ, що вкладається в замок.
Пошкоджені білки можуть не працювати належним чином, і ця несправність може навіть спричинити захворювання людини.
Наприклад, зараз дослідники вважають, що проблеми зі згортанням білка можуть спричинити розлади здоров'я, такі як діабет другого типу, муковісцидоз, хвороба серпоподібних клітин та нейродегенеративні проблеми, такі як хвороба Альцгеймера та хвороба Паркінсона.
Ферменти - це клас білків, які роблять можливими хімічні реакції в клітині, включаючи ті процеси, які беруть участь в обміні речовин, і саме таким чином клітина отримує доступ до енергії.
Лізосомальні ферменти допомагають клітині розщеплювати небажаний клітковий вміст, наприклад, старі органели та неправильно складені білки, щоб відновити клітину та використати відходи її енергії.
Мембранні білки та сигнальні білки допомагають клітинам спілкуватися та працювати разом. Деякі тканини потребують невеликої кількості білків, а інші тканини потребують багато. Ці тканини зазвичай виділяють більше RER місця, ніж інші тканини з меншими потребами в синтезі білка.
••• Наукові роботиГладкий ендоплазматичний ретикулум (Smooth ER)
Гладкому ендоплазматичному ретикулуму, або SER, не вистачає рибосом, тому його мембрани під мікроскопом мають вигляд гладких або гладких канальців.
Це має сенс, оскільки ця частина ендоплазматичного ретикулуму будує ліпіди, або жири, а не білки, і тому рибосоми не потребують. Ці ліпіди можуть включати жирні кислоти, фосфоліпіди та молекули холестерину.
Фосфоліпіди та холестерин необхідні для побудови плазматичних мембран у клітині.
SER виробляє ліпідні гормони, необхідні для правильної роботи ендокринна система.
До них відносяться стероїдні гормони, виготовлені з холестерину, такі як естроген і тестостерон. Через головну роль, яку СЕР має відігравати у виробленні гормонів, клітини, яким потрібно багато стероїдних гормонів, як, наприклад, у яєчках та яєчниках, як правило, приділяють СЕП більшу клітинну нерухомість.
SER також бере участь у метаболізмі та детоксикації. Обидва ці процеси відбуваються в клітинах печінки, тому тканини печінки зазвичай мають більшу кількість СЕР.
Коли сигнали про гормони вказують на низький запас енергії, клітини нирок і печінки починають шлях вироблення енергії, який називається глюконеогенез.
Цей процес створює важливе джерело енергії глюкози з вуглеводних джерел у клітині. SER в клітинах печінки також допомагає цим клітинам печінки виводити токсини. Для цього СЕР перетравлює порції небезпечної сполуки, щоб зробити її водорозчинною, щоб організм міг виводити токсин через сечу.
Саркоплазматичний ретикулум у м’язових клітинах
Вузькоспеціалізована форма ендоплазматичного ретикулума виявляється в деяких м’язових клітинах, так званих міоцити. Ця форма, що називається саркоплазматичний ретикулум, зазвичай знаходиться в клітинах серця (серця) та скелетних м’язів.
У цих клітинах органела управляє балансом іонів кальцію, які клітини використовують для розслаблення та скорочення м’язових волокон. Збережені іони кальцію поглинаються в м’язових клітинах, поки клітини розслабляються і вивільняються з м'язових клітин під час скорочення м’язів. Проблеми з саркоплазматичним ретикулумом можуть призвести до серйозних медичних проблем, включаючи серцеву недостатність.
Нерозгорнута реакція на білок
Ви вже знаєте, що ендоплазматичний ретикулум є частиною синтезу та згортання білків.
Правильне згортання білка має вирішальне значення для виготовлення білків, які можуть виконувати свою роботу правильно, і, як було сказано раніше, неправильне складання може спричинити неправильне функціонування білків або взагалі не працювати, що може призвести до серйозних захворювань, таких як діабет 2 типу.
З цієї причини ендоплазматичний ретикулум повинен забезпечити транспортування лише правильно складених білків від ендоплазматичного ретикулуму до апарату Гольджі для упаковки та доставки.
Ендоплазматичний ретикулум забезпечує контроль якості білка через механізм, який називається розгорнута реакція на білокабо UPR.
Це в основному дуже швидка сигналізація клітин, яка дає змогу RER спілкуватися з ядром клітини. Коли розгорнуті або неправильно згорнуті білки починають накопичуватися в просвіті ендоплазматичного ретикулума, RER запускає розгорнуту реакцію на білок. Це робить три речі:
ER Форма
Форма ER залежить від його функцій і може змінюватися в разі потреби.
Наприклад, збільшення шарів листів RER допомагає деяким клітинам виділяти більшу кількість білків. І навпаки, клітини, такі як нейрони та м’язові клітини, які не виділяють стільки білків, можуть мати більше канальців SER.
The периферійна ER, яка є частиною, не пов'язаною з ядерною оболонкою, навіть може переміщуватися за необхідності.
Ці причини та механізми цього є предметом дослідження. Він може включати ковзаючі канальці SER по мікротрубочках цитоскелету, перетягуючи ЕР за іншими органелами і навіть кільцями ЕР канальців, які рухаються навколо клітини, як дрібні мотори.
Форма ER також змінюється під час деяких клітинних процесів, таких як мітоз.
Вчені досі вивчають, як відбуваються ці зміни. Комплемент білків підтримує загальну форму органели ER, включаючи стабілізацію її листків і канальців і допомагаючи визначити відносну кількість RER і SER в конкретній клітині.
Це важливий напрям дослідження для дослідників, зацікавлених у взаємозв'язку між ЕР та хворобою.
ЕР та хвороби людини
Неправильне згортання білків та стреси ЕР, включаючи стрес від частої активації UPR, можуть сприяти розвитку захворювань людини. Сюди можуть бути муковісцидоз, діабет другого типу, хвороба Альцгеймера та спастична параплегія.
Віруси може також викрасти ЕР і використовувати механізми побудови білків для відшарування вірусних білків.
Це може змінити форму ER та запобігти виконанню його звичайних функцій для клітини. Деякі віруси, такі як денге та ГРВІ, створюють захисні подвійні мембранні везикули всередині ER-мембрани.