ENDOPLAZEMSKI RETIKULUM: ZNAČILNOSTI, ZGRADBA IN FUNKCIJE - ANATOMIJA IN FIZIOLOGIJA - 2025

Endoplazemski retikulum je membranska celica organelle prisoten v vseh evkariontskih celicah. Ta zapleten sistem zaseda približno več kot polovico membran v skupni živalski celici. Membrane se nadaljujejo, dokler se ne srečajo z jedrsko membrano in tvorijo neprekinjen element.

Ta struktura se porazdeli po celični citoplazmi v obliki labirinta. Gre za nekakšno mrežo tubul, ki so med seboj povezane z vrečo podobnimi strukturami. Biosinteza beljakovin in lipidov se pojavlja znotraj endoplazmatskega retikuluma. Skoraj vsi proteini, ki jih je treba nositi zunaj celice, najprej preidejo skozi retikulum.

Membrana retikuluma ni odgovorna samo za ločitev notranjosti tega organele od citoplazemskega prostora in posredovanje prenosa molekul med temi celičnimi oddelki; Prav tako sodeluje pri sintezi lipidov, ki bodo del plazemske membrane celice in membran drugih organelov.

Retikulum je razdeljen na gladek in hrapav, odvisno od prisotnosti ali odsotnosti ribosomov v njegovih membranah. Grobi endoplazemski retikulum ima na membrani pritrjene ribosome (prisotnost ribosomov daje "grob" videz), oblika tubulov pa je rahlo ravna.

Gladkemu endoplazemskemu retikulumu manjka ribosomov, oblika strukture pa je veliko bolj nepravilna. Funkcija grobega endoplazemskega retikuluma je usmerjena predvsem v predelavo beljakovin. Nasprotno pa je gladka odgovorna za presnovo lipidov.

Splošne značilnosti

Endoplazemski retikulum je membranska mreža, prisotna v vseh evkariontskih celicah. Sestavljajo ga vrečke ali cisterne in cevaste strukture, ki tvorijo kontinuum z membrano jedra in so razporejene po celici.

Za lumen retikuluma so poleg oksidacijskega okolja značilne visoke koncentracije kalcijevih ionov. Obe lastnosti mu omogočata, da izpolnjuje svoje funkcije.

Endoplazemski retikulum velja za največjo organelo, ki je prisotna v celicah. Volumen celice tega predela pokriva približno 10% notranjosti celice.

Razvrstitev

Grob endoplazemski retikulum

Grobi endoplazemski retikulum ima na površini visoko gostoto ribosomov. To je regija, kjer se odvijajo vsi procesi, povezani s sintezo in modifikacijo beljakovin. Njegov videz je v glavnem cevast.

Gladki endoplazemski retikulum

Gladki endoplazemski retikulum nima ribosomov. Obil je v tipih celic, ki imajo aktivno presnovo v sintezi lipidov; na primer v celicah testisov in jajčnikov, ki so celice, ki proizvajajo steroide.

Podobno je gladek endoplazemski retikulum v jetrnih celicah (hepatociti) v precej visokem deležu. Na tem področju nastaja proizvodnja lipoproteinov.

V primerjavi z grobim endoplazmatskim retikulumom je njegova struktura bolj zapletena. Število gladkega in grobega retikuluma je odvisno predvsem od vrste celice in njene funkcije.

Struktura

Fizikalna arhitektura endoplazemskega retikuluma je neprekinjen sistem membran, sestavljen iz medsebojno povezanih vrečic in tubul. Te membrane segajo do jedra in tvorijo en sam lumen.

Rešetka je sestavljena iz več domen. Porazdelitev je povezana z drugimi organeli, različnimi proteini in sestavnimi deli citoskeleta. Te interakcije so dinamične.

V strukturnem smislu je endoplazemski retikulum sestavljen iz jedrske ovojnice in perifernega endoplazemskega retikuluma, sestavljenega iz tubul in vreče. Vsaka struktura je povezana z določeno funkcijo.

Jedrska ovojnica je, tako kot vse biološke membrane, sestavljena iz lipidnega dvosloja. Notranjost, omejena s tem, je deljena s perifernim retikulumom.

Vrečke in tubule

Vrečke, ki sestavljajo endoplazemski retikulum, so ravne in pogosto zložene. Vsebujejo ukrivljene regije na robovih membran. Cevasto omrežje ni statična enota; lahko raste in se prestrukturira.

Sistem saksov in tubul je prisoten v vseh evkariontskih celicah. Vendar se razlikuje po obliki in strukturi, odvisno od vrste celice.

Retikulum celic s pomembnimi funkcijami pri sintezi beljakovin je sestavljen predvsem iz vrečk, medtem ko so celice, ki so najbolj povezane s sintezo lipidov in kalcijevo signalizacijo, sestavljene iz večjega števila tubulov.

Primeri celic z velikim številom vrečk so sekretorne celice trebušne slinavke in celice B. Nasprotno imajo mišične celice in jetrne celice mrežo vidnih tubulov.

Lastnosti

Endoplazemski retikulum je vključen v številne procese, vključno s sintezo beljakovin, trgovino z njimi in zlaganjem ter modifikacijami, kot so tvorba disulfidnih vezi, glikozilacija in dodajanje glikolipidov. Poleg tega sodeluje pri biosintezi membranskih lipidov.

Nedavne študije so povezale retikulum z odzivi na celični stres in lahko celo sprožijo procese apoptoze, čeprav mehanizmi še niso popolnoma razjasnjeni. Vsi ti procesi so podrobno opisani spodaj:

Trgovina s proteini

Endoplazemski retikulum je tesno povezan s trgovino z beljakovinami; konkretno beljakovinam, ki jih je treba poslati v tujino, Golgijevim aparatom, lizosomom, plazemski membrani in, logično, tistim, ki spadajo v isti endoplazemski retikulum.

Izločanje beljakovin

Endoplazemski retikulum je celično vedenje, ki sodeluje pri sintezi beljakovin, ki jih je treba vzeti zunaj celice. To funkcijo je razjasnila skupina raziskovalcev v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ki je preučevala celice trebušne slinavke, katerih funkcija je ločevanje prebavnih encimov.

Ta skupina, ki jo je vodil George Palade, je uspela označiti beljakovine z uporabo radioaktivnih aminokislin. Na ta način je bilo mogoče slediti in locirati beljakovine s tehniko, imenovano avtoradiografija.

Radioaktivno označene beljakovine je bilo mogoče zaslediti do endoplazemskega retikuluma. Ta rezultat kaže, da je retikulum vključen v sintezo beljakovin, katerih končni cilj je izločanje.

Nato se beljakovine preselijo v Golgijev aparat, kjer jih "zapakirajo" v vezikle, katerih vsebina bo izločena.

Fuzija

Do izločanja pride, ker se membrana veziklov lahko zlije s plazemsko membrano celice (obe sta lipidni naravi). Na ta način se lahko vsebina sprosti na zunanjo stran celice.

Z drugimi besedami, izločeni proteini (in tudi proteini, na katere ciljajo lizosome in plazemske membrane) morajo slediti določeni poti, ki vključuje grobi endoplazemski retikulum, Golgijev aparat, sekretorne vezikle in na koncu zunanjost celice.

Membranski proteini

Beljakovine, ki so predvidene za vgradnjo v neko biomembrano (plazemska membrana, Golgijeva membrana, lizosom ali retikulum), se najprej vstavijo v membrano retikuluma in se ne sprostijo takoj v lumen. Za tajne beljakovine morajo slediti isti poti.

Ti proteini se lahko nahajajo znotraj membran s pomočjo hidrofobnega sektorja. Ta regija ima vrsto od 20 do 25 hidrobofnih aminokislin, ki lahko medsebojno delujejo z ogljikovimi verigami fosfolipidov. Vendar je način, kako te beljakovine vstaviti, spremenljiv.

Veliko beljakovin prečka membrano le enkrat, medtem ko drugi to storijo večkrat. Podobno je lahko v nekaterih primerih karboksilni terminal ali amino-terminal.

Usmerjenost omenjenega proteina je določena, ko peptid raste in se prenaša v endoplazemski retikulum. Vse beljakovinske domene, ki kažejo proti lumnu retikuluma, se nahajajo na zunanji strani celice na končni lokaciji.

Zlaganje beljakovin in predelava

Molekule proteinske narave imajo tridimenzionalno sestavo, potrebno za izvajanje vseh njihovih funkcij.

DNA (deoksiribonukleinska kislina) s postopkom, imenovanim prepisovanjem, posreduje svoje informacije molekuli RNA (ribonukleinska kislina). RNA nato v procesu prevajanja preide v beljakovine. Peptidi se v procesu prevajanja prenesejo v rešetko.

Te verige aminokislin so tridimenzionalno razporejene znotraj retikuluma s pomočjo beljakovin, imenovanih chaperones: beljakovine iz družine Hsp70 (proteini toplotnega udara ali proteini toplotnega udara v angleščini, ki se nanašajo na akronim; številka 70 se nanaša na njegovo atomsko maso, 70 KDa) imenovan BiP.

Protein BiP se lahko veže na polipeptidno verigo in posreduje pri njenem zgibanju. Prav tako sodeluje pri sestavljanju različnih podenot, ki sestavljajo kvaternarno strukturo proteinov.

Proteini, ki niso bili pravilno zloženi, zadržijo retikulum in ostanejo vezani na BiP ali se razgradijo.

Ko je celica podvržena stresnim razmeram, retikulum reagira nanjo in posledično ne pride do pravilnega zlaganja beljakovin. Celica se lahko obrne na druge sisteme in proizvaja beljakovine, ki vzdržujejo homeostazo retikuluma.

Nastajanje disulfidnih vezi

Disulfidni most je kovalentna vez med sulfhidrilnimi skupinami, ki so del aminokislinske strukture cisteina. Ta interakcija je ključna za delovanje nekaterih proteinov; prav tako določa strukturo beljakovin, ki jih predstavljajo.

Te vezi ni mogoče tvoriti v drugih celičnih oddelkih (na primer v citosolu), ker nima oksidacijskega okolja, ki bi pripomoglo k njeni tvorbi.

Pri tvorbi (in razpadu) teh vezi obstaja enzim: protein-disulfid izomeraza.

Glikozilacija

V retikulumu pride do procesa glikozilacije v specifičnih ostankih asparagina. Tako kot zlaganje beljakovin se tudi med postopkom prevajanja pojavi glikozilacija.

Enogosaharidne enote sestavljajo štirinajst ostankov sladkorja. Na asparagin jih prenese enzim oligosakariltransferaza, ki se nahaja v membrani.

Medtem ko je beljakovina v retikulu, se odstranijo trije ostanki glukoze in en ostanek manoze. Te beljakovine odnesejo v Golgijev aparat za nadaljnjo predelavo.

Po drugi strani nekateri proteini niso zasidrani na plazemski membrani s strani hidrofobnih peptidov. V nasprotju s tem so pritrjeni na določene glikolipide, ki delujejo kot sidrni sistem in se imenujejo glikozilfosfatidilinozitol (okrajšano kot GPI).

Ta sistem je sestavljen v membrani retikuluma in vključuje vezavo GPI na terminalnem ogljiku proteina.

Sinteza lipida

Endoplazemski retikulum ima ključno vlogo pri biosintezi lipidov; konkretno gladek endoplazemski retikulum. Lipidi so nepogrešljiv sestavni del plazemskih membran celic.

Lipidi so visoko hidrofobne molekule, zato jih ni mogoče sintetizirati v vodnem okolju. Zato njegova sinteza poteka v povezavi z obstoječimi membranskimi komponentami. Prevoz teh lipidov se pojavi v veziklih ali s prenašalnimi proteini.

Membrane evkariontskih celic sestavljajo tri vrste lipidov: fosfolipidi, glikolipidi in holesterol.

Fosfolipidi so pridobljeni iz glicerola in so najpomembnejše strukturne sestavine. Te se sintetizirajo v predelu membrane retikuluma, ki kaže na citosolno stran. V procesu sodelujejo različni encimi.

Membrana raste z integracijo novih lipidov. Zahvaljujoč obstoju encima flipaza lahko pride do rasti v obeh polovicah membrane. Ta encim je odgovoren za prenos lipidov z ene strani dvoslojne na drugo.

V retikulu se pojavljajo tudi procesi sinteze holesterola in ceramidov. Slednji potuje do aparata Golgi, kjer proizvaja glikolipide ali sfingomijelin.

Skladiščenje kalcija

Kalcijeva molekula sodeluje kot signalizator v različnih procesih, bodisi z zlitjem ali asociacijo beljakovin z drugimi proteini bodisi z nukleinskimi kislinami.

V notranjosti endoplazemskega retikuluma so koncentracije kalcija 100–800 uM. Kalcijevi kanali in receptorji, ki sproščajo kalcij, se nahajajo v retikulu. Sprostitev kalcija se pojavi, ko fosfolipaza C spodbudi aktivacijo receptorjev, vezanih na G-beljakovine (GPCR).

Poleg tega pride do izločanja fosfatidilinozitola 4,5 bisfosfata v diacilglicerolu in inozitol trifosfatu; slednji je odgovoren za sproščanje kalcija.

Mišične celice imajo endoplazemski retikulum, specializiran za sekvestracijo kalcijevih ionov, imenovan sarkoplazemski retikulum. Vključen je v krčenje mišic in sprostitvene procese.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Bistvena celična biologija. Garland Science.
2. Cooper, GM (2000). Celica: Molekularni pristop. 2. izdaja Sinauer Associates
3. Namba, T. (2015). Uravnavanje funkcij endoplazemskega retikuluma. Staranje (Albany NY), 7 (11), 901–902.
4. Schwarz, DS, & Blower, dr. Med. (2016). Endoplazemski retikulum: zgradba, delovanje in odziv na celično signalizacijo. Znanosti o celičnem in molekularnem življenju, 73, 79–94.
5. Voeltz, GK, Rolls, MM, & Rapoport, TA (2002). Strukturna organizacija endoplazemskega retikuluma. EMBO Poročila, 3 (10), 944-950.
6. Xu, C., Bailly-Maitre, B., & Reed, JC (2005). Endoplazemski retikulumski stres: odločitve o življenju celic in smrti. Časopis za klinične preiskave, 115 (10), 2656-2664.