Læringsmål
- Beskriv strukturen, funktionen og komponenterne i endomembransystemet.
Figur 1. Membran- og sekretoriske proteiner syntetiseres i det ru endoplasmatiske retikulum (RER). RER’s membran modificerer også undertiden proteiner. (credit: modifikation af arbejde af Magnus Manske)
Endomembransystemet (endo = “indenfor”) er en gruppe af membraner og organeller (figur 1) i eukaryote celler, der arbejder sammen om at modificere, pakke og transportere lipider og proteiner. Det omfatter kernehulen, lysosomer, vesikler samt det endoplasmatiske retikulum og Golgi-apparatet, som vi skal gennemgå om lidt. Selv om plasmamembranen teknisk set ikke befinder sig i cellen, er den inkluderet i endomembransystemet, fordi den, som du vil se, interagerer med de andre endomembranøse organeller. Endomembransystemet omfatter ikke membranerne i hverken mitokondrier eller kloroplaster.
Figur 1 illustrerer forbindelserne i endomembransystemet, idet et (grønt) integralt membranprotein i ER modificeres ved tilknytning af et (lilla) kulhydrat. Vesikler med det integrale protein spirer fra ER og smelter sammen med Golgiapparatets cis-flade. Efterhånden som proteinet passerer langs Golgis cisterner, modificeres det yderligere ved tilsætning af flere kulhydrater. Når dets syntese er afsluttet, kommer det ud som integreret membranprotein i det vesikel, der spirer fra Golgis transflade, og når vesiklet smelter sammen med cellemembranen, bliver proteinet en integreret del af denne cellemembran.
Endoplasmatisk retikulum
Det endoplasmatiske retikulum (ER) (figur 1) er en række indbyrdes forbundne membranøse sække og rør, som tilsammen modificerer proteiner og syntetiserer lipider. Disse to funktioner udføres dog i separate områder af ER’et: henholdsvis det ru ER og det glatte ER.
Den hule del af ER-tubuliene kaldes lumen eller cisternrummet. Membranen i ER’et, som er et fosfolipid-dobbeltlag indlejret med proteiner, er gennemgående med kernehulen.
Råt ER
Det ru endoplasmatiske retikulum (RER) har fået dette navn, fordi de ribosomer, der er fastgjort til dets cytoplasmatiske overflade, giver det et nopret udseende, når det ses gennem et elektronmikroskop (figur 2).
Figur 2. Dette transmissionselektronmikroskopiske billede viser det ru endoplasmatiske retikulum og andre organeller i en pancreascelle. (credit: modifikation af arbejde af Louisa Howard)
Ribosomer overfører deres nyligt syntetiserede proteiner til lumenet af RER’et, hvor de gennemgår strukturelle ændringer, såsom foldning eller tilegnelse af sidekæder. Disse modificerede proteiner vil blive inkorporeret i cellemembraner – ER’s membran eller andre organellers membraner – eller blive udskilt fra cellen (f.eks. proteinhormoner eller enzymer). RER fremstiller også fosfolipider til cellemembraner.
Hvis fosfolipiderne eller de modificerede proteiner ikke er bestemt til at blive i RER, vil de nå deres bestemmelsessted via transportvesikler, der spirer fra RER’s membran (figur 1).
Da RER’en er beskæftiget med at modificere proteiner (som f.eks. enzymer), der vil blive udskilt fra cellen, ville du have ret i at antage, at RER’en er rigeligt udbredt i celler, der udskiller proteiner. Dette er f.eks. tilfældet med celler i leveren.
Smooth ER
Det glatte endoplasmatiske retikulum (SER) er sammenhængende med RER’en, men har få eller ingen ribosomer på sin cytoplasmatiske overflade. SER’s funktioner omfatter syntese af kulhydrater, lipider og steroidhormoner; afgiftning af medicin og giftstoffer; og lagring af calciumioner.
I muskelceller er et specialiseret SER, kaldet det sarkoplasmatiske retikulum, ansvarlig for lagring af de calciumioner, der er nødvendige for at udløse muskelcellernes koordinerede sammentrækninger.
Kardiologi
Hjertesygdomme er den hyppigste dødsårsag i USA. Dette skyldes primært vores stillesiddende livsstil og vores kost med et højt indhold af transfedtsyrer.
Hjertesvigt er blot en af mange invaliderende hjertesygdomme. Hjertesvigt betyder ikke, at hjertet er holdt op med at arbejde. Det betyder snarere, at hjertet ikke kan pumpe med tilstrækkelig kraft til at transportere iltet blod til alle de vitale organer. Hvis hjertesvigt ikke behandles, kan det føre til nyresvigt og svigt af andre organer.
Hjertevæggen består af hjertemuskelvæv. Hjertesvigt opstår, når de endoplasmatiske reticula i hjertemuskelcellerne ikke fungerer korrekt. Som følge heraf er der ikke tilstrækkeligt mange calciumioner til rådighed til at udløse en tilstrækkelig sammentrækningskraft.
Kardiologer (cardi = “hjerte”; ologist = “en der studerer”) er læger, der har specialiseret sig i behandling af hjertesygdomme, herunder hjertesvigt. Kardiologer kan stille diagnosen hjertesvigt via en fysisk undersøgelse, resultater fra et elektrokardiogram (EKG, en test, der måler hjertets elektriske aktivitet), en røntgenundersøgelse af brystet for at se, om hjertet er forstørret, og andre tests. Hvis hjertesvigt diagnosticeres, vil kardiologen typisk ordinere passende medicin og anbefale en reduktion af indtaget af bordsalt og et overvåget træningsprogram.
Golgi-apparatet
Figur 3. Golgi-apparatet i denne hvide blodcelle er synligt som en stak af halvcirkulære, fladtrykte ringe i den nederste del af billedet. Flere vesikler kan ses i nærheden af Golgi-apparatet. (credit: modifikation af arbejde af Louisa Howard)
Vi har allerede nævnt, at vesikler kan spire fra ER og transportere deres indhold andetsteds hen, men hvor går vesiklerne hen? Inden de når deres endelige bestemmelsessted, skal lipiderne eller proteinerne i transportvesiklerne stadig sorteres, pakkes og mærkes, så de ender det rigtige sted. Sortering, mærkning, pakning og fordeling af lipider og proteiner finder sted i Golgi-apparatet (også kaldet Golgi-legemet), som er en række fladtrykte membraner (figur 3).
Den modtagende side af Golgi-apparatet kaldes cis-siden. Den modsatte side kaldes trans-siden. De transportvesikler, der er dannet fra ER, rejser til cis-siden, smelter sammen med den og tømmer deres indhold i Golgiapparatets lumen. Når proteinerne og lipiderne bevæger sig gennem Golgi, undergår de yderligere modifikationer, der gør det muligt at sortere dem. Den hyppigste modifikation er tilføjelsen af korte kæder af sukkermolekyler. Disse nyligt modificerede proteiner og lipider bliver derefter mærket med fosfatgrupper eller andre små molekyler, så de kan ledes til deres rette bestemmelsessted.
Endeligt pakkes de modificerede og mærkede proteiner ind i sekretoriske vesikler, der springer ud fra Golgis transside. Mens nogle af disse vesikler deponerer deres indhold i andre dele af cellen, hvor de vil blive brugt, smelter andre sekretoriske vesikler sammen med plasmamembranen og frigiver deres indhold uden for cellen.
I et andet eksempel på, at formen følger funktionen, har celler, der er involveret i en stor sekretorisk aktivitet (såsom celler i spytkirtlerne, der udskiller fordøjelsesenzymer, eller celler i immunsystemet, der udskiller antistoffer), en overflod af Golgi.
I planteceller har Golgi-apparatet den yderligere rolle at syntetisere polysaccharider, hvoraf nogle indgår i cellevæggen, og nogle bruges i andre dele af cellen.
Genetiker
Mange sygdomme opstår på grund af genetiske mutationer, der forhindrer syntesen af kritiske proteiner. En af disse sygdomme er Lowe-sygdommen (også kaldet oculocerebrorenalt syndrom, fordi den påvirker øjne, hjerne og nyrer). Ved Lowe-sygdom er der mangel på et enzym, der er lokaliseret til Golgi-apparatet. Børn med Lowe-sygdom fødes med grå stær, udvikler typisk nyresygdom efter det første leveår og kan have nedsatte mentale evner.
Lowe-sygdom er en genetisk sygdom forårsaget af en mutation på X-kromosomet. X-kromosomet er det ene af de to menneskelige kønskromosomer, da disse kromosomer bestemmer en persons køn. Kvinder besidder to X-kromosomer, mens mænd besidder et X- og et Y-kromosom. Hos hunner kommer generne på kun det ene af de to X-kromosomer til udtryk. Derfor har kvinder, som bærer Lowe-sygdomsgenet på et af deres X-kromosomer, en 50/50 chance for at få sygdommen. Mænd har imidlertid kun ét X-kromosom, og generne på dette kromosom kommer altid til udtryk. Derfor vil mænd altid få Lowe-sygdom, hvis deres X-kromosom bærer Lowe-sygdomsgenet. Man har nu fundet ud af, hvor det muterede gen befinder sig, og hvor mange andre mutationer, der forårsager genetiske sygdomme, befinder sig. Ved hjælp af prænatale test kan en kvinde finde ud af, om det foster, hun bærer, kan være ramt af en af flere genetiske sygdomme.
Genetikere analyserer resultaterne af prænatale genetiske test og kan rådgive gravide kvinder om de muligheder, der er til rådighed. De kan også foretage genetisk forskning, der fører til nye lægemidler eller fødevarer, eller udføre DNA-analyser, der bruges i retsmedicinske undersøgelser.
Try It
Bidrag!
Forbedre denne sideLær mere