ENDOPLASMATISK RETIKULUM: EGENSKAPER, STRUKTUR OG FUNKSJONER - ANATOMI OG FYSIOLOGI - 2026

Den endoplasmatiske retikulum er en membranøs celleorganell som er til stede i alle eukaryote celler. Dette komplekse systemet opptar omtrent mer enn halvparten av membranene i en vanlig dyrecelle. Membranene fortsetter til de møter kjernemembranen og danner et kontinuerlig element.

Denne strukturen er distribuert gjennom cellecytoplasma i form av en labyrint. Det er et slags nettverk av tubuli som er koblet til hverandre med sekkelignende strukturer. Protein- og lipidbiosyntese skjer innen endoplasmatisk retikulum. Nesten alle proteiner som må bæres utenfor cellen passerer gjennom retikulumet først.

Retikulummembranen er ikke bare ansvarlig for å skille det indre av denne organellen fra det cytoplasmatiske rommet og formidle transporten av molekyler mellom disse cellekamrene; Det er også involvert i syntesen av lipider, som vil utgjøre en del av plasmamembranen til cellen og membranene til de andre organellene.

Retikulaturen er delt inn i glatt og grov, avhengig av tilstedeværelse eller fravær av ribosomer i membranene. Det grove endoplasmatiske retikulumet har ribosomer festet til membranen (tilstedeværelsen av ribosomer gir det et "grovt" utseende) og formen på tubulene er litt rett.

For den del mangler den glatte endoplasmatiske retikulum ribosomer, og formen på strukturen er mye mer uregelmessig. Funksjonen til det grove endoplasmatiske retikulumet er hovedsakelig rettet mot prosessering av proteiner. I kontrast er glatt ansvarlig for lipidmetabolismen.

Generelle egenskaper

Den endoplasmatiske retikulum er et membranøst nettverk som er til stede i alle eukaryote celler. Det er sammensatt av saccules eller sisterner og rørformede strukturer som danner et kontinuum med membranen i kjernen og er fordelt over hele cellen.

Retikulumlumen er preget av høye konsentrasjoner av kalsiumioner, i tillegg til et oksiderende miljø. Begge egenskapene lar den oppfylle sine funksjoner.

Den endoplasmatiske retikulum regnes som den største organellen som finnes i celler. Cellevolumet i dette rommet dekker omtrent 10% av celleinnretningen.

Klassifisering

Grov endoplasmatisk retikulum

Det grove endoplasmatiske retikulumet har en høy tetthet av ribosomer på overflaten. Det er regionen der alle prosessene relatert til proteinsyntese og modifisering skjer. Dets utseende er hovedsakelig rørformet.

Glatt endoplasmatisk retikulum

Det glatte endoplasmatiske retikulumet har ikke ribosomer. Det er rikelig i celletyper som har en aktiv metabolisme i lipidsyntese; for eksempel i cellene i testiklene og eggstokkene, som er steroidproduserende celler.

Tilsvarende finnes det glatte endoplasmatiske retikulumet i en ganske høy andel i leverceller (hepatocytter). Produksjonen av lipoproteiner skjer i dette området.

Sammenlignet med den grove endoplasmatiske retikulaturen, er strukturen mer komplisert. Forekomsten av glatt kontra grov retikulum avhenger først og fremst av celletypen og dens funksjon.

Struktur

Den fysiske arkitekturen av endoplasmatisk retikulum er et kontinuerlig system av membraner som består av sammenkoblede sager og rør. Disse membranene strekker seg til kjernen og danner et enkelt lumen.

Gitteret er bygget av flere domener. Distribusjonen er assosiert med andre organeller, forskjellige proteiner og komponenter i cytoskjelettet. Disse samhandlingene er dynamiske.

Strukturelt består den endoplasmatiske retikulum av kjernekonvolutten og den perifere endoplasmatiske retikulum, som består av tubuli og sekker. Hver struktur er relatert til en spesifikk funksjon.

Atomkonvolutten, som alle biologiske membraner, består av et lipid-dobbeltlag. Interiøret avgrenset av dette deles med den perifere retikulaturen.

Sekker og rør

Sakene som utgjør den endoplasmatiske retikulaturen er flate og ofte stablet. De inneholder buede regioner i kantene av membranene. Det rørformede nettverket er ikke en statisk enhet; det kan vokse og omstrukturere.

Sac- og tubule-systemet er til stede i alle eukaryote celler. Imidlertid varierer det i form og struktur avhengig av celletypen.

Retikulum for celler med viktige funksjoner i proteinsyntese er hovedsakelig sammensatt av sekker, mens cellene som er mest relatert til lipidsyntese og kalsiumsignalering er sammensatt av et større antall tubuli.

Eksempler på celler med et høyt antall sekker er sekresjonscellene i bukspyttkjertelen og B.-celler. I motsetning har muskelceller og leverceller et nettverk av fremtredende tubuli.

Egenskaper

Det endoplasmatiske retikulumet er involvert i en rekke prosesser inkludert proteinsyntese, menneskehandel og folding, og modifikasjoner, så som disulfidbindingsdannelse, glykosylering og tilsetning av glykolipider. I tillegg deltar den i biosyntesen av membranlipider.

Nyere studier har koblet retikulumet med svar på cellulært stress, og kan til og med indusere apoptoseprosesser, selv om mekanismene ikke er blitt belyst fullt ut. Alle disse prosessene er beskrevet i detalj nedenfor:

Proteinhandel

Den endoplasmatiske retikulaturen er nært knyttet til proteinhandel; spesifikt til proteiner som må sendes til utlandet, til Golgi-apparatet, til lysosomer, til plasmamembranen og, logisk nok, til de som tilhører samme endoplasmatiske retikulum.

Proteinsekresjon

Den endoplasmatiske retikulum er den cellulære atferden som er involvert i syntesen av proteiner som må tas utenfor cellen. Denne funksjonen ble belyst av en gruppe forskere på 1960-tallet, som studerte celler i bukspyttkjertelen hvis funksjon er å utskille fordøyelsesenzymer.

Denne gruppen, ledet av George Palade, klarte å merke proteiner ved bruk av radioaktive aminosyrer. På denne måten var det mulig å spore og lokalisere proteiner ved hjelp av en teknikk kalt autoradiografi.

Radioaktivt merkede proteiner kan spores til endoplasmatisk retikulum. Dette resultatet indikerer at retikulumet er involvert i syntesen av proteiner hvis endelige bestemmelsessted er sekresjon.

Deretter flytter proteinene til Golgi-apparatet, hvor de "pakkes" inn i vesikler hvis innhold vil bli utsondret.

Fusion

Sekresjonsprosessen skjer fordi membranen til vesiklene kan smelte sammen med plasmamembranen i cellen (begge har lipid karakter). På denne måten kan innholdet frigjøres til utsiden av cellen.

Med andre ord, utsondrede proteiner (og også lysosom- og plasmamembranmålrettede proteiner) må følge en spesifikk vei som involverer det grove endoplasmatiske retikulumet, Golgi-apparatet, sekretoriske vesikler og til slutt utsiden av cellen.

Membranproteiner

Proteiner som er bestemt til å bli inkorporert i en viss biomembran (plasmamembran, Golgi-membran, lysosom eller retikulum) blir først satt inn i retikulummembranen og blir ikke umiddelbart frigjort i lumen. De må følge den samme ruten for sekretoriske proteiner.

Disse proteinene kan være lokalisert i membranene ved en hydrofob sektor. Denne regionen har en serie på 20 til 25 hydrobofiske aminosyrer, som kan samvirke med karbonkjedene til fosfolipider. Imidlertid er måten disse proteinene setter inn varierende.

Mange proteiner krysser membranen bare en gang, mens andre gjør det gjentatte ganger. Likeledes kan det i noen tilfeller være karboksylterminalen eller aminoterminalenden.

Orienteringen av nevnte protein etableres mens peptidet vokser og overføres til den endoplasmatiske retikulum. Alle proteindomener som peker mot retikulumlumen, vil bli funnet på utsiden av cellen på deres endelige beliggenhet.

Proteinfolding og prosessering

Molekyler av proteinart har en tredimensjonal konformasjon som er nødvendig for å utføre alle funksjonene deres.

DNA (deoksyribonukleinsyre), ved en prosess som kalles transkripsjon, overfører sin informasjon til et RNA (ribonukleinsyre) molekyl. RNA går deretter over i proteinene gjennom prosessen med translasjon. Peptider overføres til gitteret når oversettelsesprosessen pågår.

Disse kjedene av aminosyrer er ordnet på en tredimensjonal måte i retikulum ved hjelp av proteiner som kalles chaperones: et protein fra Hsp70-familien (varmesjokkproteiner eller varmesjokkproteiner for dets forkortelse på engelsk; tallet 70 refererer til dets atommasse, 70 KDa) kalt BiP.

BiP-proteinet kan binde seg til polypeptidkjeden og formidle dets folding. På samme måte deltar den i sammenstillingen av de forskjellige underenhetene som utgjør den kvartære strukturen til proteiner.

Proteiner som ikke er riktig brettet blir beholdt av retikulum og forblir bundet til BiP, eller blir nedbrutt.

Når cellen blir utsatt for stressforhold, reagerer retikulumet på den, og som en konsekvens av dette, skjer ikke riktig folding av proteiner. Cellen kan henvende seg til andre systemer og produsere proteiner som opprettholder retikulum homeostase.

Disulfidbindingsdannelse

En disulfidbro er en kovalent binding mellom sulfhydrylgruppene som er en del av aminosyrestrukturen cystein. Denne interaksjonen er avgjørende for at proteiner kan fungere; på samme måte definerer det strukturen til proteinene som presenterer dem.

Disse bindingene kan ikke dannes i andre cellulære rom (for eksempel i cytosol), fordi den ikke har et oksiderende miljø som favoriserer dannelsen.

Det er et enzym involvert i dannelsen (og brudd) av disse bindingene: proteindisulfidisomerase.

glykosylering

I retikulum forekommer glykosyleringsprosessen, i spesifikke asparaginrester. Som proteinfolding skjer glykosylering mens oversettelsesprosessen kjører.

Oligosakkaridenhetene består av fjorten sukkerrester. De overføres til asparagin av et enzym kalt oligosacaryltransferase, lokalisert i membranen.

Mens proteinet er i retikulumet, fjernes tre glukoserester og en mannoserest. Disse proteinene blir ført til Golgi-apparatet for videre prosessering.

På den annen side er visse proteiner ikke forankret til plasmamembranen av en del hydrofobe peptider. Derimot er de festet til visse glykolipider som fungerer som et forankringssystem og kalles glykosylfosfatidylinositol (forkortet GPI).

Dette systemet er satt sammen i retikulummembranen og involverer binding av GPI ved proteinets terminale karbon.

Lipidsyntese

Det endoplasmatiske retikulumet spiller en avgjørende rolle i lipidsbiosyntese; spesielt den glatte endoplasmatiske retikulaturen. Lipider er en uunnværlig komponent i plasmamembranene i celler.

Lipider er sterkt hydrofobe molekyler, så de kan ikke syntetiseres i vandige omgivelser. Derfor skjer syntesen i forbindelse med eksisterende membranholdige komponenter. Transporten av disse lipidene skjer i vesikler eller med transporterproteiner.

Membranene til eukaryote celler består av tre typer lipider: fosfolipider, glykolipider og kolesterol.

Fosfolipider er avledet fra glyserol og er de viktigste strukturelle bestanddelene. Disse syntetiseres i regionen av retikulummembranen som peker mot det cytosoliske ansiktet. Ulike enzymer deltar i prosessen.

Membranen vokser ved integrering av nye lipider. Takket være eksistensen av enzymet flipase, kan vekst forekomme i begge halvdeler av membranen. Dette enzymet er ansvarlig for å overføre lipider fra den ene siden av dobbeltlaget til den andre.

Prosessene for syntese av kolesterol og ceramider forekommer også i retikulum. Sistnevnte reiser til Golgi-apparatet for å produsere glykolipider eller sfingomyelin.

Kalsiumlagring

Kalsiummolekylet deltar som en signaliserer i forskjellige prosesser, det være seg fusjon eller assosiasjon av proteiner med andre proteiner eller med nukleinsyrer.

Det indre av endoplasmatisk retikulum har kalsiumkonsentrasjoner på 100–800 uM. Kalsiumkanaler og reseptorer som frigjør kalsium finnes i retikulum. Kalsiumfrigjøring skjer når fosfolipase C stimuleres ved aktivering av G-proteinkoblede reseptorer (GPCR).

Videre skjer eliminering av fosfatidylinositol 4,5 bisfosfat i diacylglycerol og inositol trifosfat; sistnevnte er ansvarlig for frigjøring av kalsium.

Muskelceller har en endoplasmatisk retikulum spesialisert i sekvestrering av kalsiumioner, kalt sarkoplasmatisk retikulum. Det er involvert i muskelkontraksjon og avslapningsprosesser.

referanser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013). Essensiell cellebiologi. Garland Science.
2. Cooper, GM (2000). Cellen: En molekylær tilnærming. 2. utgave. Sinauer Associates
3. Namba, T. (2015). Regulering av endoplasmatiske retikulumsfunksjoner. Aging (Albany NY), 7 (11), 901–902.
4. Schwarz, DS, & Blower, MD (2016). Den endoplasmatiske retikulum: struktur, funksjon og respons på cellulær signalering. Cellular and Molecular Life Sciences, 73, 79–94.
5. Voeltz, GK, Rolls, MM, & Rapoport, TA (2002). Strukturell organisering av endoplasmatisk retikulum. EMBO-rapporter, 3 (10), 944-950.
6. Xu, C., Bailly-Maitre, B., & Reed, JC (2005). Endoplasmatisk retikulumstress: beslutninger om liv i liv og død. Journal of Clinical Investigation, 115 (10), 2656-2664.