ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM: VLASTNOSTI, STRUKTURA A FUNKCE - ANATOMIE A FYZIOLOGIE - 2025

Endoplazmatické retikulum je membránové buňky organela přítomna ve všech eukaryotických buňkách. Tento komplexní systém zabírá přibližně více než polovinu membrán v běžné zvířecí buňce. Membrány pokračují, dokud nenarazí na jadernou membránu a vytvoří nepřetržitý prvek.

Tato struktura je distribuována v buněčné cytoplazmě ve formě labyrintu. Je to druh sítě tubulů, které jsou vzájemně propojeny strukturami podobnými vaku. V endoplazmatickém retikulu dochází k biosyntéze proteinů a lipidů. Téměř všechny proteiny, které musí být neseny mimo buňku, nejprve projdou retikulem.

Membrána retikula není zodpovědná pouze za oddělení vnitřku této organely od cytoplazmatického prostoru a za zprostředkování transportu molekul mezi těmito buněčnými kompartmenty; Podílí se také na syntéze lipidů, které budou tvořit část plazmatické membrány buňky a membrán jiných organel.

Retikulum je rozděleno na hladké a drsné v závislosti na přítomnosti nebo nepřítomnosti ribozomů v jeho membránách. Hrubé endoplazmatické retikulum má ribozomy připojené k membráně (přítomnost ribozomů mu dává „hrubý“ vzhled) a tvar tubulů je mírně rovný.

Hladké endoplazmatické retikulum postrádá ribozomy a tvar struktury je mnohem nepravidelnější. Funkce hrubého endoplazmatického retikula je zaměřena hlavně na zpracování proteinů. Naproti tomu za metabolismus lipidů odpovídá hladký průběh.

Obecné vlastnosti

Endoplazmatické retikulum je membránová síť přítomná ve všech eukaryotických buňkách. Skládá se z vaků nebo cisteren a tubulárních struktur, které tvoří kontinuum s membránou jádra a jsou distribuovány v buňce.

Lumen retikula se vyznačuje vysokou koncentrací iontů vápníku, kromě oxidačního prostředí. Obě vlastnosti mu umožňují plnit jeho funkce.

Endoplazmatické retikulum je považováno za největší organelu přítomnou v buňkách. Objem buněk v tomto oddílu pokrývá přibližně 10% vnitřku buňky.

Klasifikace

Hrubé endoplazmatické retikulum

Hrubý endoplazmatický retikulum má na povrchu vysokou hustotu ribozomů. Je to oblast, kde se vyskytují všechny procesy související s syntézou a modifikací proteinu. Jeho vzhled je hlavně trubkovitý.

Hladké endoplazmatické retikulum

Hladké endoplazmatické retikulum nemá ribozomy. Je hojný u typů buněk, které mají aktivní metabolismus při syntéze lipidů; například v buňkách varlat a vaječníků, což jsou buňky produkující steroidy.

Podobně se hladké endoplazmatické retikulum nachází v poměrně vysokém podílu v jaterních buňkách (hepatocyty). V této oblasti dochází k produkci lipoproteinů.

Ve srovnání s hrubým endoplazmatickým retikulem je jeho struktura komplikovanější. Množství hladkého versus hrubého retikula závisí primárně na typu buňky a její funkci.

Struktura

Fyzická architektura endoplazmatického retikula je kontinuální systém membrán tvořených vzájemně propojenými vaky a tubuly. Tyto membrány sahají do jádra a vytvářejí jediný lumen.

Mříž je postavena z více domén. Distribuce je spojena s dalšími organely, různými proteiny a složkami cytoskeletu. Tyto interakce jsou dynamické.

Strukturálně se endoplazmatické retikulum skládá z jaderného obalu a periferního endoplazmatického retikula tvořeného tubuly a vaky. Každá struktura souvisí s konkrétní funkcí.

Jaderná obálka, stejně jako všechny biologické membrány, je tvořena lipidovou dvojvrstvou. Interiér ohraničený tímto je sdílen s periferním retikulem.

Sacs a tubuly

Vaky, které tvoří endoplazmatické retikulum, jsou ploché a často naskládané. Na okrajích membrán obsahují zakřivené oblasti. Trubková síť není statická entita; může růst a restrukturalizovat.

Systém vak a tubule je přítomen ve všech eukaryotických buňkách. Tvar a struktura se však liší v závislosti na typu buňky.

Retikulum buněk s důležitými funkcemi v syntéze proteinů je složeno primárně z vaků, zatímco buňky nejvíce související s syntézou lipidů a signalizací vápníku jsou složeny z většího počtu tubulů.

Příkladem buněk s vysokým počtem vaků jsou sekreční buňky slinivky břišní a B. Na rozdíl od toho mají svalové buňky a jaterní buňky síť prominentních tubulov.

Funkce

Endoplazmatické retikulum je zapojeno do řady procesů, včetně syntézy proteinů, transportu a skládání a modifikací, jako je tvorba disulfidových vazeb, glykosylace a přidání glykolipidů. Kromě toho se podílí na biosyntéze membránových lipidů.

Nedávné studie spojily retikulum s odpověďmi na buněčný stres a mohou dokonce vyvolat procesy apoptózy, ačkoli mechanismy nebyly zcela objasněny. Všechny tyto procesy jsou podrobně popsány níže:

Obchodování s proteiny

Endoplazmatické retikulum je úzce spojeno s obchodem s proteiny; konkrétně na proteiny, které musí být zasílány do zahraničí, do Golgiho aparátu, do lysozomů, na plazmatickou membránu a logicky na ty, které patří do stejného endoplazmatického retikula.

Sekrece proteinu

Endoplazmatické retikulum je buněčné chování zapojené do syntézy proteinů, které musí být odebírány mimo buňku. Tato funkce byla objasněna skupinou vědců v 60. letech 20. století, kdy studovali buňky slinivky břišní, jejichž funkcí je vylučovat trávicí enzymy.

Tato skupina vedená George Paladeem dokázala označit proteiny radioaktivními aminokyselinami. Tímto způsobem bylo možné sledovat a lokalizovat proteiny technikou zvanou autoradiografie.

Radioaktivně značené proteiny mohou být stopovány do endoplazmatického retikula. Tento výsledek ukazuje, že retikulum se podílí na syntéze proteinů, jejichž konečným cílem je sekrece.

Následně se proteiny přesunou do Golgiho aparátu, kde jsou „zabaleny“ do vezikul, jejichž obsah bude sekretován.

Fúze

K sekrečnímu procesu dochází, protože membrána vezikul může fúzovat s plazmatickou membránou buňky (obě jsou lipidové povahy). Tímto způsobem lze obsah uvolnit mimo buňku.

Jinými slovy, sekretované proteiny (a také proteiny cílené na lysozom a plazmatickou membránu) musí následovat specifickou cestu, která zahrnuje hrubé endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, sekreční váčky a nakonec vnější část buňky.

Membránové proteiny

Proteiny, které mají být začleněny do některých biomembrán (plazmatická membrána, Golgiho membrána, lysozom nebo retikulum), jsou nejprve vloženy do membrány retikula a nejsou okamžitě uvolňovány do lumen. Musí dodržovat stejnou cestu pro sekreční proteiny.

Tyto proteiny mohou být umístěny uvnitř membrán hydrofobním sektorem. Tato oblast má řadu 20 až 25 hydrobofických aminokyselin, které mohou interagovat s uhlíkovými řetězci fosfolipidů. Způsob, jakým se tyto proteiny vkládají, je však variabilní.

Mnoho proteinů prochází membránou pouze jednou, zatímco jiné to opakují. Podobně to může být v některých případech karboxylový konec nebo aminový konec.

Orientace uvedeného proteinu je stanovena během růstu peptidu a je přenesena do endoplazmatického retikula. Všechny proteinové domény směřující k lumen retikula budou nalezeny na vnější straně buňky v jejich konečném umístění.

Skládání a zpracování proteinů

Molekuly proteinové povahy mají trojrozměrnou konformaci nezbytnou pro výkon všech jejich funkcí.

DNA (deoxyribonukleová kyselina), proces nazývaný transkripce, předává svou informaci molekule RNA (ribonukleová kyselina). RNA pak přechází do proteinů procesem translace. Peptidy jsou přeneseny do mřížky, když probíhá proces translace.

Tyto řetězce aminokyselin jsou uspořádány trojrozměrným způsobem v retikulu pomocí proteinů zvaných chaperony: protein z rodiny Hsp70 (proteiny tepelného šoku nebo proteiny tepelného šoku pro jeho zkratku v angličtině; číslo 70 se vztahuje k jeho atomové hmotnosti, 70 KDa) s názvem BiP.

Protein BiP se může vázat na polypeptidový řetězec a zprostředkovat jeho skládání. Rovněž se podílí na sestavování různých podjednotek, které tvoří kvartérní strukturu proteinů.

Proteiny, které nebyly správně složeny, jsou zadrženy retikulem a zůstávají vázány na BiP nebo se degradují.

Když je buňka vystavena stresovým podmínkám, retikulum na ni reaguje a v důsledku toho nedochází ke správnému složení proteinů. Buňka se může obrátit na jiné systémy a produkovat proteiny, které udržují homeostázu retikula.

Tvorba disulfidových vazeb

Disulfidový můstek je kovalentní vazba mezi sulfhydrylovými skupinami, které jsou součástí aminokyselinové struktury cysteinu. Tato interakce je rozhodující pro fungování určitých proteinů; podobně definuje strukturu proteinů, které je prezentují.

Tyto vazby nemohou být tvořeny v jiných buněčných kompartmentech (například v cytosolu), protože nemají oxidační prostředí, které podporuje jeho tvorbu.

Na tvorbě (a rozrušení) těchto vazeb je enzym: protein disulfidová izomeráza.

Glykosylace

V retikulu dochází ke glykosylačnímu procesu ve specifických zbytcích asparaginu. Podobně jako při skládání proteinů dochází k glykosylaci, zatímco probíhá proces translace.

Oligosacharidové jednotky jsou tvořeny čtrnácti zbytky cukru. Přenesou se na asparagin enzymem nazývaným oligosacaryltransferáza, který se nachází v membráně.

Zatímco je protein v retikulu, odstraní se tři zbytky glukózy a jeden zbytek manózy. Tyto proteiny jsou odváděny do Golgiho aparátu pro další zpracování.

Na druhé straně některé proteiny nejsou kotveny k plazmatické membráně částí hydrofobních peptidů. Oproti tomu jsou připojeny k určitým glykolipidům, které fungují jako kotevní systém a nazývají se glykosylfosfatidylinositol (zkráceně GPI).

Tento systém je sestaven v membráně retikula a zahrnuje navázání GPI na terminální uhlík proteinu.

Syntéza lipidů

Endoplazmatické retikulum hraje klíčovou roli v biosyntéze lipidů; konkrétně hladké endoplazmatické retikulum. Lipidy jsou nepostradatelnou součástí plazmatických membrán buněk.

Lipidy jsou vysoce hydrofobní molekuly, takže je nelze syntetizovat ve vodném prostředí. K jeho syntéze tedy dochází ve spojení se stávajícími membránovými složkami. Transport těchto lipidů probíhá ve vesikulách nebo transportními proteiny.

Membrány eukaryotických buněk jsou tvořeny třemi typy lipidů: fosfolipidy, glykolipidy a cholesterol.

Fosfolipidy jsou odvozeny od glycerolu a jsou nejdůležitějšími strukturálními složkami. Jsou syntetizovány v oblasti membrány retikula, která ukazuje na cytosolickou tvář. Na tomto procesu se podílejí různé enzymy.

Membrána roste integrací nových lipidů. Díky existenci enzymové flipázy může růst probíhat v obou polovinách membrány. Tento enzym je zodpovědný za přenos lipidů z jedné strany dvojvrstvy na druhou.

V retikulu se také vyskytují procesy syntézy cholesterolu a ceramidů. Ten putuje do Golgiho aparátu za účelem produkce glykolipidů nebo sfingomyelinu.

Skladování vápníku

Molekula vápníku se účastní jako signalizátor v různých procesech, ať už jde o fúzi nebo asociaci proteinů s jinými proteiny nebo s nukleovými kyselinami.

Interiér endoplazmatického retikula má koncentrace vápníku 100–800 uM. Vápníkové kanály a receptory, které uvolňují vápník, se nacházejí v retikulu. K uvolňování vápníku dochází, když je fosfolipáza C stimulována aktivací receptorů spojených s G-proteinem (GPCR).

Kromě toho dochází k eliminaci fosfatidylinositol 4,5 bisfosfátu v diacylglycerolu a inositol trifosfátu; ten je zodpovědný za uvolňování vápníku.

Svalové buňky mají endoplazmatické retikulum specializované na sekvestraci iontů vápníku, nazývané sarkoplazmatické retikulum. Podílí se na svalových kontrakcích a relaxačních procesech.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Základní buněčná biologie. Věnec věnec.
2. Cooper, GM (2000). Buňka: molekulární přístup. 2. vydání. Sinauer Associates
3. Namba, T. (2015). Regulace funkcí endoplazmatického retikula. Aging (Albany NY), 7 (11), 901–902.
4. Schwarz, DS, a Blower, MD (2016). Endoplazmatické retikulum: struktura, funkce a reakce na buněčnou signalizaci. Cellular and Molecular Life Sciences, 73, 79–94.
5. Voeltz, GK, Rolls, MM a Rapoport, TA (2002). Strukturální uspořádání endoplazmatického retikula. EMBO Reports, 3 (10), 944-950.
6. Xu, C., Bailly-Maitre, B., & Reed, JC (2005). Endoplazmatický retikulární stres: rozhodnutí o buněčném životě a smrti. Journal of Clinical Investigation, 115 (10), 2656-2664.