Reticul endoplasmatic - Endoplasmic reticulum
Biologie celulara | |
---|---|
Diagrama celulelor animale | |
![]() Componentele unei celule animale tipice:
|
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c2/Clara_cell_lung_-_TEM.jpg/300px-Clara_cell_lung_-_TEM.jpg)
Reticulului endoplasmatic ( ER ) este, în esență, sistemul de transport al celulei eucariote, și are multe alte funcții importante , cum ar fi plierea proteinelor. Este un tip de organet format din două subunități - reticulul endoplasmatic dur ( RER ) și reticulul endoplasmatic neted ( SER ). Reticulul endoplasmatic se găsește în majoritatea celulelor eucariote și formează o rețea interconectată de saci aplatizați, cu membrană, cunoscuți sub numele de cisterne (în RER) și structuri tubulare în SER. Membranele ER sunt continue cu membrana nucleară exterioară . Reticulul endoplasmatic nu se găsește în celulele roșii din sânge sau în spermatozoizi .
Cele două tipuri de ER împărtășesc multe dintre aceleași proteine și se angajează în anumite activități comune, cum ar fi sinteza anumitor lipide și colesterol . Diferite tipuri de celule conțin rapoarte diferite ale celor două tipuri de ER în funcție de activitățile celulei.
Fața exterioară ( citosolică ) a reticulului endoplasmatic dur este împânzită cu ribozomi care sunt locurile sintezei proteinelor . Reticulul endoplasmatic dur este deosebit de proeminent în celule precum hepatocitele . Reticulului endoplasmatic neted îi lipsesc ribozomii și funcțiile în sinteza lipidelor, dar nu metabolismul , producția de hormoni steroizi și detoxifiere . Reticulul endoplasmatic neted este deosebit de abundent în ficatul și celulele gonade ale mamiferelor .
ER a fost observat cu microscopul luminos de Garnier în 1897, care a inventat termenul de ergastoplasmă . Cu microscopia electronică , membranele dantelate ale reticulului endoplasmatic au fost văzute pentru prima dată în 1945 de Keith R. Porter , Albert Claude și Ernest F. Fullam. Mai târziu, cuvântul reticul , care înseamnă „rețea”, a fost aplicat de Porter în 1953 pentru a descrie această țesătură de membrane.
Structura
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f6/Nucleus_ER_golgi.svg/300px-Nucleus_ER_golgi.svg.png)
Structura generală a reticulului endoplasmatic este o rețea de membrane numite cisterne . Aceste structuri în formă de sac sunt ținute împreună de citoschelet . Membrana fosfolipida cuprinde spațiul cisternală (sau lumen), care este continuă cu spațiul perinuclear , dar distinctă de citosol . Funcțiile reticulului endoplasmatic pot fi rezumate ca sinteză și export de proteine și lipide de membrană, dar variază între tipul ER și celula și funcția celulară. Cantitatea de reticul endoplasmatic aspru și neted dintr-o celulă se poate schimba încet de la un tip la altul, în funcție de activitățile metabolice schimbătoare ale celulei. Transformarea poate include încorporarea de noi proteine în membrană, precum și modificări structurale. Modificări ale conținutului de proteine pot apărea fără modificări structurale vizibile.
Reticul endoplasmatic aspru
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/94/Protein_translation.gif)
Suprafața reticulului endoplasmatic dur (adesea prescurtat RER sau ER dur ; denumit și reticul endoplasmatic granular ) este împânzită cu ribozomi producători de proteine, conferindu-i un aspect „dur” (de unde și numele său). Locul de legare al ribozomului pe reticulul endoplasmatic dur este transloconul . Cu toate acestea, ribozomii nu sunt o parte stabilă a structurii acestui organet, deoarece sunt legați și eliberați constant de membrană. Un ribozom se leagă de RER doar după ce se formează un complex specific proteină-acid nucleic în citosol. Aceste forme complexe speciale atunci când un ribozom liber începe traducerea ARNm - a unei proteine destinate calea secretorie . Primii 5-30 de aminoacizi polimerizați codifică o peptidă semnal , un mesaj molecular care este recunoscut și legat de o particulă de recunoaștere a semnalului (SRP). Traducerea face pauze și complexul ribozomic se leagă de transloconul RER unde traducerea continuă cu proteina naștentă (nouă) care se formează în lumenul și / sau membrana RER. Proteina este procesată în lumenul ER de o enzimă (o peptidază semnal ), care elimină peptida semnal. Ribozomii în acest moment pot fi eliberați înapoi în citosol; cu toate acestea, ribozomii care nu se traduc sunt, de asemenea, cunoscuți că rămân asociați cu translocoanele.
Membrana reticulului endoplasmatic aspru formează foi mari cu membrană dublă care sunt situate în apropierea și continuu cu stratul exterior al învelișului nuclear . Foile cu membrană dublă sunt stivuite și conectate prin mai multe rampe elicoidale dreapta sau stânga, „rampele Terasaki”, dând naștere unei structuri asemănătoare unei parcări cu mai multe etaje . Deși nu există o membrană continuă între reticulul endoplasmatic și aparatul Golgi , veziculele de transport legate de membrană transportă proteine între aceste două compartimente. Veziculele sunt înconjurate de proteine de acoperire numite COPI și COPII. COPII vizează veziculele către aparatul Golgi și COPI le marchează pentru a fi readuse în reticulul endoplasmatic dur. Reticulul endoplasmatic dur lucrează în colaborare cu complexul Golgi pentru a viza proteinele noi către destinațiile lor adecvate. A doua metodă de transport în afara reticulului endoplasmatic implică zone numite site-uri de contact ale membranei , unde membranele reticulului endoplasmatic și ale altor organite sunt ținute strâns între ele, permițând transferul de lipide și alte molecule mici.
Reticulul endoplasmatic dur este cheia în mai multe funcții:
- Fabricarea enzimelor lizozomale cu un marker manoză-6-fosfat adăugat în rețeaua cis- Golgi.
- Fabricarea proteinelor secretate , fie secretate constitutiv fără etichetă, fie secretate într-o manieră reglatoare care implică clathrin și aminoacizi bazici asociați în peptida semnal .
- Proteine integrale de membrană care rămân înglobate în membrană pe măsură ce veziculele ies și se leagă de membrane noi. Proteinele Rab sunt esențiale în direcționarea membranei; Proteinele SNAP și SNARE sunt cheia evenimentului de fuziune.
- Glicozilarea inițială pe măsură ce asamblarea continuă. Aceasta este legată de N (legătura O are loc în Golgi).
- Glicozilare legată de N: Dacă proteina este pliată corespunzător, oligozahariltransferaza recunoaște secvența AA N X S sau N X T (cu reziduul S / T fosforilat) și adaugă o coloană vertebrală de 14 zahăr (2- N- acetilglucozamină, 9 ramificări manoză și 3- glucoză la sfârșit) la azotul lanțului lateral al Asn.
Reticul endoplasmatic neted
În majoritatea celulelor, reticulul endoplasmatic neted (prescurtat SER ) este rar. În schimb, există zone în care ER este parțial neted și parțial aspru, această zonă se numește ER de tranziție. ER de tranziție își primește numele deoarece conține site-uri de ieșire ER. Acestea sunt zone în care veziculele de transport care conțin lipide și proteine produse în ER, se detașează de ER și încep să se deplaseze către aparatul Golgi . Celulele specializate pot avea mult reticul endoplasmatic neted și în aceste celule ER netedă are multe funcții. Sintetizează lipide , fosfolipide și steroizi . Celulele care secretă aceste produse, cum ar fi cele din testicule , ovare și glande sebacee, au o abundență de reticul endoplasmatic neted. De asemenea, efectuează metabolismul glucidelor, detoxifierea produselor naturale din metabolism și a alcoolului și a drogurilor, atașarea receptorilor pe proteinele membranei celulare și metabolismul steroizilor . În celulele musculare, reglează concentrația ionilor de calciu . Reticulul endoplasmatic neted se găsește într-o varietate de tipuri de celule (atât animale, cât și vegetale) și îndeplinește funcții diferite în fiecare. Reticulul endoplasmatic neted conține, de asemenea, enzima glucoză-6-fosfatază , care transformă glucoza-6-fosfat în glucoză, un pas în gluconeogeneză . Este conectat la anvelopa nucleară și constă din tubuli care sunt situați în apropierea periferiei celulare. Aceste tuburi se ramifică uneori formând o rețea cu aspect reticular. În unele celule, există zone dilatate, cum ar fi sacii reticulului endoplasmatic dur. Rețeaua de reticul endoplasmatic neted permite ca o suprafață crescută să fie dedicată acțiunii sau stocării enzimelor cheie și a produselor acestor enzime.
Reticulul sarcoplasmic
Reticulul sarcoplasmatic (SR), din grecescul σάρξ sarx („carne”), este ER netedă găsită în celulele musculare . Singura diferență structurală dintre acest organet și reticulul endoplasmatic neted este amestecul de proteine pe care îl au, ambele legate de membranele lor și derivând în limitele lumenului lor. Această diferență fundamentală este indicativă a funcțiilor lor: reticulul endoplasmatic sintetizează molecule, în timp ce reticulul sarcoplasmatic stochează ioni de calciu și îi pompează în sarcoplasmă atunci când fibra musculară este stimulată. După eliberarea lor din reticulul sarcoplasmatic, ionii de calciu interacționează cu proteinele contractile care utilizează ATP pentru a scurta fibra musculară. Reticulul sarcoplasmatic joacă un rol major în cuplarea excitație-contracție .
Funcții
Reticulul endoplasmatic îndeplinește multe funcții generale, inclusiv plierea moleculelor de proteine în saci numiți cisterne și transportul proteinelor sintetizate în vezicule către aparatul Golgi . Reticulul endoplasmatic aspru este, de asemenea, implicat în sinteza proteinelor. Plierea corectă a proteinelor nou fabricate este posibilă de mai multe proteine endoplasmatice ale reticulului chaperon , incluzând proteina disulfură izomerază (PDI), ERp29, membrul familiei Hsp70 BiP / Grp78 , calnexina , calreticulina și familia peptidilpropil izomerazei. Doar proteinele pliate în mod corespunzător sunt transportate de la ER brut la aparatul Golgi - proteinele desfăcute determină un răspuns proteic desfăcut ca răspuns la stres în ER. Tulburările în reglarea redox , reglarea calciului, privarea de glucoză și infecția virală sau supraexprimarea proteinelor pot duce la răspuns la stresul reticulului endoplasmatic (stres ER), o stare în care plierea proteinelor încetinește, ducând la o creștere a proteinelor desfășurate . Acest stres apare ca o cauză potențială de deteriorare a hipoxiei / ischemiei, rezistenței la insulină și a altor tulburări.
Transportul proteinelor
Proteinele secretoare, mai ales glicoproteine , sunt deplasate peste membrana reticulului endoplasmatic. Proteinele care sunt transportate de reticulul endoplasmatic în întreaga celulă sunt marcate cu o etichetă de adresare numită secvență semnal . Capătul N-terminal (un capăt) al unui lanț polipeptidic (adică o proteină) conține câțiva aminoacizi care funcționează ca etichetă de adresă, care sunt îndepărtați când polipeptida ajunge la destinație. Peptidele nascente ajung la ER prin translocon , un complex multiproteic încorporat în membrană. Proteinele care sunt destinate locurilor din afara reticulului endoplasmatic sunt ambalate în vezicule de transport și deplasate de-a lungul citoscheletului către destinația lor. La fibroblastele umane, ER este întotdeauna co-distribuit cu microtubuli și depolimerizarea acestora din urmă determină co-agregarea sa cu mitocondriile, care sunt, de asemenea, asociate cu ER.
Reticulul endoplasmatic face parte, de asemenea, dintr-o cale de sortare a proteinelor. Este, în esență, sistemul de transport al celulei eucariote. Majoritatea proteinelor sale rezidente sunt reținute în interiorul acesteia printr-un motiv de reținere . Acest motiv este compus din patru aminoacizi la sfârșitul secvenței de proteine. Cele mai frecvente secvențe de retenție sunt KDEL pentru proteinele localizate în lumen și KKXX pentru proteinele transmembranare. Cu toate acestea, apar variații ale KDEL și KKXX, iar alte secvențe pot da naștere și retenției reticulului endoplasmatic. Nu se știe dacă o astfel de variație poate duce la localizări sub-ER. Există trei receptori KDEL ( 1 , 2 și 3 ) în celulele mamiferelor și au un grad foarte ridicat de identitate a secvenței. Diferențele funcționale dintre acești receptori rămân de stabilit.
Reglarea bioenergetică a alimentării cu ER ATP printr-un mecanism CaATiER
Reticulul endoplasmatic nu adăpostește o mașină de regenerare a ATP și, prin urmare, necesită importul de ATP din mitocondrii. ATP-ul importat este vital pentru ER pentru a-și îndeplini funcțiile de păstrare a casei, cum ar fi plierea și traficul de proteine.
Transportorul ER ATP, SLC35B1 / AXER, a fost recent clonat și caracterizat, iar mitocondriile furnizează ATP către ER printr-un transport antagonizat Ca 2+ în mecanismul ER ( CaATiER ). CaATiER arată mecanism sensibilitate la citozolică Ca 2+ variind de la nM mare la interval redus pM, cu Ca 2+ -sensing încă elementul care urmează să fie identificate și validate.
Semnificația clinică
Anomaliile în XBP1 conduc la un răspuns crescut la stresul reticulului endoplasmatic și ulterior determină o susceptibilitate mai mare pentru procesele inflamatorii care pot contribui chiar la boala Alzheimer . În colon , anomaliile XBP1 au fost legate de bolile inflamatorii intestinale, inclusiv de boala Crohn .
Răspunsul proteic desfășurat (UPR) este un răspuns celular la stres legat de reticulul endoplasmatic. UPR este activat ca răspuns la o acumulare de proteine desfăcute sau greșite în lumenul reticulului endoplasmatic. UPR funcționează pentru a restabili funcția normală a celulei prin oprirea traducerii proteinelor , degradarea proteinelor pliate greșit și activarea căilor de semnalizare care duc la creșterea producției de chaperone moleculare implicate în plierea proteinelor . Supraactivarea susținută a UPR a fost implicată în bolile prionice , precum și în alte câteva boli neurodegenerative, iar inhibarea UPR ar putea deveni un tratament pentru aceste boli.