Τι κάνει το ενδοπλασματικό δίκτυο;

Τοενδοπλασματικό δίκτυο Το (ER) είναι ένα οργανίδιο που βρίσκεται στα ευκαρυωτικά κύτταρα και είναι υπεύθυνο για τη μεταφορά, την επεξεργασία και την παραγωγή λιπιδίων και πρωτεϊνών. Το ενδοπλασματικό δίκτυο παράγει τόσο λιπίδια όσο και πρωτεΐνες για τη μεμβράνη του κυττάρου.

Αυτά τα λιπίδια και οι πρωτεΐνες χρησιμοποιούνται επίσης για τη σύνθεση άλλων τμημάτων του κυττάρου όπως τα κενοτόπια, η κυτταρική μεμβράνη, η συσκευή Golgi, τα λυσοσώματα και τα εκκριτικά κυστίδια. Υπάρχουν δύο διαφορετικά τμήματα του ER – το τραχύ ER και το λείο ER.

Η πολύπλοκη δομή του ενδοπλασματικού δικτύου περιγράφηκε το 1945 ως ένα «δίκτυο που μοιάζει με δαντέλα» από τους βιολόγους Keernest Fullman, Porter και Albert Claude. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1940 και στις αρχές της δεκαετίας του 1950, ο Porter και οι συνεργάτες του επινόησαν τη φράση ενδοπλασματικό δίκτυο και έκτοτε χρησιμοποιείται για να περιγράψει το οργανίδιο.

Αυτή είναι μια σύντομη περιγραφή του ενδοπλασματικού δικτύου, αλλά ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο ER για να δούμε ποιοι είναι οι ρόλοι των δύο διαφορετικών τμημάτων και πώς αλληλεπιδρούν με τα άλλα τμήματα του κυττάρου.

Η Δομή του Ενδοπλασματικού Δικτύου

Το ενδοπλασματικό δίκτυο αποτελείται από μακρούς πεπλατυσμένους σάκους, συνδεδεμένους μεταξύ τους σε ένα δίκτυο σωληναρίων. Το ενδοπλασματικό δίκτυο χωρίζεται σε δύο ξεχωριστά τμήματα, το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο και το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο. Το τραχύ ER αναφέρεται ως "τραχύ" επειδή έχει ριβοσώματα συνδεδεμένα στο εξωτερικό του, δίνοντάς του μια τραχιά υφή. Τα ριβοσώματα βρίσκονται στο κυτταροπλασματικό μισό της μεμβράνης. Το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο δεν έχει αυτά τα ριβοσώματα.

Το εσωτερικό του ενδοπλασματικού δικτύου ονομάζεται αυλός. Το ενδοπλασματικό δίκτυο διατρέχει ένα μεγάλο τμήμα του κυττάρου, ξεκινώντας από την κυτταρική μεμβράνη και συνδέοντάς το με το πυρηνικό περίβλημα. Επειδή το ενδοπλασματικό δίκτυο συνδέεται με το πυρηνικό περίβλημα, ο αυλός του ER και το εσωτερικό τμήμα του πυρηνικού φακέλου μπορούν να θεωρηθούν ως μία συνεχόμενη περιοχή. Το τραχύ ER είναι συνήθως ένας αριθμός πεπλατυσμένων σάκων που συνδέονται μεταξύ τους ενώ το λείο ER είναι το σωληνωτό δίκτυο.

Το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο

Το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο είναι υπεύθυνο για την παραγωγή εκκριτικών πρωτεϊνών και μεμβρανών. Η σύνθεση των πρωτεϊνών στο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο πραγματοποιείται από τα ριβοσώματα και η πραγματική διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης αναφέρεται ως μετάφραση. Ενώ το ακατέργαστο ER συνήθως συνθέτει πρωτεΐνες, στην περίπτωση των λευκών αιμοσφαιρίων ή των λευκοκυττάρων το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο συνθέτει αντισώματα. Μια άλλη εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα είναι τα παγκρεατικά κύτταρα όπου το τραχύ ER δημιουργεί ινσουλίνη.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο και το τραχύ ER συνδέονται μεταξύ τους, γεγονός που επιτρέπει την κίνηση των μεμβρανών και των πρωτεϊνών που παράγονται από το τραχύ ER στο λείο ER. Από το λείο ER, αυτές οι πρωτεΐνες μπορούν να σταλούν σε άλλα οργανίδια και περιοχές του κυττάρου. Για παράδειγμα, η συσκευή Golgi λαμβάνει μια ποικιλία πρωτεϊνών από το λείο ER χάρη στη μεταφορά των πρωτεϊνών με κυστίδια μεταφοράς. Μόλις οι πρωτεΐνες υποβληθούν σε επεξεργασία από το σώμα Golgi, θα σταλούν στους αντίστοιχους προορισμούς τους, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μια ποικιλία κυτταρικών λειτουργιών ή να εξαχθούν από το κύτταρο μέσω της διαδικασίας εξωκυττάρωσης.

Μέσα στον αυλό του ενδοπλασματικού δικτύου, λαμβάνει χώρα μια διαδικασία ποιοτικού ελέγχου, όπου οι πρωτεΐνες ελέγχονται για τυχόν ανωμαλίες. Το Unfolded Protein Response είναι μια απόκριση στρες που σχετίζεται με το ενδοπλασματικό δίκτυο και ανταποκρίνεται σε λανθασμένες ή ξεδιπλωμένες πρωτεΐνες. Ο σκοπός του UPR είναι να εξασφαλίσει την κανονική λειτουργία του κυττάρου αποτρέποντας την απελευθέρωση κακοσχηματισμένων πρωτεϊνών, σταματώντας τη μετάφραση λανθασμένων πρωτεϊνών, διασπώντας τις λανθασμένες πρωτεΐνες και ξεκινώντας τις οδούς σηματοδότησης που αυξάνουν τον ρυθμό δημιουργίας μοριακών συνοδών που βοηθούν στη διασφάλιση της σωστής λειτουργίας των πρωτεϊνών. διπλωμένο. Μπορεί να προκύψουν διάφορα προβλήματα όταν αυτή η διαδικασία ποιοτικού ελέγχου μπλοκάρει εσφαλμένα τις ακατάλληλα παραγόμενες πρωτεΐνες, με καταστάσεις όπως η κυστική ίνωση που απορρίπτει την πρωτεΐνη εάν υπάρχουν έστω και μικρές παραλλαγές μέσα σε αυτήν, με αποτέλεσμα το άτομο να χάνει εντελώς τις πρωτεΐνες όταν διαφορετικά μπορεί να λάβει ελαφρά χειρότερη έκδοση της πρωτεΐνης.

Το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο

Το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο έχει διάφορες λειτουργίες όπως η δημιουργία λιπιδίων και υδατανθράκων. Η χοληστερόλη και τα λιπίδια όπως τα φωσφολιπίδια χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία της μεμβράνης των κυττάρων. Εκτός από τη δημιουργία λιπιδίων/υδατανθράκων, το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο λειτουργεί ως χώρος συγκράτησης κυστιδίων που θα καταλήξουν να μεταφέρουν διάφορες πρωτεΐνες σε άλλα μέρη του κυττάρου.

Το λείο ER δημιουργεί επίσης ένζυμα που αποτοξινώνουν ουσίες, μέσα στα ηπατικά κύτταρα. Τα ηπατικά κύτταρα έχουν μεγάλη ποσότητα λείου ER σε σύγκριση με άλλα κύτταρα, καθώς η λειτουργία του ήπατος είναι να αποτοξινώνει τα υποπροϊόντα του μεταβολισμού και να χειρίζεται πράγματα όπως η υπερβολική ποσότητα αιθανόλης που προκαλείται από την κατανάλωση αλκοόλ. Στα μυϊκά κύτταρα, το λείο ER παίζει ρόλο στη σύσπαση των μυών, ενώ δημιουργεί ορμόνες στα εγκεφαλικά κύτταρα. Η συστολή των μυϊκών κυττάρων προκαλείται από την απελευθέρωση ιόντων ασβεστίου και αυτά τα ιόντα προέρχονται από το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο. Το λείο ER εμπλέκεται επίσης στη δημιουργία στεροειδών ορμονών στους ενδοκρινείς αδένες και στον φλοιό των επινεφριδίων.

Σύνοψη του ρόλου του ενδοπλασματικού δικτύου

Συνοψίζοντας, το Ενδοπλασματικό δίκτυο είναι ένα οργανίδιο που μπορεί να βρεθεί στα κύτταρα των φυτών και των ευκαρυωτικών ζώων. Το ενδοπλασματικό δίκτυο χωρίζεται σε δύο αλληλένδετες περιοχές:το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο και το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο. Και οι δύο τύποι ER είναι συνδεδεμένοι με μεμβράνη και συνδέονται μεταξύ τους με πεπλατυσμένους σωλήνες.

Το τραχύ ER ονομάζεται "τραχύ" επειδή καλύπτεται από εκατομμύρια ριβοσώματα που συνδέονται με τη μεμβράνη. Τα ριβοσώματα εμπλέκονται με τον ποιοτικό έλεγχο, την αναδίπλωση και την παραγωγή πρωτεϊνών. Το Smooth ER εμπλέκεται κατά κύριο λόγο με την παραγωγή ή τα λιπίδια, τα στεροειδή και τις ορμόνες. Το Smooth ER έχει επίσης ρόλο στην αποτοξίνωση και στον μεταβολισμό. Οι πρωτεΐνες που διπλώνονται ή σχηματίζονται λανθασμένα απορρίπτονται και αποστέλλονται για να διασπαστούν σε αμινοξέα, τα οποία μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για την παραγωγή περισσότερων πρωτεϊνών.

Τα ριβοσώματα

Εφόσον τα ριβοσώματα παίζουν τόσο σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του τραχιού ενδοπλασματικού δικτύου, ας εξετάσουμε επίσης τη λειτουργία και τη δομή των ριβοσωμάτων.

Τα ριβοσώματα αποτελούνται από δύο μέρη, μια μικρή υπομονάδα και μια μεγαλύτερη υπομονάδα. Οι ριβοσωμικές υπομονάδες δημιουργούνται μέσα στον πυρήνα, μια μικρότερη δομή μέσα στον πυρήνα, και στη συνέχεια περνούν από την πυρηνική μεμβράνη για να φτάσουν στο κυτταρόπλασμα. Μόλις εισέλθουν στο κυτταρόπλασμα, αυτές οι υπομονάδες θα ενωθούν μεταξύ τους κατά τη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης και θα γίνουν ένα πλήρες ριβόσωμα.

Προκειμένου τα ριβοσώματα στο κύτταρο να κατασκευάζουν πρωτεΐνες, ο πυρήνας παράγει αγγελιοφόρο RNA ή mRNA. Αυτό το mRNA στη συνέχεια αποστέλλεται από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα όπου ενσωματώνεται με τα ριβοσώματα. Οι δύο υπομονάδες των ριβοσωμάτων συνδυάστηκαν με το mRNA για να ξεκινήσουν τη διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Το RNA μεταφοράς ή tRNA είναι ένας άλλος τύπος νουκλεϊκού οξέος που βρίσκεται μέσα στα κύτταρα και το tRNA συνδέεται με τα αμινοξέα μέσα στο κύτταρο και όταν το mRNA παρέχει τις απαραίτητες οδηγίες για τη σύνθεση, τα ριβοσώματα αποσπούν αμινοξέα από το tRNA. Στη συνέχεια, το tRNA συνδέεται με ένα άλλο αμινοξύ. Επαναλαμβάνοντας αυτή τη διαδικασία, το ριβόσωμα κατασκευάζει μια μακρά πολυπεπτιδική αλυσίδα που θα γίνει μέρος μιας πρωτεΐνης.

Τα ριβοσώματα βοηθούν στη μετάφραση των γονιδίων που κωδικοποιούν την πρωτεΐνη που βρίσκονται στο αγγελιοφόρο RNA στις αντίστοιχες πρωτεΐνες τους. Η λειτουργία των ριβοσωμάτων είναι να ενώνουν τα αμινοξέα και να δημιουργούν πολυπεπτιδικές αλυσίδες, με αυτές τις πεπτιδικές αλυσίδες να γίνονται τελικά πλήρως λειτουργικές πρωτεΐνες μετά από περισσότερη τροποποίηση.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα ριβοσώματα μπορούν να βρεθούν συνδεδεμένα με το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο, αλλά μπορούν επίσης να βρεθούν να επιπλέουν ελεύθερα μέσα στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται τα ριβοσώματα στο κύτταρο, συνήθως συγκεντρώνονται σε μικρές ομάδες που ονομάζονται πολυριβοσώματα ή πολυσώματα κατά τη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης. Αυτές οι ομάδες επιτρέπουν στις πρωτεΐνες να αντιγραφούν πολλές φορές και να τις συνθέσουν ταυτόχρονα από ένα μόνο μόριο mRNA.

Τα ελεύθερα ριβοσώματα δημιουργούν συνήθως πρωτεΐνες που εκτελούν τις λειτουργίες τους στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Αντίθετα, τα δεσμευμένα ριβοσώματα τυπικά κατασκευάζουν πρωτεΐνες οι οποίες θα εξάγονται από το κύτταρο σε άλλα κύτταρα ή θα συγχωνεύονται με την κυτταρική μεμβράνη. Τα δεσμευμένα ριβοσώματα και τα ελεύθερα ριβοσώματα είναι εναλλάξιμα και μπορούν να αλλάξουν τις λειτουργίες τους ανάλογα με τις ανάγκες του κυττάρου. Άλλα οργανίδια, όπως οι χλωροπλάστες και τα μιτοχόνδρια, έχουν τα δικά τους ριβοσώματα. Αυτά τα ειδικά οργανίδια ριβοσώματα είναι μικρότερα από τα ανεξάρτητα ριβοσώματα που βρίσκονται σε όλο το κύτταρο, και είναι περίπου 30S έως 50S σε σύγκριση με το μέγεθος των κανονικών ριβοσωμάτων – 40S έως 60S.

Άλλα μέρη του κελιού

Το Ενδοπλασματικό Δίκτυο είναι μόνο ένα από τα πολλά σημαντικά μέρη του κυττάρου. Άλλα σημαντικά μέρη του κελιού περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:

Κυτταρική μεμβράνη – Μια ημιπερατή μεμβράνη που απομονώνει το κύτταρο από το εξωτερικό περιβάλλον και περιέχει το κυτταρόπλασμα.

Golgi Complex – Το Golgi Complex είναι το «ταχυδρομείο» του κυττάρου, το οποίο αποθηκεύει, επεξεργάζεται και αποστέλλει κυψελωτά προϊόντα στους αντίστοιχους προορισμούς τους.

Λυσοσώματα – Μικρά οργανίδια που περιέχουν ένζυμα που διασπούν τα κυτταρικά μακρομόρια

Μιτοχόνδρια - Αυτά τα οργανίδια παράγουν ενέργεια για το κύτταρο μέσω της διαδικασίας της κυτταρικής αναπνοής.

Πυρήνας – Ο «εγκέφαλος» του κυττάρου, ελέγχει την αναπαραγωγή και την ανάπτυξη του κυττάρου. Διατηρεί επίσης γενετικές πληροφορίες.

Υπεροξισώματα – Αυτές οι δομές χρησιμοποιούν οξυγόνο για την αποικοδόμηση των λιπών και την αποτοξίνωση του αλκοόλ.