ENDOPLASMATISK RETIKULUM: EGENSKAPER, STRUKTUR OCH FUNKTIONER - ANATOMI OCH FYSIOLOGI - 2025

Den endoplasmiska retikulum är en membrancellorganell som finns i alla eukaryota celler. Detta komplexa system upptar ungefär mer än hälften av membranen i en vanlig djurcell. Membranen fortsätter tills de möter kärnmembranet och bildar ett kontinuerligt element.

Denna struktur är fördelad över cellcytoplasma i form av en labyrint. Det är ett slags nätverk av rör som är anslutna till varandra med säckliknande strukturer. Protein- och lipidbiosyntes sker inom den endoplasmiska retikulum. Nästan alla proteiner som måste transporteras utanför cellen passerar först genom retikulum.

Retikulumembranet är inte bara ansvarigt för att separera det inre av denna organell från det cytoplasmiska utrymmet och förmedla transporten av molekyler mellan dessa cellfack; Det är också involverat i syntesen av lipider, som kommer att utgöra en del av plasmamembranet i cellen och membranen i de andra organellerna.

Retikulumet är indelat i slät och grov, beroende på närvaron eller frånvaron av ribosomer i dess membran. Det grova endoplasmatiska retikulumet har ribosomer fästa vid membranet (närvaron av ribosomer ger det ett "grovt" utseende) och formen på tubuli är något rak.

För sin del saknar det släta endoplasmatiska retikulumet ribosomer och strukturen är mycket mer oregelbunden. Funktionen för det grova endoplasmiska retikulumet är främst inriktat på bearbetning av proteiner. Däremot är slät ansvarig för lipidmetabolismen.

Generella egenskaper

Den endoplasmiska retikulum är ett membrannätverk som finns i alla eukaryota celler. Den består av sacculer eller cisterner och rörformade strukturer som bildar ett kontinuum med kärnans membran och är fördelade över cellen.

Retikulumlumen kännetecknas av höga koncentrationer av kalciumjoner, utöver en oxiderande miljö. Båda egenskaperna gör att den kan utföra sina funktioner.

Den endoplasmiska retikulumet anses vara den största organellen som finns i cellerna. Cellvolymen i detta fack täcker ungefär 10% av cellens inre.

Klassificering

Grov endoplasmisk retikulum

Det grova endoplasmatiska retikulumet har en hög densitet av ribosomer på ytan. Det är regionen där alla processer relaterade till proteinsyntes och modifiering sker. Dess utseende är främst rörformigt.

Smidig endoplasmisk retikulum

Det släta endoplasmatiska retikulumet har inte ribosomer. Det finns gott om i celltyper som har en aktiv metabolism i lipidsyntes; till exempel i cellerna i testiklarna och äggstockarna, som är steroidproducerande celler.

På liknande sätt återfinns det släta endoplasmatiska retikulummet i en ganska hög andel i leverceller (hepatocyter). Produktionen av lipoproteiner sker i detta område.

Jämfört med det grova endoplasmiska retikulummet är dess struktur mer komplicerad. Överflödet av det släta mot det grova retikulumet beror främst på celltypen och dess funktion.

Strukturera

Den fysiologiska strukturen för endoplasmatisk retikulum är ett kontinuerligt system av membran som består av sammankopplade säckar och tubuli. Dessa membran sträcker sig till kärnan och bildar ett enda lumen.

Gitteret är byggt av flera domäner. Distributionen är associerad med andra organeller, olika proteiner och komponenter i cytoskelettet. Dessa interaktioner är dynamiska.

Strukturellt sett består det endoplasmiska retikulumet av kärnhöljet och det perifera endoplasmatiska retikulumet, som består av tubuli och säckar. Varje struktur är relaterad till en specifik funktion.

Kärnhöljet består, liksom alla biologiska membran, av ett lipid-tvåskikt. Det inre som avgränsas av detta delas med perifera retikulum.

Säckar och tubuli

Säckarna som utgör det endoplasmiska retikulumet är platta och staplas ofta. De innehåller krökta områden vid membranernas kanter. Det rörformade nätverket är inte en statisk enhet; det kan växa och omstrukturera.

Säck- och tubulsystemet finns i alla eukaryota celler. Det varierar emellertid i form och struktur beroende på celltypen.

Retikulumet för celler med viktiga funktioner i proteinsyntes består huvudsakligen av säckar, medan cellerna som är mest relaterade till lipidsyntes och kalciumsignalering består av ett större antal tubuli.

Exempel på celler med ett stort antal säckar är utsöndringscellerna i bukspottkörteln och B. cellerna, däremot har muskelceller och leverceller ett nätverk av framstående tubuli.

Funktioner

Det endoplasmiska retikulumet är involverat i ett antal processer inklusive proteinsyntes, handel och vikning, och modifieringar, såsom bildning av disulfidbindning, glykosylering och tillsats av glykolipider. Dessutom deltar den i biosyntesen av membranlipider.

Nyligen genomförda studier har kopplat retikulumet med svar på cellstress och kan till och med inducera apoptosprocesser, även om mekanismerna inte har klargjorts till fullo. Alla dessa processer beskrivs i detalj nedan:

Proteinhandel

Den endoplasmiska retikulum är nära kopplad till proteinhandel; specifikt till proteiner som måste skickas utomlands, till Golgi-apparaten, till lysosomer, till plasmamembranet och, logiskt, till de som tillhör samma endoplasmiska retikulum.

Proteinsekretion

Det endoplasmiska retikulumet är det cellulära beteendet som är involverat i syntesen av proteiner som måste tas utanför cellen. Denna funktion klargjordes av en grupp forskare på 1960-talet som studerade celler i bukspottkörteln vars funktion är att utsöndra matsmältningsenzymer.

Denna grupp, ledd av George Palade, lyckades markera proteiner med hjälp av radioaktiva aminosyror. På detta sätt var det möjligt att spåra och lokalisera proteinerna med en teknik som kallas autoradiografi.

Radioaktivt märkta proteiner kan spåras till endoplasmatisk retikulum. Detta resultat indikerar att retikulummet är involverat i syntesen av proteiner vars slutliga destination är sekretion.

Därefter flyttas proteinerna till Golgi-apparaten, där de "packas" i vesiklar vars innehåll kommer att utsöndras.

Fusion

Utsöndringsprocessen inträffar på grund av att membranen i vesiklarna kan smälta samman med plasmamembranet i cellen (båda har lipid till sin natur). På detta sätt kan innehållet släppas på utsidan av cellen.

Med andra ord måste utsöndrade proteiner (och även lysosom- och plasmamembraninriktade proteiner) följa en specifik väg som involverar den grova endoplasmatiska retikulum, Golgi-apparaten, utsöndringsvesiklar och slutligen utsidan av cellen.

Membranproteiner

Proteiner som är avsedda att införlivas i ett visst biomembran (plasmamembran, Golgi-membran, lysosom eller retikulum) införs först i retikulummembranet och släpps inte direkt i lumen. De måste följa samma väg för sekretoriska proteiner.

Dessa proteiner kan lokaliseras i membranen genom en hydrofob sektor. Denna region har en serie av 20 till 25 hydrobofiska aminosyror, som kan interagera med kolkedjorna i fosfolipider. Emellertid är sättet på vilket dessa proteiner sätter in varierande.

Många proteiner korsar membranet endast en gång, medan andra gör det upprepade gånger. På samma sätt kan det i vissa fall vara karboxylterminal eller aminoterminal ände.

Orienteringen av nämnda protein fastställs medan peptiden växer och överförs till endoplasmatisk retikulum. Alla proteindomäner som pekar mot retikulumlumen hittas på utsidan av cellen på deras slutliga plats.

Proteinvikning och bearbetning

Molekyler av proteinart har en tredimensionell konformation som är nödvändig för att utföra alla deras funktioner.

DNA (deoxyribonukleinsyra), genom en process som kallas transkription, överför sin information till en RNA (ribonukleinsyra) molekyl. RNA passerar sedan in i proteinerna genom translationen. Peptider överförs till gitteret när översättningsprocessen pågår.

Dessa kedjor av aminosyror är arrangerade på ett tredimensionellt sätt inom retikulum med hjälp av proteiner som kallas chaperoner: ett protein från Hsp70-familjen (värmechockproteiner eller värmechockproteiner för dess förkortning på engelska; numret 70 hänvisar till dess atommassa, 70 KDa) kallad BiP.

BiP-proteinet kan binda till polypeptidkedjan och förmedla dess vikning. På samma sätt deltar den i sammansättningen av de olika underenheterna som utgör den kvartära strukturen hos proteiner.

Proteiner som inte har vikts korrekt behålls av retikulummet och förblir bundna till BiP eller bryts ned.

När cellen utsätts för stressförhållanden reagerar retikulumet på den och följaktligen sker inte korrekt vikning av proteiner. Cellen kan vända sig till andra system och producera proteiner som upprätthåller retikulumhomeostas.

Bildning av disulfidbindningar

En disulfidbrygga är en kovalent bindning mellan sulfhydrylgrupperna som är en del av aminosyrastrukturen cystein. Denna interaktion är avgörande för funktionen av vissa proteiner; På samma sätt definierar den strukturen för proteinerna som presenterar dem.

Dessa bindningar kan inte bildas i andra cellulära fack (till exempel i cytosolen), eftersom det inte har en oxiderande miljö som gynnar dess bildning.

Det finns ett enzym involverat i bildandet (och brytningen) av dessa bindningar: proteindisulfidisomeras.

glykosylering

I retikulumet inträffar glykosyleringsprocessen i specifika asparaginrester. Precis som proteinvikning sker glykosylering medan översättningsprocessen pågår.

Oligosackaridenheterna består av fjorton sockerrester. De överförs till asparagin av ett enzym som kallas oligosacaryltransferas, beläget i membranet.

Medan proteinet finns i retikulumet avlägsnas tre glukosrester och en mannosrest. Dessa proteiner tas till Golgi-apparaten för vidare bearbetning.

Å andra sidan är vissa proteiner inte förankrade till plasmamembranet av en del hydrofoba peptider. Däremot är de kopplade till vissa glykolipider som fungerar som ett förankringssystem och kallas glykosylfosfatidylinositol (förkortat GPI).

Detta system är monterat i retikulummembranet och involverar bindning av GPI vid proteinets terminala kol.

Lipidsyntes

Det endoplasmatiska retikulumet spelar en avgörande roll i lipidsbiosyntesen; specifikt den smidiga endoplasmiska retikulum. Lipider är en oumbärlig komponent i plasmamembranen i celler.

Lipider är mycket hydrofoba molekyler, så de kan inte syntetiseras i vattenhaltiga miljöer. Därför sker syntesen i samband med befintliga membrankomponenter. Transporten av dessa lipider sker i vesiklar eller med transporterproteiner.

Membranen i eukaryota celler består av tre typer av lipider: fosfolipider, glykolipider och kolesterol.

Fosfolipider härrör från glycerol och är de viktigaste strukturella beståndsdelarna. Dessa syntetiseras i regionen av retikulumembranet som pekar på det cytosoliska ansiktet. Olika enzymer deltar i processen.

Membranet växer genom integration av nya lipider. Tack vare existensen av enzymflipas kan tillväxt uppstå i båda halvorna av membranet. Detta enzym ansvarar för att överföra lipider från ena sidan av tvåskiktet till den andra.

Processerna för syntes av kolesterol och ceramider förekommer också i retikulum. Den senare reser till Golgi-apparaten för att producera glykolipider eller sfingomyelin.

Kalciumlagring

Kalciummolekylen deltar som en signalisator i olika processer, vare sig det är fusion eller förening av proteiner med andra proteiner eller med nukleinsyror.

Det inre av det endoplasmiska retikulumet har kalciumkoncentrationer på 100–800 uM. Kalciumkanaler och receptorer som släpper kalcium finns i retikulum. Kalciumfrisättning sker när fosfolipas C stimuleras genom aktivering av G-proteinkopplade receptorer (GPCR).

Dessutom sker eliminering av fosfatidylinositol 4,5 bisfosfat i diacylglycerol och inositoltrifosfat; den senare ansvarar för frisättningen av kalcium.

Muskelceller har en endoplasmatisk retikulum specialiserad i sekvestrering av kalciumjoner, kallad sarkoplasmatisk retikulum. Det är involverat i muskelsammandragning och avslappningsprocesser.

referenser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013). Väsentlig cellbiologi. Garland Science.
2. Cooper, GM (2000). The Cell: A Molecular Approach. 2: a upplagan. Sinauer Associates
3. Namba, T. (2015). Reglering av endoplasmatiska retikelfunktioner. Aging (Albany NY), 7 (11), 901–902.
4. Schwarz, DS, & Blower, MD (2016). Den endoplasmiska retikulum: struktur, funktion och svar på cellulär signalering. Cellular and Molecular Life Sciences, 73, 79–94.
5. Voeltz, GK, Rolls, MM, & Rapoport, TA (2002). Strukturell organisation av endoplasmatisk retikulum. EMBO-rapporter, 3 (10), 944-950.
6. Xu, C., Bailly-Maitre, B., & Reed, JC (2005). Endoplasmatisk retikulumstress: beslut om cellliv och död. Journal of Clinical Investigation, 115 (10), 2656-2664.