Bunková biológia

Endoplazmatické retikulum

Endoplazmatické retikulum (ER) je systém membranóznych cisterien (sploštené vaky), ktoré sa rozkladajú v cytoplazme. Často tvorí viac ako polovicu celkovej membrány v bunke. Táto štruktúra sa prvýkrát zaznamenala na konci 19. storočia, keď štúdie farebných buniek naznačili prítomnosť určitého typu rozsiahlej cytoplazmatickej štruktúry, potom sa nazývala gastroplazma. Elektrónový mikroskop umožnil štúdium morfológie tejto organely v štyridsiatych rokoch minulého storočia, keď dostala súčasné meno.

Endoplazmatické retikulum možno rozdeliť do dvoch funkčne odlišných foriem: hladké endoplazmatické retikulum (SER) a hrubé endoplazmatické retikulum (RER). Morfologickým rozdielom medzi nimi je prítomnosť častíc syntetizujúcich proteíny, nazývaných ribozómy, pripojených k vonkajšiemu povrchu RER.

Hladké endoplazmatické retikulum

Funkcie SER, pletiva jemných tubulárnych membránových vezikúl, sa medzi bunkami značne líšia. Jednou dôležitou úlohou je syntéza fosfolipidov a cholesterolu, ktoré sú hlavnými zložkami plazmy a vnútorných membrán. Fosfolipidy sú tvorené z mastných kyselín, glycerol fosfátu a ďalších malých vo vode rozpustných molekúl enzýmami naviazanými na ER membránu tak, aby ich aktívne miesta smerovali k cytosolu. Niektoré fosfolipidy zostávajú v ER membráne, kde, katalyzované špecifickými enzýmami vo vnútri membrán, sa môžu „prevrátiť“ z cytoplazmatickej strany dvojvrstvy, kde sa vytvorili, na exoplazmatickú alebo vnútornú stranu. Tento proces zaisťuje symetrický rast ER membrány. Ostatné fosfolipidy sa prenášajú cytoplazmou na iné membránové štruktúry, ako je bunková membrána a mitochondrión, špeciálnymi proteínmi na prenos fosfolipidov.

V pečeňových bunkách sa SER špecializuje na detoxikáciu širokej škály zlúčenín produkovaných metabolickými procesmi. Pečeň SER obsahuje množstvo enzýmov nazývaných cytochróm P450, ktoré katalyzujú rozklad karcinogénov a iných organických molekúl. V bunkách nadobličiek a pohlavných žľazách je cholesterol v SER modifikovaný v jednej fáze jeho premeny na steroidné hormóny. Nakoniec SER vo svalových bunkách, známy ako sarkoplazmatické retikulum, oddeľuje vápenaté ióny z cytoplazmy. Keď je sval vyvolaný nervovými stimulmi, vápnikové ióny sa uvoľňujú, čo spôsobuje kontrakciu svalov.

Hrubé endoplazmatické retikulum

RER je spravidla rad spojených sploštených vakov. Zohráva ústrednú úlohu pri syntéze a vývoze proteínov a glykoproteínov a najlepšie sa študuje v sekrečných bunkách špecializovaných na tieto funkcie. Mnohé sekrečné bunky v ľudskom tele zahŕňajú pečeňové bunky vylučujúce sérové proteíny, ako je albumín, endokrinné bunky vylučujúce peptidové hormóny, ako napríklad inzulín, slinné žľazy a pankreatické acinárne bunky vylučujúce tráviace enzýmy, bunky mliečnych žliaz vylučujúce mliečne proteíny a bunky chrupavky vylučujúce kolagén a proteoglykánmi.

Ribozómy sú častice, ktoré syntetizujú proteíny z aminokyselín. Skladajú sa zo štyroch molekúl RNA a medzi 40 a 80 proteínmi zostavenými do veľkej a malej podjednotky. Ribozómy sú buď voľné (tj nie sú viazané na membrány) v cytoplazme bunky alebo sú viazané na RER. Lyzozomálne enzýmy, proteíny určené pre ER, Golgi a bunkové membrány a proteíny, ktoré sa majú sekretovať z bunky, patria medzi tie, ktoré sú syntetizované na ribozómoch viazaných na membránu. Na voľných ribozómoch sa vyrábajú proteíny zostávajúce v cytozole a proteíny viazané na vnútorný povrch vonkajšej membrány, ako aj proteíny, ktoré sa majú zabudovať do jadra, mitochondrie, chloroplastov, peroxizómov a ďalších organel. Špeci ﬁ cké vlastnosti proteínov ich označujú na transport do konkrétnych cieľov vo vnútri alebo mimo bunky. V roku 1971 navrhol nemecký bunkový a molekulárny biológ Günter Blobel a argentínsky bunkový biológ David Sabatini, že amino-terminálna časť proteínu (prvá časť molekuly, ktorá sa má pripraviť) môže fungovať ako „signálna sekvencia“. Navrhli, že takáto signálna sekvencia by uľahčila pripojenie rastúceho proteínu k ER membráne a viedla proteín buď do membrány alebo cez membránu do lúmenu ER (vnútro).

Hypotéza signálu bola podložená veľkým množstvom experimentálnych dôkazov. Preklad návrhu špecifického proteínu kódovaného v molekule messenger RNA začína na voľnom ribozóme. Pretože rastúci proteín, so signálnou sekvenciou na svojom aminokonci, vychádza z ribozómu, sekvencia sa viaže na komplex šiestich proteínov a jednej molekuly RNA známej ako častica rozpoznávajúca signál (SRP). SRP sa tiež viaže na ribozóm, aby zastavil ďalšiu tvorbu proteínu. Membrána ER obsahuje receptorové miesta, ktoré viažu SRP-ribozómový komplex na RER membránu. Po naviazaní sa translácia obnoví, pričom sa SRP disociuje z komplexu a signálnej sekvencie a zvyšok vznikajúceho proteínu prechádza cez membránu cez kanál nazývaný translokón do ER lúmenu. V tomto okamihu je proteín permanentne segregovaný od cytosolu. Vo väčšine prípadov sa signálna sekvencia štiepi z proteínu enzýmom nazývaným signálna peptidáza, keď sa objaví na luminálnom povrchu ER membrány. Okrem toho sa v procese známom ako glykozylácia často pridávajú do proteínu oligosacharidové (komplexné cukry) reťazce za vzniku glykoproteínu. Vo vnútri lúmenu ER sa proteín skladá do svojej charakteristickej trojrozmernej konformácie.

V lúmene sa proteíny, ktoré sa budú vylučovať z bunky, rozptyľujú do prechodnej časti ER, oblasti, ktorá je z veľkej časti bez ribozómov. Tam sú molekuly balené do malých membránovo viazaných transportných vezikúl, ktoré sa oddeľujú od ER membrány a pohybujú sa cez cytoplazmu k cieľovej membráne, zvyčajne Golgiho komplexu. Tam sa transportná vezikulárna membrána spája s Golgiho membránou a obsah vezikula sa dodáva do lúmenu Golgiho. Toto, rovnako ako všetky procesy pučania a fúzie vezikúl, zachováva obojstrannosť membrán; to znamená, že cytoplazmatický povrch membrány je vždy otočený smerom von a luminálny obsah je vždy oddelený od cytoplazmy.

Určité nesekretické proteíny vyrobené na RER zostávajú súčasťou membránového systému bunky. Tieto membránové proteíny majú, okrem signálnej sekvencie, jednu alebo viac kotviacich oblastí zložených z aminokyselín rozpustných v tukoch. Aminokyseliny bránia úplnému prechodu proteínu do ER lúmenu jeho ukotvením do fosfolipidovej dvojvrstvy ER membrány.