Endoplasmatisch Reticulum Definitie
Het endoplasmatisch reticulum (ER) is een groot organel dat bestaat uit membraanachtige vellen en buisjes die in de buurt van de kern beginnen en zich over de hele cel uitstrekken. Het endoplasmatisch reticulum creëert, verpakt en scheidt veel van de producten af die door een cel worden gemaakt. Ribosomen, die eiwitten maken, bekleden een deel van het endoplasmatisch reticulum.
Endoplasmatisch Reticulum Overzicht
De gehele structuur kan een groot deel van het endomembraansysteem van de cel uitmaken. Bijvoorbeeld, in cellen zoals leverhepatocyten die gespecialiseerd zijn in eiwitsecretie en ontgifting, kan het ER meer dan 50% van de totale lipide bilaag van de cel uitmaken. Evenzo is het ER-membraansysteem bijzonder prominent in pancreas betacellen die insuline afscheiden, of in geactiveerde B-lymfocyten die antilichamen produceren.
Zoals in de afbeelding te zien is, zijn de membranen van het endoplasmatisch reticulum aangrenzend aan het buitenste kernmembraan, hoewel hun samenstelling verschillend kan zijn. Het ER bevat speciale membraan-ingebedde proteïnen die zijn structuur en kromming stabiliseren. Dit organel fungeert als een belangrijke regulator van de celfunctie omdat het nauw samenwerkt met een aantal andere organellen. Producten van het endoplasmatisch reticulum gaan vaak naar het Golgi-lichaam voor verpakking en extra verwerking voordat ze worden afgescheiden.
Dit is een microscopische afbeelding van een doorsnede van een zoogdierlongweefsel. De rechterbenedenhoek van de afbeelding toont de kern en de rest van de afbeelding illustreert de uitgebreidheid van de ER. Kleine donkere cirkels zijn mitochondriën die in de fysieke nabijheid van de membranen van het ER bestaan.
Endoplasmatisch Reticulum Functie
Het ER speelt een aantal rollen binnen de cel, van eiwitsynthese en vetmetabolisme tot ontgifting van de cel. Cisternae, elk van de kleine plooien van het endoplasmatisch reticulum, worden gewoonlijk in verband gebracht met het vetmetabolisme. Hierdoor ontstaat het plasmamembraan van de cel, evenals extra endoplasmatisch reticulum en organellen. Zij blijken ook belangrijk te zijn bij het handhaven van het Ca2+-evenwicht in de cel en bij de interactie van het ER met de mitochondriën. Deze interactie beïnvloedt ook de aerobe status van de cel.
ER vellen blijken cruciaal te zijn in de reactie van het organel op stress, vooral omdat cellen hun tubules-to-sheets ratio wijzigen wanneer het aantal ongevouwen eiwitten toeneemt. Soms wordt apoptose geïnduceerd door het ER als reactie op een overmaat aan ongevouwen eiwitten in de cel. Wanneer ribosomen loskomen van ER vellen, kunnen deze structuren uiteenvallen en buisvormige cisternae vormen.
Hoewel ER vellen en tubuli verschillende functies lijken te hebben, is er geen perfecte afbakening van rollen. Bij zoogdieren bijvoorbeeld kunnen tubuli en tubuli elkaar afwisselen, waardoor de cellen zich aan verschillende omstandigheden kunnen aanpassen. De relatie tussen structuur en functie in het ER is niet volledig opgehelderd.
Proteïnesynthese en -vouwing
De proteïnesynthese vindt plaats in het ruwe endoplasmatische reticulum. Hoewel de vertaling voor alle eiwitten in het cytoplasma begint, worden sommige naar het ER verplaatst om te worden gevouwen en gesorteerd voor verschillende bestemmingen. Eiwitten die tijdens de translatie naar het ER worden getranslokeerd, zijn vaak bestemd voor secretie. In eerste instantie worden deze eiwitten in het ER gevouwen en vervolgens naar het Golgi-apparaat verplaatst, waar ze naar andere organellen kunnen worden verzonden.
Zo worden bijvoorbeeld de hydrolytische enzymen in het lysosoom gegenereerd. Een andere mogelijkheid is dat deze eiwitten uit de cel worden afgescheiden. Dit is de oorsprong van de enzymen van het spijsverteringskanaal. De derde mogelijke rol voor eiwitten die in de ER worden vertaald is dat zij binnen het endomembraan-systeem zelf blijven. Dit geldt met name voor chaperone-eiwitten die helpen bij de vouwing van andere eiwitten. De genen die coderen voor deze eiwitten worden geüpreguleerd wanneer de cel onder stress staat van ongevouwen eiwitten.
Lipid Synthese
Het gladde endoplasmatisch reticulum speelt een belangrijke rol in de biosynthese van cholesterol en fosfolipiden. Daarom is dit deel van het ER niet alleen van belang voor de vorming en instandhouding van de plasmamembraan, maar ook voor het uitgebreide endomembraansysteem van het ER zelf.
De SER is verrijkt met enzymen die betrokken zijn bij de biosynthese van sterolen en steroïden en is ook noodzakelijk voor de synthese van steroïdhormonen. Daarom is de SER zeer prominent aanwezig in de cellen van de bijnier die vijf verschillende groepen steroïdhormonen afscheiden die de stofwisseling van het gehele lichaam beïnvloeden. Bij de synthese van deze hormonen zijn ook enzymen in de mitochondriën betrokken, hetgeen de relatie tussen deze twee organellen nog eens onderstreept.
Calciumopslag
De SER is een belangrijke plaats voor de opslag en afgifte van calcium in de cel. Een gewijzigde vorm van de SER, sarcoplasmatisch reticulum genaamd, vormt een uitgebreid netwerk in contractiele cellen zoals spiervezels. Calciumionen zijn ook betrokken bij de regulatie van het metabolisme in de cel en kunnen de cytoskeletale dynamiek veranderen.
Door zijn uitgebreide aard kan het ER-netwerk interageren met het plasmamembraan en Ca2+ gebruiken voor signaaltransductie en modulatie van de nucleaire activiteit. In samenwerking met mitochondria kan het ER ook zijn calciumvoorraden gebruiken om apoptose te induceren als reactie op stress.
Structuur van het endoplasmatisch reticulum
Het membraanstelsel van het endoplasmatisch reticulum kan morfologisch worden verdeeld in twee structuren – cisternae en vellen. Cisternae zijn buisvormig en vormen een driedimensionaal veelhoekig netwerk. Zij hebben een diameter van ongeveer 50 nm bij zoogdieren en 30 nm bij gist. ER-sheets daarentegen zijn met membranen omsloten, tweedimensionale, afgeplatte zakjes die zich over het cytoplasma uitstrekken. Ze zijn vaak geassocieerd met ribosomen en speciale eiwitten, translocons genaamd, die nodig zijn voor eiwittranslatie binnen het RER.
De hoge kromming van ER tubules wordt gestabiliseerd door de aanwezigheid van eiwitten die reticulonen en DP1/Yop1p worden genoemd. Reticulonen zijn membraangeassocieerde eiwitten die worden gecodeerd door vier genen bij zoogdieren (RTN1-4). Deze eiwitten lokaliseren zich in ER tubuli en op de gebogen randen van ER sheets. DP1/Yop1p zijn een klasse van integrale membraaneiwitten die betrokken zijn bij het stabiliseren van de structuur van ER cisternae.
Zowel reticulonen als DP1/Yop1-eiwitten vormen oligomeren en interageren met het cytoskelet. Oligomerisatie lijkt een van de mechanismen te zijn die door deze eiwitten worden gebruikt om de lipide bilaag in een tubulus te vormen. Bovendien blijken zij ook gebruik te maken van een wigvormig structureel motief dat ervoor zorgt dat het membraan kromt. Deze twee klassen van eiwitten zijn redundant, omdat de overexpressie van het ene eiwit het ontbreken van het andere eiwit kan compenseren.
De constructie van het ER is nauw betrokken bij de aanwezigheid van cytoskelet elementen, vooral microtubuli. ER membranen, vooral cisternae, bewegen en vertakken zich langs microtubuli. Wanneer de structuur van microtubuli tijdelijk verstoord is, stort het ER netwerk in en herstelt het zich pas nadat het cytoskelet van microtubuli weer hersteld is. Bovendien worden veranderingen in het polymerisatiepatroon van microtubuli weerspiegeld in veranderingen in de ER-morfologie.
Locatie van het endoplasmatisch reticulum
Het endoplasmatisch reticulum verwerkt het grootste deel van de instructies vanuit de kern. Als zodanig omringt het endoplasmatisch reticulum de celkern en straalt naar buiten uit. In cellen die veel producten voor de rest van het lichaam afscheiden, kan het endoplasmatisch reticulum meer dan 50% van de cel uitmaken.
In het algemeen brengt de celkern mRNA (boodschapper-RNA) tot expressie, dat de cel vertelt hoe eiwitten moeten worden gebouwd. Het ruwe endoplasmatisch reticulum heeft veel ribosomen, die de primaire plaats van eiwitproductie zijn. Dit deel van het organel maakt eiwitten aan en begint ze in de juiste formatie te vouwen. Het gladde endoplasmatisch reticulum is de voornaamste plaats voor de synthese van lipiden. Als zodanig bevat het geen ribosomen. In plaats daarvan voert het een reeks reacties uit die de fosfolipidemoleculen creëren die nodig zijn om verschillende membranen en organellen te creëren.
De ruwe versie van het endoplasmatisch reticulum ligt vaak dichter bij de kern, terwijl het gladde endoplasmatisch reticulum verder van de kern ligt. Beide versies zijn echter met elkaar en met de kern verbonden via een reeks kleine buisjes.
Typen Endoplasmatisch Reticulum
Er zijn twee hoofdtypen ER in elke cel – glad endoplasmatisch reticulum (SER) en ruw endoplasmatisch reticulum (RER). Elk heeft zijn eigen functie, en vaak ook een verschillende morfologie. Het SER is betrokken bij het vetmetabolisme en fungeert als de calciumopslagplaats voor de cel. Dit is vooral belangrijk in spiercellen die Ca2+-ionen nodig hebben voor samentrekking. De SER is ook betrokken bij de synthese van fosfolipiden en cholesterol. Hij bevindt zich dikwijls in de periferie van de cel.
Anderzijds wordt de RER dikwijls dicht bij de kern gezien. Het bevat membraan-gebonden ribosomen die het het karakteristieke ‘ruwe’ uiterlijk geven. Deze ribosomen maken eiwitten aan die bestemd zijn voor het lumen van het ER en worden tijdens de vertaling naar het organel verplaatst. Deze eiwitten bevatten een kort signaal van enkele aminozuren in hun N-terminus en worden aanvankelijk in het cytoplasma vertaald.
Zodra het signaal is vertaald, binden speciale eiwitten zich echter aan de groeiende polypeptideketen en verplaatsen het hele ribosoom en de bijbehorende vertaalmachine naar het ER. Deze polypeptiden kunnen residente proteïnen van het RER zijn, of naar het Golgi-netwerk worden verplaatst om te worden gesorteerd en gesecreteerd.