В эукариотических клетках существует ряд органелл, способствующих клеточной функции. К ним относятся ядро, комплекс Гольджи, митохондрии, рибосомы и эндоплазматическая сеть, а также другие. Эндоплазматический ретикулум (часто обозначаемый как ER) можно найти как в клетках животных, так и в растениях. Эта захватывающая и самая большая органелла выполняет множество функций, таких как производство жиров и белков, сворачивание белков и их сортировка.

Расположение эндоплазматического ретикулума

Эмилио Вератти впервые обнаружил эндоплазматический ретикулум в 1902 году. В конце концов Джордж Палад, Кит Портер и другие просмотрели его с помощью электронного микроскопа, обнаружив трубчатые и складчатые аспекты этой органеллы. Расположение эндоплазматического ретикулума (ER) находится в эукариотической клетке в непрерывной двухслойная мембрана. Часть этого может быть найдена рядом с оболочкой ядра. Он находится в свернутых, крепоподобных слоях рядом с аппаратом Гольджи и ядром, но он также существует по всей клеточной цитоплазме. Там, где он соединяется с ядерной оболочкой, местоположение эндоплазматического ретикулума служит проводником для ядра и цитоплазмы. Ядерная оболочка ЭР состоит из двух плоских ЭС бислоев, которые образуют внутреннюю и внешнюю ядерные мембраны. Другая часть эндоплазматического ретикулума называется периферической ER. Периферический ER распространяется от внешней ядерной мембраны в цитоплазму через листы и канальцы. Расположение эндоплазматического ретикулума может меняться в зависимости от различных клеточных функций.

Функция эндоплазматического ретикулума

Функция эндоплазматического ретикулума варьируется от производства белка и контроля качества до образования липидов и стероидов, а также детоксикации.

Грубый эндоплазматический ретикулум (RER) относится к той части эндоплазматического ретикулума, которая имеет покрытие из многих рибосом, придавая ему грубый или неровный вид. Грубый ER также упоминается как листы, из-за структуры органеллы. Сами листы складываются вместе путем скручивания, а края шероховатых листов ER являются спиральными. Поверхности, покрытые рибосомами, обращены к цитоплазме клетки. В клетке могут быть миллионы этих мембраносвязанных рибосом, особенно в специализированных клетках, таких как клетки печени. Эти рибосомы помогают в сборке белка, делая, складывая и модифицируя белки для мембран или для секреции. Грубый ER определяет «место назначения» белков, а также функционирует как место, где белки складываются в трехмерные, функциональные единицы. Их специальное складывание напрямую связано с их функциональностью (например, ключ с замком). Грубый ER также играет роль в контроле качества белков, в которых плохо свернутые белки отправляются на переработку или остаются в просвете. В просвете к белкам могут присоединяться сахарные, углеводные или металлические группы. Белки, которые остаются внутри просвета, называются резидентными белками эндоплазматического ретикулума. Они помогают функциям органелл, таким как сопровождающие плохо расположенные белки или обработанные белки. Одним из типов шаперона является BiP, иммуноглобулин-связывающий белок. Грубые листы ER также обнаруживаются в панкреатических и В-клетках, а также в других клетках, которые вырабатывают большое количество секреторных белков.

Белки, которые были изменены эндоплазматическим ретикулумом, либо перемещаются в другие части клетки, такие как везикулы, вакуоли растительных клеток и лизосомы. Некоторые белки доставляются в аппарат Гольджи для дополнительной очистки. Из-за связи эндоплазматического ретикулума с ядерной оболочкой ядро ​​извлекает выгоду, получая белки напрямую, без необходимости везикул. Таким образом, ядро ​​может более эффективно замедлять любую трансляцию, если эндоплазматический ретикулум сталкивается с проблемами резервного копирования или сворачивания белка.

Гладкий эндоплазматический ретикулум (SER) является частью эндоплазматического ретикулума, который не обладает покрытием рибосом. Его поверхность относительно гладкая. Другим термином для гладкой ER является трубчатый эндоплазматический ретикулум из-за его разветвленных канальцев. Гладкого ER меньше, чем грубого ER в целом. Вместо создания складчатой ​​оболочки из грубого эндоплазматического ретикулума, гладкий эндоплазматический ретикулум появляется в форме канальца и способствует выработке липидов (жиров) и стероидных гормонов. Smooth ER модифицирует белки и фосфолипиды вблизи аппарата Гольджи, образуя промежуточный отсек ER-Golgi или ERGIC. Этот отсек служит основной областью сортировки камеры. Smooth ER также обеспечивает накопление и метаболизм кальция и способствует высвобождению ионов кальция для сокращения мышечных клеток. После того как белки попали в эндоплазматический ретикулум, гладкий ER посылает их через секреторные везикулы. Клетки печени содержат в основном гладкие ER канальцы, которые работают для детоксикации различных продуктов, таких как алкоголь и наркотики. Канальцы гладкой эндоплазматической сети постоянно перестраиваются и растут в зависимости от клеточного процесса. Органы с большим количеством гладких, трубчатых ER включают печень, мышцы и надпочечники.

Раскрытый белковый ответ

Иногда эндоплазматический ретикулум сталкивается с проблемами, которые влияют на его функции. Некоторые заболевания возникают из-за плохого сворачивания белков. Когда возникают проблемы со сворачиванием белка или происходит слишком сильное накопление белков, это считается стрессом эндоплазматического ретикулума. В результате стресса ER, развернутый белковый ответ, или UPR, запускает цепную реакцию, чтобы замедлить производство белка, расщепить белки и попытаться достичь некоторого равновесия внутри клетки. Однако, если UPR встречается слишком часто, это может привести к гибели клеток. Некоторые воздействия на стресс ER включают как внутренние, так и внешние факторы. В дополнение к тому, что производится слишком много белков или дисфункциональное сворачивание белков, диета также может привести к стрессу ER. Это может привести к таким заболеваниям, как диабет.

Как форма влияет на функцию эндоплазматического ретикулума

Как и в случае других клеточных органелл и их компонентов, структура напрямую коррелирует с функцией эндоплазматического ретикулума. Эндоплазматический ретикулум представляет собой динамическую органеллу. Морфология эндоплазматического ретикулума может изменяться для удовлетворения определенных требований. Трубочки из гладкой ER хорошо подходят для поверхностных работ, в то время как листы из грубой ER лучше подходят для деятельности в просвете. Для периферического ЭП листовые слои содержат просвет от 30 нанометров у дрожжей до 50 нанометров у животных. Эти в противном случае плоские листы изгибаются по краям, создавая складки. Трубочки простираются от этих листов и ядерной оболочки, образуя сильно связанную структуру. Таким образом, мембраны эндоплазматического ретикулума могут получить доступ к разным клеточным областям, но все же дают пространство для движения других органелл. Листы грубого ЭП, конечно, являются местом трансляции, транслокации, модификации и свертывания белка. Канальцы вырабатывают липиды и посылают сигналы между эндоплазматическим ретикулумом и другими органеллами. Плоская поверхность шероховатых листов ER, вероятно, обеспечивает большую стабильность мембранных рибосом, чем канальцы. Если клетка требует большей секреции белка, существует больше слоев грубых листов ER. Клетки, которые не секретируют много белков, как правило, имеют большее количество гладких канальцев ER, таких как нейроны и мышечные клетки.

Гибридный вид эндоплазматического ретикулума - это корковый ER, та часть ER, которая соединяется с плазматической мембраной. Здесь небольшие молекулы проходят от ER до мембраны. Структура коркового ER показывает сочетание характеристик между канальцами и листами, с изогнутыми и плоскими участками. В кортикальной ER мышечных клеток на необходимость быстрого переноса ионов кальция отвечают трубчатые структуры, которые могут высвобождать запасенный кальций из эндоплазматического ретикулума в другие области.

Периферический эндоплазматический ретикулум может изменить свое положение в цитоскелете в соответствии с различными ситуациями. Это перераспределение происходит в основном через микротрубочки. Канальцы эндоплазматического ретикулума могут скользить вдоль микротрубочек, или канальцы ЭР могут вытягиваться за органеллами. Кольца из ER-канальцев также могут перемещаться по клетке, как крошечные моторы. Причина некоторых из этих структурных перестановок в настоящее время исследуется.

Эндоплазматическая сеть также претерпевает структурные изменения во время митоза. Поскольку ядерная оболочка разрушается во время раннего митоза, эндоплазматический ретикулум меняет форму. Во время митоза эндоплазматический ретикулум в основном соответствует листам; во время интерфазы происходит возврат к главным образом канальцам. Необходимы дальнейшие исследования для определения механизмов изменений эндоплазматического ретикулума во время клеточного цикла.

Различные белки поддерживают изогнутую структуру ER канальцев; они называются ретикулонами. Reticulons помогают в складывании мембран с помощью морфологии шпильки. Альтернативно, периферические листы ER (также называемые цистернами) могут быть стабилизированы полирибосомами в их структуре листов. Один мембранный белок, CLIMP63, работает для увеличения распространенности ER листов. Другие поддерживающие и стабилизирующие белки, помогающие листам ER, включают p180 и kinectin. Другая группа белков, называемая аталастинами, помогает регулировать форму сети эндоплазматического ретикулума. Напротив, группа белков Lunapark работает противоположно аталастинам в ретикуляции формы. Белки Lunapark помогают стабилизировать трехсторонние соединения, возникающие в результате слияния и разветвления канальца ER. Другие белки, такие как DP1 и белки REEP, способствуют развитию и стабилизации канальцев. Поэтому ясно, что взаимодействие белков помогает формировать эндоплазматический ретикулум и, в свою очередь, влияет на его функции. Эти белки требуют дальнейших исследований для определения их методологии.

Поддержание структуры эндоплазматического ретикулума способствует улучшению здоровья клеток. Когда какой-либо процесс нарушается, мутации и другие дефекты могут привести к заболеваниям.

Заболевания, связанные с дисфункцией эндоплазматического ретикулума

Одним из механизмов, приводящих к эмфиземе легких, является неправильное сворачивание белка в эндоплазматической сети. При муковисцидозе одна недостающая аминокислота приводит к неработающему белку, который в конечном итоге отбрасывается обратно в грубый просвет ЭР. Считается, что ряд заболеваний вызван стрессом ER. В то время как UPR (ответ развернутого белка) служит защитным процессом для реагирования на стресс, его постоянная активация приводит к проблемам.

При диабете 2 типа и ожирении диета с высоким содержанием жиров вызывает стресс ER в гипоталамусе. Воспаление от этого процесса сигнализирует центральной нервной системе в течение короткого периода времени после употребления жирной диеты. Непереносимость глюкозы может в конечном итоге привести. Интересно, что исследователи обнаружили, что белок-шаперон BiP снижает этот тип стресса ER у мышей.

Другим примером стресса эндоплазматического ретикулума на гипоталамусе является болезнь Альцгеймера. При этих заболеваниях накопление плохо свернутых белков в эндоплазматической сети в конечном итоге приводит к состоянию. Белки ретикулона играют роль в нарушении уровней амилоида, приводя к характерным амилоидным бляшкам, обнаруженным у пациентов с болезнью Альцгеймера. Метаболизм кальция и фосфолипидов и функция митохондрий также нарушаются из-за структурных изменений в эндоплазматической сети.

При наследственной спастической параплегии, еще одном неврологическом заболевании, аксоны моторных нейронов дегенерируют. Это происходит из-за мутированных белков, связанных с эндоплазматическим ретикулумом.

Вирусы также напрямую влияют на функцию эндоплазматического ретикулума. По сути, вирусы проникают в клетки и захватывают процесс формирования белка в ER, изменяя его структуру, чтобы не дать клетке защитить себя. Вирусы, таким образом, создают фабрику вирусных белков из-за этой узурпации. РНК-вирусы особенно изменяют структуру эндоплазматического ретикулума, кооптируя его, чтобы сделать больше РНК через сферулы на внешней мембране ER. Другие вирусы напрямую изменяют форму эндоплазматического ретикулума, разрушая фактические белки. Вирусы, такие как лихорадка денге и атипичная пневмония, вызывают образование двухмембранных везикул в мембранах эндоплазматического ретикулума.

Ученые продолжают узнавать больше о функции, структуре эндоплазматического ретикулума и о том, как ведут себя его производные белки. Это должно дать больше методов лечения, которые могут бороться с болезнями, вызванными нарушением этих процессов.