Learning Outcomes
- Beschrijf de structuur, functie, en componenten van het endomembraan systeem.
Figuur 1. Membraan- en secretie-eiwitten worden gesynthetiseerd in het ruw endoplasmatisch reticulum (RER). In het membraan van het RER worden soms ook eiwitten gemodificeerd. (credit: modificatie van werk van Magnus Manske)
Het endomembraan systeem (endo = “binnenin”) is een groep membranen en organellen (Figuur 1) in eukaryote cellen die samenwerken om lipiden en eiwitten te modificeren, verpakken en transporteren. Het omvat de nucleaire enveloppe, lysosomen, vesikels, en het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat, die we binnenkort zullen behandelen. Hoewel het technisch gezien niet tot de cel behoort, wordt het plasmamembraan wel tot het endomembraanstelsel gerekend omdat het, zoals u zult zien, samenwerkt met de andere endomembraneuze organellen. Het endomembraan systeem omvat niet de membranen van mitochondria of chloroplasten.
Figuur 1 illustreert de verbindingen van het endomembraan systeem als een (groen) integraal membraan eiwit in het ER wordt gemodificeerd door aanhechting van een (paars) carbohydraat. Vesikels met het integrale eiwit komen uit het ER en versmelten met de cis-zijde van het Golgi-apparaat. Terwijl het eiwit langs de cisternae van de Golgi passeert, wordt het verder gemodificeerd door de toevoeging van meer koolhydraten. Nadat de synthese is voltooid, verlaat het eiwit de cel als integraal membraaneiwit van het blaasje dat uit het Golgi-transvlak komt en wanneer het blaasje met het celmembraan versmelt, wordt het integraal onderdeel van dat celmembraan.
Endoplasmatisch Reticulum
Het endoplasmatisch reticulum (ER) (figuur 1) is een reeks onderling verbonden membraanzakjes en -buisjes die gezamenlijk eiwitten modificeren en lipiden synthetiseren. Deze twee functies worden echter in afzonderlijke delen van het ER uitgeoefend: respectievelijk het ruwe ER en het gladde ER.
Het holle gedeelte van de ER-buisjes wordt het lumen of de cisterciënnale ruimte genoemd. Het membraan van het ER, dat bestaat uit een fosfolipide bilaag die is ingebed met eiwitten, loopt door met de nucleaire envelop.
Ruw ER
Het ruwe endoplasmatische reticulum (RER) wordt zo genoemd omdat de ribosomen die aan zijn cytoplasmatische oppervlak zijn bevestigd, het een noppenachtig uiterlijk geven wanneer het door een elektronenmicroscoop wordt bekeken (figuur 2).
Figuur 2. Deze transmissie-elektronenmicrofoto toont het ruw endoplasmatisch reticulum en andere organellen in een pancreascel. (credit: modificatie van werk van Louisa Howard)
Ribosomen brengen hun nieuw gesynthetiseerde eiwitten over naar het lumen van het RER waar zij structurele wijzigingen ondergaan, zoals vouwing of het toevoegen van zijketens. Deze gemodificeerde eiwitten worden opgenomen in celmembranen – het membraan van de ER of dat van andere organellen – of uit de cel afgescheiden (zoals eiwithormonen of enzymen). De RER maakt ook fosfolipiden voor celmembranen.
Als de fosfolipiden of gemodificeerde eiwitten niet bestemd zijn om in de RER te blijven, zullen ze hun bestemming bereiken via transportblaasjes die ontluiken uit het membraan van de RER (Figuur 1).
Omdat de RER zich bezighoudt met het modificeren van eiwitten (zoals bijvoorbeeld enzymen) die uit de cel zullen worden uitgescheiden, zou je gelijk hebben als je aanneemt dat de RER overvloedig aanwezig is in cellen die eiwitten uitscheiden. Dit is bijvoorbeeld het geval bij cellen van de lever.
Smooth ER
Het smooth endoplasmic reticulum (SER) is continu met de RER, maar heeft weinig of geen ribosomen op zijn cytoplasmatische oppervlak. Functies van de SER zijn onder meer synthese van koolhydraten, lipiden en steroïde hormonen; ontgifting van medicijnen en giffen; en opslag van calciumionen.
In spiercellen is een gespecialiseerde SER, het sarcoplasmatisch reticulum genaamd, verantwoordelijk voor de opslag van de calciumionen die nodig zijn om de gecoördineerde samentrekkingen van de spiercellen op gang te brengen.
Cardiologie
Hartziekten zijn de belangrijkste doodsoorzaak in de Verenigde Staten. Dit is voornamelijk te wijten aan onze sedentaire levensstijl en ons dieet met veel transvetten.
Hartfalen is slechts een van de vele invaliderende hartaandoeningen. Hartfalen betekent niet dat het hart niet meer werkt. Het betekent eerder dat het hart niet met voldoende kracht kan pompen om zuurstofrijk bloed naar alle vitale organen te transporteren. Als hartfalen niet wordt behandeld, kan het leiden tot nierfalen en falen van andere organen.
De wand van het hart is opgebouwd uit hartspierweefsel. Hartfalen treedt op wanneer de endoplasmatische reticula van hartspiercellen niet goed functioneren. Als gevolg daarvan zijn er onvoldoende calciumionen beschikbaar om voldoende samentrekkingskracht op te wekken.
Cardiologen (cardi = “hart”; ologist = “iemand die studeert”) zijn artsen die gespecialiseerd zijn in de behandeling van hartziekten, waaronder hartfalen. Cardiologen kunnen de diagnose hartfalen stellen aan de hand van lichamelijk onderzoek, de resultaten van een elektrocardiogram (ECG, een test die de elektrische activiteit van het hart meet), een röntgenfoto van de borstkas om te zien of het hart vergroot is, en andere tests. Als de diagnose hartfalen wordt gesteld, zal de cardioloog meestal de juiste medicijnen voorschrijven en een vermindering van de inname van keukenzout en een oefenprogramma onder toezicht aanbevelen.
Golgi-apparaat
Figuur 3. Het Golgi-apparaat in deze witte bloedcel is zichtbaar als een opeenstapeling van halfronde, afgeplatte ringen in het onderste deel van het beeld. In de buurt van het Golgi-apparaat zijn verschillende blaasjes te zien. (credit: modificatie van werk van Louisa Howard)
We hebben reeds vermeld dat blaasjes uit het ER kunnen ontspringen en hun inhoud naar elders kunnen transporteren, maar waar gaan de blaasjes heen? Voordat zij hun eindbestemming bereiken, moeten de lipiden of eiwitten in de transportblaasjes nog worden gesorteerd, verpakt en gelabeld, zodat zij op de juiste plaats terechtkomen. Het sorteren, labelen, verpakken en distribueren van lipiden en eiwitten vindt plaats in het Golgi-apparaat (ook wel Golgi-lichaam genoemd), een reeks afgeplatte membranen (figuur 3).
De ontvangende zijde van het Golgi-apparaat wordt de cis-zijde genoemd. De tegenoverliggende zijde wordt de transzijde genoemd. De transportblaasjes die zich vanuit de ER vormen, reizen naar de cis-zijde, versmelten ermee en legen hun inhoud in het lumen van het Golgi-apparaat. Terwijl de proteïnen en lipiden door het Golgi-apparaat reizen, ondergaan zij verdere modificaties waardoor zij kunnen worden gesorteerd. De meest voorkomende modificatie is de toevoeging van korte ketens van suikermoleculen. Deze nieuw gemodificeerde eiwitten en lipiden worden dan gelabeld met fosfaatgroepen of andere kleine moleculen, zodat zij naar hun juiste bestemming kunnen worden geleid.
Ten slotte worden de gemodificeerde en gelabelde eiwitten verpakt in secretorische blaasjes die uit de transzijde van de Golgi komen. Terwijl sommige van deze blaasjes hun inhoud afzetten in andere delen van de cel waar ze zullen worden gebruikt, versmelten andere secretoire blaasjes met het plasmamembraan en laten hun inhoud buiten de cel los.
In een ander voorbeeld van vorm die functie volgt, hebben cellen die zich bezighouden met veel secretorische activiteit (zoals cellen van de speekselklieren die spijsverteringsenzymen afscheiden of cellen van het immuunsysteem die antilichamen afscheiden) een overvloed aan Golgi.
In plantencellen heeft het Golgi-apparaat de extra rol van het synthetiseren van polysacchariden, waarvan sommige worden opgenomen in de celwand en sommige worden gebruikt in andere delen van de cel.
Geneticus
Vele ziekten ontstaan door genetische mutaties die de synthese van kritische eiwitten verhinderen. Een van die ziekten is de ziekte van Lowe (ook wel oculocerebrorenaal syndroom genoemd, omdat de ogen, de hersenen en de nieren worden aangetast). Bij de ziekte van Lowe is er een tekort aan een enzym dat gelokaliseerd is in het Golgi-apparaat. Kinderen met de ziekte van Lowe worden geboren met cataract, krijgen meestal nieraandoeningen na het eerste levensjaar en kunnen verminderde geestelijke vermogens hebben.
De ziekte van Lowe is een genetische ziekte die wordt veroorzaakt door een mutatie op het X-chromosoom. Het X-chromosoom is een van de twee menselijke geslachtschromosomen, aangezien deze chromosomen het geslacht van een persoon bepalen. Vrouwtjes bezitten twee X-chromosomen, terwijl mannen één X- en één Y-chromosoom bezitten. Bij vrouwen komen de genen op slechts één van de twee X-chromosomen tot expressie. Daarom hebben vrouwen die het gen voor de ziekte van Lowe op een van hun X-chromosomen dragen, een 50/50-kans om de ziekte te krijgen. Mannen hebben echter maar één X-chromosoom en de genen op dit chromosoom komen altijd tot expressie. Daarom zullen mannen altijd de ziekte van Lowe krijgen als hun X-chromosoom het gen voor de ziekte van Lowe draagt. De locatie van het gemuteerde gen, evenals de locaties van vele andere mutaties die genetische ziekten veroorzaken, is nu geïdentificeerd. Door middel van prenatale tests, kan een vrouw erachter komen of de foetus die ze draagt kan worden getroffen door een van de verschillende genetische ziekten.
Genetici analyseren de resultaten van prenatale genetische tests en kunnen zwangere vrouwen adviseren over de beschikbare opties. Ze kunnen ook genetisch onderzoek doen dat leidt tot nieuwe geneesmiddelen of voedingsmiddelen, of DNA-analyses uitvoeren die worden gebruikt in forensisch onderzoek.
Probeer het
Bijdragen!
Verbeter deze paginaLees meer