Endoplasmatiskt retikulum Definition
Det endoplasmatiska retikulumet (ER) är en stor organell som består av membranösa skikt och tuber som börjar nära kärnan och sträcker sig över hela cellen. Det endoplasmatiska retikulumet skapar, förpackar och utsöndrar många av de produkter som skapas av en cell. Ribosomer, som skapar proteiner, kantar en del av det endoplasmatiska retikulumet.
Översikt över det endoplasmatiska retikulumet
Hela strukturen kan stå för en stor del av cellens endomembransystem. Till exempel i celler som leverhepatocyter som är specialiserade på proteinsekretion och avgiftning kan ER stå för mer än 50 % av cellens totala lipidbilager. På samma sätt är ER-membransystemet särskilt framträdande i betaceller i bukspottkörteln som utsöndrar insulin, eller inom aktiverade B-lymfocyter som producerar antikroppar.
Som framgår av bilden är membranen i det endoplasmatiska retikulumet angränsande till det yttre kärnmembranet, även om deras sammansättning kan vara olika. ER innehåller speciella membraninbäddade proteiner som stabiliserar dess struktur och krökning. Denna organell fungerar som en viktig regulator av cellens funktion eftersom den har ett nära samspel med ett antal andra organeller. Produkter från det endoplasmatiska retikulumet reser ofta till Golgikroppen för paketering och ytterligare bearbetning innan de utsöndras.
Detta är en mikroskopisk bild av ett snitt från däggdjurs lungvävnad. I det nedre högra hörnet av bilden syns kärnan och resten av bilden illustrerar ER:s omfattande karaktär. Små mörka cirklar är mitokondrier som existerar i fysisk närhet till ER:s membran.
Endoplasmatiskt retikulum funktion
Ett antal roller inom cellen, från proteinsyntes och lipidmetabolism till avgiftning av cellen. Cisternae, var och en av de små veckningarna i det endoplasmatiska retikulumet, är vanligen förknippade med lipidmetabolism. Detta skapar cellens plasmamembran samt ytterligare endoplasmatiska retikulum och organeller. De verkar också vara viktiga för att upprätthålla Ca2+-balansen i cellen och för ER:s samverkan med mitokondrier. Denna interaktion påverkar också cellens aeroba status.
ER-blad verkar vara avgörande för organellens reaktion på stress, särskilt eftersom cellerna ändrar förhållandet mellan tubuli och blad när antalet oveckade proteiner ökar. Ibland induceras apoptos av ER som svar på ett överskott av oveckat protein i cellen. När ribosomer lossnar från ER-plattor kan dessa strukturer skingras och bilda tubulära cisterner.
Och även om ER-plattor och tubuli tycks ha olika funktioner finns det ingen perfekt avgränsning av rollerna. Hos däggdjur kan t.ex. tubuli och ark omvandlas, vilket gör att cellerna kan anpassas till olika förhållanden. Förhållandet mellan struktur och funktion i ER har inte helt klarlagts.
Proteinsyntes och vikning
Proteinsyntesen sker i det grova endoplasmatiska retiklet. Även om översättningen för alla proteiner börjar i cytoplasman flyttas vissa till ER för att vikas och sorteras för olika destinationer. Proteiner som flyttas in i ER under translation är ofta avsedda för sekretion. Inledningsvis viks dessa proteiner i ER och flyttas sedan till Golgiapparaten där de kan skickas till andra organeller.
Till exempel genereras de hydrolytiska enzymerna i lysosomen på detta sätt. Alternativt kan dessa proteiner utsöndras från cellen. Detta är ursprunget till enzymerna i matsmältningskanalen. Den tredje möjliga rollen för proteiner som översätts i ER är att stanna kvar inom själva endomembransystemet. Detta gäller särskilt för chaperonproteiner som hjälper till att vika andra proteiner. De gener som kodar för dessa proteiner uppregleras när cellen utsätts för stress på grund av oveckade proteiner.
Lipidsyntes
Den släta endoplasmatiska retikulumet spelar en viktig roll i biosyntesen av kolesterol och fosfolipider. Därför är denna del av ER viktigt inte bara för bildandet och underhållet av plasmamembranet utan även för själva ER:s omfattande endomembransystem.
SER är berikad på enzymer som är involverade i sterol- och steroidbiosyntetiska vägar och är också nödvändig för syntesen av steroidhormoner. Därför är SER extremt framträdande i cellerna i binjuren som utsöndrar fem olika grupper av steroidhormoner som påverkar ämnesomsättningen i hela kroppen. Syntesen av dessa hormoner involverar också enzymer i mitokondrierna, vilket ytterligare understryker förhållandet mellan dessa två organeller.
Kalciumlagret
Den SER är en viktig plats för lagring och frisättning av kalcium i cellen. En modifierad form av SER som kallas sarkoplasmatiskt retikulum bildar ett omfattande nätverk i kontraktila celler såsom muskelfibrer. Kalciumjoner är också inblandade i regleringen av ämnesomsättningen i cellen och kan förändra cytoskelettdynamiken.
Den omfattande karaktären hos ER-nätverket gör att det kan interagera med plasmamembranet och använda Ca2+ för signaltransduktion och modulering av kärnans aktivitet. I samband med mitokondrier kan ER också använda sina kalciumförråd för att inducera apoptos som svar på stress.
Strukturen hos det endoplasmatiska retikulumet
Det endoplasmatiska retikulumets membransystem kan morfologiskt delas in i två strukturer – cisterner och ark. Cisternerna har en rörformig struktur och bildar ett tredimensionellt polygonalt nätverk. De är cirka 50 nm i diameter hos däggdjur och 30 nm i diameter hos jäst. ER-blad å andra sidan är membranomslutna, tvådimensionella, tillplattade säckar som sträcker sig tvärs över cytoplasman. De är ofta associerade med ribosomer och speciella proteiner som kallas translocons och som är nödvändiga för proteinöversättning inom RER.
Den höga krökningen av ER-tubuli stabiliseras av närvaron av proteiner som kallas reticulons och DP1/Yop1p. Reticuloner är membranassocierade proteiner som kodas av fyra gener hos däggdjur (RTN1-4). Dessa proteiner lokaliseras till ER-tubuli och de böjda kanterna på ER-folier. DP1/Yop1p är en klass av integrala membranproteiner som är involverade i stabiliseringen av strukturen hos ER-cisterner.
Både reticulons och DP1/Yop1-proteiner bildar oligomerer och interagerar med cytoskelettet. Oligomerisering verkar vara en av de mekanismer som dessa proteiner använder för att forma lipidbilagan till en tubuli. Dessutom verkar de också använda ett killiknande strukturellt motiv som får membranet att kröka. Dessa två klasser av proteiner är redundanta, eftersom överuttryck av det ena proteinet kan kompensera för bristen på det andra proteinet.
Konstruktionen av ER är intimt förknippad med närvaron av cytoskeletala element, särskilt mikrotubuli. ER-membran, särskilt cisterner, rör sig och förgrenar sig längs mikrotubuli. När mikrotubulstrukturen tillfälligt störs kollapsar ER-nätverket och återbildas först när mikrotubulernas cytoskelett återupprättats. Dessutom återspeglas förändringar i mönstret för mikrotubulipolymerisationen i förändringar i ER-morfologin.
Endoplasmatiskt retikulum Placering
Det endoplasmatiska retikulumet bearbetar de flesta av instruktionerna från kärnan. Som sådan omger det endoplasmatiska retikulumet kärnan och strålar utåt. I celler som utsöndrar många produkter för resten av kroppen kan det endoplasmatiska retikulumet utgöra mer än 50 % av cellen.
I allmänhet uttrycker kärnan mRNA (messenger RNA), som talar om för cellen hur den ska bygga proteiner. Det grova endoplasmatiska retikulumet har många ribosomer, som är den primära platsen för proteinproduktion. Denna del av organellen skapar proteiner och börjar vika dem i rätt form. Det släta endoplasmatiska retikulumet är den primära platsen för lipidsyntesen. Som sådan innehåller den inga ribosomer. Snarare genomför den en rad reaktioner som skapar de fosfolipidmolekyler som är nödvändiga för att skapa olika membran och organeller.
Den grova versionen av det endoplasmatiska retiklet ligger ofta närmare kärnan, medan det släta endoplasmatiska retiklet ligger längre från kärnan. Båda versionerna är dock förbundna med varandra och kärnan genom en rad små tubuli.
Typer av endoplasmatiskt retikulum
Det finns två huvudtyper av ER i varje cell – glatt endoplasmatiskt retikulum (SER) och grovt endoplasmatiskt retikulum (RER). Var och en av dem har olika funktioner och ofta olika morfologi. SER är involverad i lipidmetabolismen och fungerar som cellens kalciumlager. Detta är särskilt viktigt i muskelceller som behöver Ca2+-joner för kontraktion. SER är också involverad i syntesen av fosfolipider och kolesterol. Den är ofta belägen nära cellens periferi.
Å andra sidan ses RER ofta nära cellkärnan. Den innehåller membranbundna ribosomer som ger den det karakteristiska ”grova” utseendet. Dessa ribosomer skapar proteiner som är avsedda för ER:s lumen och flyttas in i organellen när de översätts. Dessa proteiner innehåller en kort signal som skapas av några aminosyror i deras N-terminus och översätts inledningsvis i cytoplasman.
Men så snart signalen är översatt binder särskilda proteiner till den växande polypeptidkedjan och flyttar hela ribosomen och det tillhörande översättningsmaskineriet till ER. Dessa polypeptider kan vara residenta proteiner i RER, eller flyttas till Golgi-nätverket för att sorteras och utsöndras.