Endoplasmatisk retikulum Definition
Det endoplasmatiske retikulum (ER) er en stor organel, der består af membranøse plader og rør, der begynder nær kernen og strækker sig over hele cellen. Det endoplasmatiske retikulum skaber, pakker og udskiller mange af de produkter, der skabes af en celle. Ribosomer, som skaber proteiner, beklæder en del af det endoplasmatiske retikulum.
Oversigt over det endoplasmatiske retikulum
Den samlede struktur kan udgøre en stor del af cellens endomembransystem. For eksempel i celler som leverhepatocytter, der er specialiseret i proteinsekretion og afgiftning, kan ER’et udgøre mere end 50 % af cellens samlede lipiddobbeltlag. På samme måde er ER-membransystemet særligt fremtrædende i betaceller i bugspytkirtlen, der udskiller insulin, eller i aktiverede B-lymfocytter, der producerer antistoffer.
Som det ses på billedet, støder membranerne i det endoplasmatiske retikulum sammen med den ydre kernemembran, selv om deres sammensætning kan være forskellig. ER’et indeholder særlige membranindlejrede proteiner, der stabiliserer dets struktur og krumning. Denne organel fungerer som en vigtig regulator af cellens funktion, fordi den indgår i et tæt samspil med en række andre organeller. Produkter fra det endoplasmatiske retikulum rejser ofte til Golgi-legemet for at blive pakket og yderligere bearbejdet, inden de udskilles.
Dette er et mikroskopisk billede af et snit fra pattedyrs lungevæv. Nederst i højre hjørne af billedet ses kernen, og resten af billedet illustrerer ER’s omfattende karakter. Små mørke cirkler er mitokondrier, der eksisterer i fysisk nærhed med ER’s membraner.
Endoplasmatisk Reticulum Funktion
ER spiller en række roller i cellen, lige fra proteinsyntese og lipidmetabolisme til afgiftning af cellen. Cisternerne, hver af de små folder i det endoplasmatiske reticulum, er almindeligvis forbundet med lipidmetabolisme. Dette skaber cellens plasmamembran samt yderligere endoplasmatisk retikulum og organeller. De synes også at være vigtige for opretholdelsen af Ca2+-balancen i cellen og for ER’s interaktion med mitokondrierne. Denne interaktion påvirker også cellens aerobe status.
ER-ark synes at være afgørende for organellens reaktion på stress, især fordi cellerne ændrer forholdet mellem tubuli og ark, når antallet af ufoldede proteiner stiger. Lejlighedsvis induceres apoptose af ER som reaktion på et overskud af ufoldet protein i cellen. Når ribosomer løsner sig fra ER-ark, kan disse strukturer spredes og danne rørformede cisterner.
Og selv om ER-ark og tubuli ser ud til at have forskellige funktioner, er der ikke en perfekt afgrænsning af rollerne. For eksempel kan tubuli og plader hos pattedyr omdannes indbyrdes, hvilket gør cellerne tilpasningsdygtige til forskellige forhold. Forholdet mellem struktur og funktion i ER er ikke blevet fuldstændig opklaret.
Proteinsyntese og foldning
Proteinsyntese sker i det ru endoplasmatiske retikulum. Selv om translation for alle proteiner begynder i cytoplasmaet, flyttes nogle af dem ind i ER for at blive foldet og sorteret til forskellige destinationer. Proteiner, der transloceres ind i ER under translation, er ofte bestemt til sekretion. I første omgang foldes disse proteiner i ER og flyttes derefter ind i Golgi-apparatet, hvor de kan sendes videre til andre organeller.
For eksempel dannes de hydrolytiske enzymer i lysosomet på denne måde. Alternativt kunne disse proteiner blive udskilt fra cellen. Dette er oprindelsen af enzymerne i fordøjelseskanalen. Den tredje potentielle rolle for proteiner, der er oversat i ER, er at forblive inden for selve endomembransystemet. Dette gælder især for chaperonproteiner, som hjælper med at folde andre proteiner. Generne, der koder for disse proteiner, opreguleres, når cellen er under stress på grund af ufoldede proteiner.
Lipidsyntese
Det glatte endoplasmatiske retikulum spiller en vigtig rolle i biosyntesen af kolesterol og fosfolipider. Derfor er denne del af ER ikke kun vigtig for dannelsen og vedligeholdelsen af plasmamembranen, men også for selve det omfattende endomembransystem i ER.
Det SER er beriget med enzymer, der er involveret i sterol- og steroidbiosyntetiske veje, og er også nødvendigt for syntesen af steroidhormoner. SER er derfor yderst fremtrædende i cellerne i binyrerne, der udskiller fem forskellige grupper af steroidhormoner, som påvirker hele kroppens stofskifte. Syntesen af disse hormoner involverer også enzymer i mitokondrierne, hvilket yderligere understreger forholdet mellem disse to organeller.
Calciumlager
Det SER er et vigtigt sted for lagring og frigivelse af calcium i cellen. En modificeret form af SER kaldet sarkoplasmatisk retikulum danner et omfattende netværk i kontraktile celler som f.eks. muskelfibre. Calciumioner er også involveret i reguleringen af metabolismen i cellen og kan ændre cytoskelettets dynamik.
Den omfattende karakter af ER-netværket gør det muligt for det at interagere med plasmamembranen og bruge Ca2+ til signaltransduktion og modulation af nuklear aktivitet. I forbindelse med mitokondrier kan ER også bruge sine calciumlagre til at inducere apoptose som reaktion på stress.
Strukturen af det endoplasmatiske retikulum
Det endoplasmatiske retikulum-membransystem kan morfologisk opdeles i to strukturer – cisterner og ark. Cisternerne har en rørformet struktur og danner et tredimensionalt polygonalt netværk. De er ca. 50 nm i diameter hos pattedyr og 30 nm i diameter hos gær. ER-blade er derimod membranomsluttede, todimensionale, fladtrykte sække, der strækker sig tværs over cytoplasmaet. De er ofte forbundet med ribosomer og særlige proteiner kaldet translocons, der er nødvendige for proteintranslationen i RER.
Den høje krumning af ER-tubuli stabiliseres af tilstedeværelsen af proteiner kaldet reticulons og DP1/Yop1p. Reticuloner er membran-associerede proteiner, der er kodet af fire gener hos pattedyr (RTN1-4). Disse proteiner lokaliseres til ER-tubuli og de krumme kanter af ER-ark. DP1/Yop1p er en klasse af integrale membranproteiner, der er involveret i stabiliseringen af strukturen af ER-cisterner.
Både reticuloner og DP1/Yop1-proteiner danner oligomerer og interagerer med cytoskelettet. Oligomerisering synes at være en af de mekanismer, som disse proteiner bruger til at forme lipiddobbeltlaget til en rørform. Derudover synes de også at bruge et kile-lignende strukturelt motiv, der får membranen til at krumme sig. Disse to klasser af proteiner er redundante, da overekspression af det ene protein kan kompensere for manglen på det andet protein.
Konstruktionen af ER’et er intimt forbundet med tilstedeværelsen af cytoskeletale elementer, især mikrotubuli. ER-membraner, især cisterner, bevæger sig og forgrener sig langs mikrotubuli. Når mikrotubulistrukturen forstyrres midlertidigt, kollapser ER-netværket og reformeres først, når mikrotubulicytoskelettet er genetableret. Desuden afspejles ændringer i mønsteret af mikrotubulipolymerisation i ændringer i ER-morfologien.
Endoplasmatisk retikulum Placering
Det endoplasmatiske retikulum behandler de fleste instruktioner fra kernen. Som sådan omgiver det endoplasmatiske retikulum kernen og stråler udad. I celler, der udskiller mange produkter til resten af kroppen, kan det endoplasmatiske retikulum udgøre mere end 50 % af cellen.
Generelt udtrykker kernen mRNA (messenger RNA), som fortæller cellen, hvordan den skal opbygge proteiner. Det grove endoplasmatiske retikulum har mange ribosomer, som er det primære sted for proteinproduktionen. Denne del af organellen skaber proteiner og begynder at folde dem i den rigtige formation. Det glatte endoplasmatiske retikulum er det primære sted for lipidsyntese. Som sådan indeholder det ikke nogen ribosomer. I stedet gennemfører det en række reaktioner, som skaber de fosfolipidmolekyler, der er nødvendige for at skabe forskellige membraner og organeller.
Den grove udgave af det endoplasmatiske retikulum er ofte tættere på kernen, mens det glatte endoplasmatiske retikulum er længere væk fra kernen. Begge versioner er dog forbundet med hinanden og kernen gennem en række små rør.
Typer af endoplasmatisk retikulum
Der er to hovedtyper af ER i hver celle – glat endoplasmatisk retikulum (SER) og groft endoplasmatisk retikulum (RER). De har hver især forskellige funktioner og ofte forskellig morfologi. SER er involveret i lipidmetabolismen og fungerer som cellens calciumlager. Dette er særlig vigtigt i muskelceller, som har brug for Ca2+-ioner til sammentrækning. SER er også involveret i syntesen af fosfolipider og kolesterol. Den er ofte placeret nær cellens periferi.
Derimod ses RER almindeligvis tæt på kernen. Den indeholder membranbundne ribosomer, der giver den det karakteristiske “ru” udseende. Disse ribosomer skaber proteiner, der er bestemt til lumenet i ER’en, og de flyttes ind i organellen, mens de oversættes. Disse proteiner indeholder et kort signal skabt af et par aminosyrer i deres N-terminus og oversættes i første omgang i cytoplasmaet.
Men så snart signalet er oversat, binder særlige proteiner sig til den voksende polypeptidkæde og flytter hele ribosomet og det tilhørende oversættelsesmaskineri til ER. Disse polypeptider kan være residente proteiner i RER eller blive flyttet mod Golgi-netværket for at blive sorteret og udskilt.