Sejtbiológia

Az endoplazmatikus retikulum

Az endoplazmatikus retikulum (ER) egy membrán ciszterna (lapos zsákok) rendszere, amely az egész citoplazmában kiterjed. Gyakran ez alkotja a sejt teljes membránjának több mint felét. Ezt a szerkezetet először a 19. század végén figyelték meg, amikor a festett sejtek vizsgálata valamilyen kiterjedt citoplazmatikus struktúra jelenlétére utalt, amelyet a gasztroplazmának neveztek. Az elektronmikroszkóp lehetővé tette ennek az organellenek morfológiájának vizsgálatát az 1940-es években, amikor a mai nevét kapta.

Az endoplazmatikus retikulum két funkcionálisan elkülöníthető formába sorolható: a sima endoplazmatikus retikulum (SER) és a durva endoplazmatikus retikulum (RER). A kettő morfológiai megkülönböztetése a fehérjeszintetizáló részecskék, úgynevezett riboszómák jelenléte, amelyek a RER külső felületéhez kapcsolódnak.

A sima endoplazmatikus retikulum

A SER, a finom cső alakú membrán vezikulumok hálójának funkciói sejtenként jelentősen eltérnek. Az egyik fontos szerepet játszik a foszfolipidek és a koleszterin szintézise, ​​amelyek a plazma és a belső membránok fő alkotóelemei. A foszfolipideket zsírsavakból, glicerin-foszfátból és más kis, vízben oldódó molekulákból képezik az ER membránhoz kötött enzimek, aktív helyük a citoszol felé nézve. Néhány foszfolipid marad az ER membránban, ahol a membránokon belüli specifikus enzimek katalizálva képesek „kicsúszni” a kettős réteg citoplazmatikus oldaláról, ahol képződtek, az exoplazmatikus vagy belső oldalra. Ez a folyamat biztosítja az ER membrán szimmetrikus növekedését. Más foszfolipideket a citoplazmán keresztül más membrán szerkezetekbe - például a sejtmembránba és a mitokondriumba - továbbítják speciális foszfolipid transzfer proteinekkel.

A májsejtekben az SER a metabolikus folyamatok során előállított vegyületek széles skálájának méregtelenítésére szakosodott. A SER számos enzimet tartalmaz, citokróm P450 néven, amelyek katalizálják a rákkeltő anyagok és más szerves molekulák lebontását. A mellékvesék és a gonidák sejtjeiben a koleszterin a SER-ben módosul a szteroidhormonokká történő átalakulás egy szakaszában. Végül, az izomsejtekben a SER, amely szarkoplazmás retikulum néven ismert, elkülöníti a citoplazma kalciumionjait. Amikor az izomot idegstimulumok váltják ki, a kalcium-ionok felszabadulnak, ami az izom összehúzódását okozza.

A durva endoplazmatikus retikulum

A RER általában csatlakoztatott lapított tasakok sorozata. Központi szerepet játszik a fehérjék és a glikoproteinek szintézisében és kivitelében, és az ezen funkciókra szakosodott szekréciós sejtekben lehet a legjobban tanulmányozni. Az emberi test számos szekréciós sejtje közé tartoznak a szérumfehérjéket, mint például az albuminot választó májsejtek, az endokrin sejtek, amelyek peptidhormonokat, például az inzulint, az nyálmirigyet és a hasnyálmirigy acináris sejteket választják el, amelyek emésztési enzimeket választanak ki, emlőmirigysejtek, amelyek kiválasztják a tejfehérjéket, és a porcsejtek, amelyek kiválasztják a kollagént és proteoglükánok.

A riboszómák olyan részecskék, amelyek aminosavakból szintetizálják a fehérjéket. Négy RNS molekulából állnak, és 40 és 80 fehérje között vannak, nagy és kicsi alegységbe összeállítva. A riboszómák vagy szabadok (vagyis nem kötődnek membránokhoz) a sejt citoplazmájában, vagy kapcsolódnak a RER-hez. A membránhoz kötött riboszómákon szintetizáltak között vannak a lizoszomális enzimek, az ER-hez, Golgi-hoz és a sejtmembránokhoz szánt fehérjék, valamint a sejtből kiválasztódó fehérjék. A szabad riboszómákon előállított fehérjék maradnak a citoszolban és azok, amelyek a külső membrán belső felületéhez kötődnek, valamint azok, amelyeket be kell építeni a magba, a mitokondriumokba, a kloroplasztokba, a peroxiszómákba és más organellákba. A fehérjék sajátosságai megjelölik őket a sejten belüli vagy azon kívüli meghatározott helyre történő szállításhoz. 1971-ben, a német születésű sejt- és molekuláris biológus, Günter Blobel és az argentin születésű sejtbiológus, David Sabatini javasolta, hogy a fehérje aminoterminális része (az előállítandó molekula első része) „szignálszekvenciaként” működjön. Azt javasolták, hogy egy ilyen szignálszekvencia megkönnyítse a növekvő fehérje kötődését az ER membránhoz, és vezeti a fehérjét akár a membránba, akár a membránon keresztül az ER lumenbe (belső rész).

A jelhipotézist számos kísérleti bizonyíték támasztotta alá. A messenger RNS-molekulában kódolt specifikus fehérje tervének fordítása egy szabad riboszómán kezdődik. Mivel a növekvő protein, amelynek szignálszekvenciája az aminoterminális végén kiderül a riboszómából, a szekvencia hat protein és egy RNS-molekula komplexéhez kötődik, amelyet szignálfelismerő részecskének (SRP) hívnak. Az SRP a riboszómához is kötődik, hogy megállítsa a fehérje további képződését. Az ER membránja olyan receptor helyeket tartalmaz, amelyek az SRP-riboszóma komplexet kötik a RER membránhoz. A kötés után a transzláció folytatódik, miközben az SRP disszociálódik a komplextől és a szignálszekvenciától, és a kialakuló protein maradéka a membránon keresztül egy transzlokonnak nevezett csatornán keresztül az ER lumenbe sodródik. Ezen a ponton a fehérjét véglegesen elkülönítik a citoszoltól. A legtöbb esetben a szignálszekvenciát a jelpeptidáznak nevezett enzim hasítja a fehérjéből, amint az az ER membrán luminalis felületén megjelenik. Ezenkívül egy glikozilezésnek nevezett eljárás során oligoszacharid (komplex cukor) láncokat gyakran adnak a fehérjéhez glikoprotein képzéséhez. Az ER lumen belsejében a fehérje jellegzetes háromdimenziós konformációjára hajlik.

A lumenben a sejtekből választódó fehérjék diffundálnak az ER átmeneti szakaszába, amely régió nagyrészt mentes a riboszómáktól. Itt a molekulákat kis membránnal határolt szállító vezikulumokba csomagolják, amelyek elkülönülnek az ER membrántól, és a citoplazmán keresztül egy célmembránhoz, általában a Golgi komplexhez vezetnek. Ott a szállító vezikulummembrán megolvad a Golgi membránnal, és a vezikulum tartalma a Golgi luumenébe kerül. Ez, mint a hólyagcsírázás és a fúzió minden folyamata, megőrzi a membránok oldalát; vagyis a membrán citoplazmatikus felülete mindig kifelé néz, és a luminalis tartalmat mindig elválasztják a citoplazmától.

A RER-en elõállított bizonyos nem szekretorikus fehérjék a sejt membránrendszerének részét képezik. Ezeknek a membránfehérjéknek a szignálszekvencián kívül egy vagy több rögzítési régió is, amely lipidben oldódó aminosavakból áll. Az aminosavak megakadályozzák a fehérje átjutását az ER-lumenbe azáltal, hogy rögzítik az ER membrán foszfolipid kettős rétegébe.