Εγκοπλασματικό δικτυωτό (τραχύ και ομαλό): Δομή και λειτουργία (με διάγραμμα)

Περιεχόμενο

• Δομή του ενδοπλασμικού δικτύου
• Δύο είδη ER
• Το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο (Rough ER)
• Σύνθεση πρωτεΐνης στο τραχύ ER
• Πρωτεΐνη πτυσσόμενη στο τραχύ ER
• Το ομαλό ενδοπλασματικό δίκτυο (ομαλό ER)
• Το Sarcoplasmic Reticulum στα Μυϊκά Κύτταρα
• Η απροσδιόριστη αντίδραση πρωτεΐνης
• ER Σχήμα
• ER και ανθρώπινης νόσου

Ένας από τους απλούστερους τρόπους κατανόησης των δομών και των λειτουργιών των οργανιδίων που στεγάζονται μέσα σε μια κυτταρική και κυτταρική βιολογία στο σύνολό της είναι να τα συγκρίνουμε με πράγματα του πραγματικού κόσμου.

Για παράδειγμα, είναι λογικό να περιγράψουμε τη συσκευή Golgi ως μονάδα συσκευασίας ή ταχυδρομείου, επειδή ο ρόλος της είναι να λαμβάνει, να τροποποιεί, να ταξινομεί και να αποστέλλει φορτία κυττάρων.

Το γειτονικό όργανο του σώματος του Golgi, το ενδοπλασματικό δίκτυο, κατανοείται καλύτερα ως μονάδα παραγωγής του κυττάρου. Το εργοστάσιο αυτό οργανώνει τα βιομόρια που απαιτούνται για όλες τις διαδικασίες ζωής. Αυτές περιλαμβάνουν πρωτεΐνες και λιπίδια.

Πιθανότατα γνωρίζετε ήδη πόσο σημαντικές είναι οι μεμβράνες για τα ευκαρυωτικά κύτταρα. το ενδοπλασματικό δίκτυο, το οποίο περιλαμβάνει και το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο και ομαλό ενδοπλασματικό δίκτυο, καταλαμβάνει πάνω από το ήμισυ της ακίνητης μεμβράνης σε ζωικά κύτταρα.

Θα ήταν δύσκολο να υπερβάλλουμε πόσο σημαντικό είναι αυτό το μεμβρανώδες, οργανικό βιομόριο που κατασκευάζει το κύτταρο.

Δομή του ενδοπλασμικού δικτύου

Οι πρώτοι επιστήμονες που παρακολουθούν το ενδοπλασματικό δίκτυο - ενώ έλαβαν την πρώτη ηλεκτρονική μικρογραφία ενός κυττάρου - χτυπήθηκαν από την εμφάνιση του ενδοπλασμικού δικτύου.

Για τους Albert Claude, Ernest Fullman και Keith Porter, το όργανο κοίταξε "δαντέλα σαν" λόγω των πτυχών του και των κενών χώρων. Οι σύγχρονοι παρατηρητές είναι πιο πιθανό να περιγράψουν την εμφάνιση του ενδοπλασμικού δικτυώματος σαν μια διπλωμένη κορδέλα ή ακόμα και μια καραμέλα κορδέλας.

Αυτή η μοναδική δομή εξασφαλίζει ότι το ενδοπλασματικό δίκτυο μπορεί να εκτελεί τους σημαντικούς ρόλους του μέσα στο κύτταρο. Το ενδοπλασματικό δίκτυο είναι καλύτερα κατανοητό ως ένα μακρύ φωσφολιπιδίου αναδιπλωμένο πίσω για να δημιουργήσει τη χαρακτηριστική δομή που μοιάζει με λαβύρινθο.

Ένας άλλος τρόπος σκέψης σχετικά με τη δομή του ενδοπλασμικού δικτύου είναι ένα δίκτυο επίπεδων σακουλών και σωλήνων που συνδέονται με μία μεμβράνη.

Αυτή η πτυχωμένη μεμβράνη φωσφολιπιδίου σχηματίζει καμπύλες που ονομάζονται cisternae. Αυτοί οι επίπεδες δίσκοι με μεμβράνη φωσφολιπιδίου εμφανίζονται στοιβαγμένοι όταν εξετάζουν μια διατομή του ενδοπλασματικού δικτύου κάτω από ισχυρό μικροσκόπιο.

Τα φαινομενικά κενά διαστήματα μεταξύ αυτών των σακουλών είναι εξίσου σημαντικά με την ίδια την μεμβράνη.

Αυτές οι περιοχές ονομάζονται μονάδα φωτισμού. Οι εσωτερικοί χώροι που σχηματίζουν τον αυλό είναι γεμάτοι με υγρό και, χάρη στον τρόπο με τον οποίο η αναδίπλωση αυξάνει τη συνολική επιφάνεια του οργανίου, στην πραγματικότητα αποτελούν περίπου το 10% του συνολικού όγκου του κυττάρου.

Δύο είδη ER

Το ενδοπλασματικό δίκτυο περιέχει δύο κύρια τμήματα, που ονομάζονται για την εμφάνισή τους: το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο και το ομαλό ενδοπλασματικό δίκτυο.

Η δομή αυτών των περιοχών του οργανίου αντανακλά τους ειδικούς ρόλους τους μέσα στο κύτταρο. Κάτω από το φακό του μικροσκοπίου, η φωσφολιπιδική μεμβράνη της ακατέργαστης ενδοπλασμικής μεμβράνης εμφανίζεται καλυμμένη με κουκκίδες ή χτυπήματα.

Αυτά είναι ριβοσωμάτων, που δίνουν στο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο ένα ανώμαλο ή τραχύ ουραίο (και ως εκ τούτου το όνομά του).

Αυτά τα ριβοσώματα είναι στην πραγματικότητα ξεχωριστά οργανίδια από το ενδοπλασματικό δίκτυο. Μεγάλοι αριθμοί (έως και εκατομμύρια!) Από αυτούς εντοπίζονται στην επιφάνεια του τραχού ενδοπλασμικού δικτύου, επειδή είναι ζωτικής σημασίας για τη δουλειά του, η οποία είναι η σύνθεση πρωτεϊνών. Ο RER υπάρχει ως στοιβάζονται φύλλα που συστροφή μαζί, με άκρα σχήματος έλικα.

Η άλλη πλευρά του ενδοπλασματικού δικτύου - το ομαλό ενδοπλασματικό δίκτυο - φαίνεται εντελώς διαφορετική.

Ενώ αυτό το τμήμα της οργανόλης εξακολουθεί να περιέχει τα διπλωμένα, λαβυρινθώδη, κινούμενα και γεμάτα με υγρό αυλάκια, η επιφάνεια αυτής της πλευράς της φωσφολιπιδικής μεμβράνης φαίνεται ομαλή ή κομψή επειδή το ομαλό ενδοπλασματικό δίκτυο δεν περιέχει ριβοσώματα.

Αυτό το τμήμα του ενδοπλασματικού δικτύου συνθέτει λιπίδια και όχι πρωτεΐνες, επομένως δεν απαιτεί ριβοσώματα.

Το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο (Rough ER)

Το ακατέργαστο ενδοπλασματικό δίκτυο, ή το RER, παίρνει το όνομά του από την χαρακτηριστική τραχιά ή καρφωμένη εμφάνιση χάρη στα ριβόσωμα που καλύπτουν την επιφάνεια του.

Θυμηθείτε ότι ολόκληρο το ενδοπλασματικό δίκτυο λειτουργεί σαν εργοστάσιο παραγωγής βιομορίων που είναι απαραίτητα για τη ζωή, όπως οι πρωτεΐνες και τα λιπίδια. Το RER είναι το τμήμα του εργοστασίου που αφιερώνει στην παραγωγή μόνο πρωτεϊνών.

Μερικές από τις πρωτεΐνες που παράγονται στον RER θα παραμείνουν στο ενδοπλασματικό δίκτυο για πάντα.

Για το λόγο αυτό, οι επιστήμονες αποκαλούν αυτές τις πρωτεΐνες πρωτεΐνες κατοίκους. Άλλες πρωτεΐνες θα υποστούν τροποποιήσεις, ταξινόμηση και αποστολή σε άλλες περιοχές του κυττάρου. Ωστόσο, ένας μεγάλος αριθμός πρωτεϊνών που είναι ενσωματωμένοι στο RER επισημαίνονται για έκκριση από το κύτταρο.

Αυτό σημαίνει ότι μετά την τροποποίηση και τη διαλογή, αυτές οι εκκριτικές πρωτεΐνες θα ταξιδέψουν μέσω μεταφορέα κυστιδίων μέσω της κυτταρικής μεμβράνης για εργασίες έξω από το κύτταρο.

Η θέση του RER μέσα στο κελί είναι επίσης σημαντική για τη λειτουργία του.

Ο RER βρίσκεται ακριβώς δίπλα στην πυρήνας του κυττάρου. Στην πραγματικότητα, η μεμβράνη φωσφολιπιδίων του ενδοπλασματικού δικτύου διασυνδέεται στην πραγματικότητα με το φράγμα μεμβράνης που περιβάλλει τον πυρήνα, που ονομάζεται πυρηνικό φάκελο ή πυρηνική μεμβράνη.

Αυτή η σφιχτή ρύθμιση εξασφαλίζει ότι ο RER λαμβάνει τις γενετικές πληροφορίες που απαιτούνται για την κατασκευή πρωτεϊνών απευθείας από τον πυρήνα.

Παρέχει επίσης τη δυνατότητα για τον RER να σηματοδοτήσει τον πυρήνα όταν η κατασκευή πρωτεϊνών ή η δίπλωση πρωτεϊνών πηγαίνει στραβά. Χάρη στην εγγύτητά της, το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο μπορεί απλώς να πυροβολήσει στον πυρήνα για να επιβραδύνει την παραγωγή, ενώ ο RER παγιδεύει με το ανεκτέλεστο.

Σύνθεση πρωτεΐνης στο τραχύ ER

Η σύνθεση πρωτεϊνών γενικά λειτουργεί έτσι: Ο πυρήνας κάθε κυττάρου περιέχει ένα πλήρες σύνολο DNA.

Αυτό το DNA είναι σαν το μπλε που μπορεί να χρησιμοποιήσει το κύτταρο για να χτίσει μόρια όπως οι πρωτεΐνες. Το κύτταρο μεταφέρει τις γενετικές πληροφορίες που απαιτούνται για την κατασκευή μίας μόνο πρωτεΐνης από τον πυρήνα στα ριβοσώματα στην επιφάνεια του RER. Οι επιστήμονες ονομάζουν αυτή τη διαδικασία μεταγραφή επειδή το κύτταρο μεταγράφει ή αντιγράφει αυτές τις πληροφορίες από το αρχικό DNA χρησιμοποιώντας αγγελιαφόρους.

Τα ριβοσώματα που συνδέονται με το RER λαμβάνουν τους αγγελιαφόρους που φέρουν τον μεταγραφόμενο κώδικα και χρησιμοποιούν αυτές τις πληροφορίες για να δημιουργήσουν μια αλυσίδα συγκεκριμένων αμινοξέων.

Αυτό το βήμα ονομάζεται μετάφραση επειδή τα ριβοσώματα διαβάζουν τον κώδικα δεδομένων στον αγγελιοφόρο και το χρησιμοποιούν για να αποφασίσουν τη σειρά των αμινοξέων στην αλυσίδα που κατασκευάζουν.

Αυτές οι χορδές αμινοξέων είναι οι βασικές μονάδες πρωτεϊνών. Τελικά, αυτές οι αλυσίδες θα αναδιπλώνονται σε λειτουργικές πρωτεΐνες και ίσως ακόμη και να λαμβάνουν ετικέτες ή τροποποιήσεις που θα τους βοηθήσουν να κάνουν τις δουλειές τους.

Πρωτεΐνη πτυσσόμενη στο τραχύ ER

Η αναδίπλωση πρωτεΐνης συμβαίνει γενικά στο εσωτερικό του RER.

Αυτό το βήμα δίνει στις πρωτεΐνες ένα μοναδικό τρισδιάστατο σχήμα, που ονομάζεται διαμόρφωση. Η αναδίπλωση πρωτεϊνών είναι ζωτικής σημασίας επειδή πολλές πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με άλλα μόρια χρησιμοποιώντας το μοναδικό σχήμα τους για να συνδεθούν σαν ένα κλειδί τοποθέτησης σε μια κλειδαριά.

Οι λανθασμένα πτυχωμένες πρωτεΐνες μπορεί να μην λειτουργούν σωστά και αυτή η δυσλειτουργία μπορεί να προκαλέσει ακόμη και ανθρώπινη νόσο.

Για παράδειγμα, οι ερευνητές πιστεύουν τώρα ότι τα προβλήματα με την αναδίπλωση πρωτεϊνών μπορεί να προκαλέσουν διαταραχές υγείας όπως ο διαβήτης τύπου 2, η κυστική ίνωση, η δρεπανοκυτταρική νόσο και τα νευροεκφυλιστικά προβλήματα όπως η νόσος του Alzheimer και η νόσο του Parkinson.

Ένζυμα είναι μια κατηγορία πρωτεϊνών που καθιστούν δυνατές τις χημικές αντιδράσεις στο κύτταρο, συμπεριλαμβανομένων εκείνων των διεργασιών που εμπλέκονται στο μεταβολισμό, που είναι ο τρόπος με τον οποίο η κυψέλη προσεγγίζει την ενέργεια.

Τα λυσοσωμικά ένζυμα βοηθούν το κύτταρο να διασπάσει τα ανεπιθύμητα περιεχόμενα κυττάρων, όπως τα παλιά οργανίδια και τις λανθασμένα πτυχωμένες πρωτεΐνες, προκειμένου να αποκατασταθεί το κύτταρο και να χτυπηθεί το απόβλητο υλικό για την ενέργεια του.

Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες και οι πρωτεΐνες σηματοδότησης βοηθούν τα κύτταρα να επικοινωνούν και να συνεργάζονται. Ορισμένοι ιστοί χρειάζονται μικρό αριθμό πρωτεϊνών, ενώ άλλοι ιστοί απαιτούν πολλά. Αυτοί οι ιστοί συνήθως αφιερώνουν περισσότερο χώρο στον RER από άλλους ιστούς με χαμηλότερες ανάγκες σύνθεσης πρωτεϊνών.

••• Sciencing

Το ομαλό ενδοπλασματικό δίκτυο (ομαλό ER)

Το ομαλό ενδοπλασματικό δίκτυο, ή το SER, στερείται ριβοσωμάτων, έτσι οι μεμβράνες του μοιάζουν με λεπτές ή λείες σωληνώσεις κάτω από το μικροσκόπιο.

Αυτό έχει νόημα επειδή αυτό το τμήμα του ενδοπλασματικού δικτύου σχηματίζει λιπίδια ή λίπη και όχι πρωτεΐνες και έτσι δεν χρειάζεται ριβοσώματα. Αυτά τα λιπίδια μπορεί να περιλαμβάνουν λιπαρά οξέα, φωσφολιπίδια και μόρια χοληστερόλης.

Τα φωσφολιπίδια και η χοληστερόλη χρειάζονται για την κατασκευή μεμβρανών πλάσματος στο κύτταρο.

Το SER παράγει ορμόνες λιπιδίων που είναι απαραίτητες για την καλή λειτουργία του ενδοκρινικό σύστημα.

Αυτές περιλαμβάνουν τις στεροειδείς ορμόνες που παρασκευάζονται από χοληστερόλη, όπως τα οιστρογόνα και η τεστοστερόνη. Λόγω του μεγάλου ρόλου που διαδραματίζει ο SER στην παραγωγή ορμονών, τα κύτταρα που απαιτούν πολλές στεροειδείς ορμόνες, όπως αυτές των όρχεων και των ωοθηκών, τείνουν να αφιερώνουν περισσότερα κυτταρικά ακίνητα στον SER.

Το SER συμμετέχει επίσης στο μεταβολισμό και την αποτοξίνωση. Και οι δύο αυτές διαδικασίες συμβαίνουν σε ηπατικά κύτταρα, έτσι οι ιστοί του ήπατος συνήθως έχουν μεγαλύτερη αφθονία SER.

Όταν τα σήματα ορμονών υποδεικνύουν ότι τα αποθέματα ενέργειας είναι χαμηλά, τα κύτταρα των νεφρών και του ήπατος ξεκινούν μια πορεία παραγωγής ενέργειας που ονομάζεται γλυκονενογένεση.

Αυτή η διαδικασία δημιουργεί τη σημαντική γλυκόζη πηγής ενέργειας από πηγές που δεν περιέχουν υδατάνθρακες στο κύτταρο. Το SER στα ηπατικά κύτταρα βοηθά επίσης τα ηπατικά κύτταρα να απομακρύνουν τις τοξίνες. Για να γίνει αυτό, το SER αφομοιώνει τμήματα της επικίνδυνης ένωσης για να καταστεί υδατοδιαλυτό, έτσι ώστε το σώμα να μπορεί να εκκρίνει την τοξίνη μέσω των ούρων.

Το Sarcoplasmic Reticulum στα Μυϊκά Κύτταρα

Μια εξαιρετικά εξειδικευμένη μορφή του ενδοπλασματικού δικτύου εμφανίζεται σε μερικά μυϊκά κύτταρα, που ονομάζονται μυοκύτταρα. Αυτή η μορφή, που ονομάζεται σαρκοπλασματικό δίκτυο, συνήθως βρίσκεται στα καρδιακά (καρδιά) και τα σκελετικά μυϊκά κύτταρα.

Σε αυτά τα κύτταρα, το οργανίδιο διαχειρίζεται την ισορροπία των ιόντων ασβεστίου που τα κύτταρα χρησιμοποιούν για να χαλαρώσουν και να συστέλλονται με τις μυϊκές ίνες. Τα αποθηκευμένα ιόντα ασβεστίου απορροφούν τα μυϊκά κύτταρα ενώ τα κύτταρα χαλαρώνουν και απελευθερώνονται από τα μυϊκά κύτταρα κατά τη διάρκεια της συστολής των μυών. Τα προβλήματα με το σαρκοπλασμικό δίκτυο μπορεί να οδηγήσουν σε σοβαρά ιατρικά προβλήματα, συμπεριλαμβανομένης της καρδιακής ανεπάρκειας.

Η απροσδιόριστη αντίδραση πρωτεΐνης

Γνωρίζετε ήδη ότι το ενδοπλασματικό δίκτυο είναι ένα μέρος της πρωτεϊνικής σύνθεσης και της δίπλωσης.

Η σωστή αναδίπλωση πρωτεΐνης είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή πρωτεϊνών που μπορούν να κάνουν τη δουλειά τους σωστά και όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η λανθασμένη αναδίπλωση μπορεί να προκαλέσει εσφαλμένη λειτουργία των πρωτεϊνών ή να μην λειτουργήσει καθόλου, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές παθήσεις όπως ο διαβήτης τύπου 2.

Για το λόγο αυτό, το ενδοπλασματικό δίκτυο πρέπει να εξασφαλίζει ότι μόνο σωστά πτυχωμένες πρωτεΐνες μεταφέρονται από το ενδοπλασματικό δίκτυο στο σύστημα Golgi για συσκευασία και αποστολή.

Το ενδοπλασματικό δίκτυο εξασφαλίζει τον έλεγχο της ποιότητας των πρωτεϊνών μέσω ενός μηχανισμού που ονομάζεται ανεπτυγμένη πρωτεϊνική απόκριση, ή UPR.

Αυτή είναι ουσιαστικά πολύ ταχεία κυτταρική σηματοδότηση που επιτρέπει στο RER να επικοινωνεί με τον πυρήνα του κυττάρου. Όταν οι ξεδιπλωμένες πρωτεΐνες αρχίζουν να συσσωρεύονται στον αυλό του ενδοπλασματικού δικτύου, ο RER ενεργοποιεί την αποκλινόμενη πρωτεϊνική απόκριση. Αυτό κάνει τρία πράγματα:

ER Σχήμα

Το σχήμα του ER σχετίζεται με τις λειτουργίες του και μπορεί να αλλάξει ανάλογα με τις ανάγκες.

Για παράδειγμα, η αύξηση των στρωμάτων φύλλων RER βοηθάει ορισμένα κύτταρα να εκκρίνουν μεγαλύτερο αριθμό πρωτεϊνών. Αντίθετα, κύτταρα όπως νευρώνες και μυϊκά κύτταρα που δεν εκκρίνουν όσες πρωτεΐνες μπορεί να έχουν περισσότερους σωληνίσκους SER.

ο περιφερειακό ER, που είναι το τμήμα που δεν συνδέεται με τον πυρηνικό φάκελο, μπορεί ακόμη και να μεταφερθεί ανάλογα με τις ανάγκες.

Αυτοί οι λόγοι και οι μηχανισμοί για αυτό αποτελούν αντικείμενο έρευνας. Μπορεί να περιλαμβάνει συρόμενες σωληνώσεις SER κατά μήκος των μικροσωληνίσκων του κυτταροσκελετού, σύροντας το ER πίσω από άλλα οργανίδια και ακόμη και δακτυλίους των σωληναρίων ER που κινούνται γύρω από το κύτταρο σαν μικρούς κινητήρες.

Το σχήμα του ER επίσης αλλάζει κατά τη διάρκεια κάποιων κυτταρικών διεργασιών, όπως μίτωσις.

Οι επιστήμονες εξακολουθούν να μελετούν τον τρόπο με τον οποίο πραγματοποιούνται αυτές οι αλλαγές. Ένα συμπλήρωμα πρωτεϊνών διατηρεί το συνολικό σχήμα του οργανιδίου ER, συμπεριλαμβανομένης της σταθεροποίησης των φύλλων και των σωληναρίων του και βοηθώντας στον προσδιορισμό των σχετικών ποσοτήτων RER και SER σε ένα συγκεκριμένο κύτταρο.

Αυτός είναι ένας σημαντικός τομέας μελέτης για ερευνητές που ενδιαφέρονται για τη σχέση μεταξύ του ER και της νόσου.

ER και ανθρώπινης νόσου

Η αποτυχία των πρωτεϊνών και το άγχος του ER, συμπεριλαμβανομένου του στρες από την συχνή ενεργοποίηση του UPR, μπορεί να συμβάλουν στην ανάπτυξη της ανθρώπινης νόσου. Αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν κυστική ίνωση, διαβήτη τύπου 2, νόσο Alzheimer και σπαστική παραπληγία.

Ιοί μπορεί επίσης να καταλάβει το ER και να χρησιμοποιήσει τον μηχανισμό κατασκευής πρωτεϊνών για να απομακρύνει τις ιογενείς πρωτεΐνες.

Αυτό μπορεί να μεταβάλει το σχήμα του ER και να εμποδίσει την εκτέλεση των κανονικών λειτουργιών του για το κύτταρο. Μερικοί ιοί, όπως ο δάγκειος πυρετός και το SARS, καθιστούν προστατευτικά διπλά μεμβρανικά κυστίδια μέσα στη μεμβράνη ER.