Den endoplasmatiske retikulum
Endoplasmatisk retikulum (ER) er et system med membranøse cisternae (flatede sacs) som strekker seg gjennom hele cytoplasma. Ofte utgjør den mer enn halvparten av den totale membranen i cellen. Denne strukturen ble først bemerket på slutten av 1800-tallet, da studier av fargede celler indikerte tilstedeværelsen av en type ekstensiv cytoplasmatisk struktur, og deretter betegnet som gastroplasm. Elektronmikroskopet muliggjorde studiet av morfologien til denne organellen på 1940-tallet, da den fikk sitt nåværende navn.
Endoplasmatisk retikulum kan klassifiseres i to funksjonelt forskjellige former, den glatte endoplasmatiske retikulum (SER) og den grove endoplasmatiske retikulaturen (RER). Det morfologiske skillet mellom de to er tilstedeværelsen av proteinsyntetiserende partikler, kalt ribosomer, festet til den ytre overflaten av RER.
Den glatte endoplasmatiske retikulaturen
Funksjonene til SER, et nettverk av fine rørformede membranvesikler, varierer betydelig fra celle til celle. En viktig rolle er syntesen av fosfolipider og kolesterol, som er hovedkomponenter i plasma og indre membraner. Fosfolipider dannes fra fettsyrer, glyserolfosfat og andre små vannoppløselige molekyler av enzymer bundet til ER-membranen med sine aktive steder vendt mot cytosolen. Noen fosfolipider forblir i ER-membranen, der de, katalysert av spesifikke enzymer i membranene, kan “bla” fra den cytoplasmatiske siden av tospannet, der de ble dannet, til den eksoplasmatiske eller indre siden. Denne prosessen sikrer den symmetriske veksten av ER-membranen. Andre fosfolipider overføres gjennom cytoplasmaen til andre membranstrukturer, for eksempel cellemembranen og mitokondrionen, av spesielle fosfolipidoverføringsproteiner.
I leverceller er SER spesialisert for avgiftning av en lang rekke forbindelser produsert ved metabolske prosesser. Lever SER inneholder en rekke enzymer kalt cytokrom P450, som katalyserer nedbrytningen av karsinogener og andre organiske molekyler. I celler i binyrene og gonader blir kolesterol modifisert i SER på et trinn av konvertering til steroidhormoner. Til slutt, SER i muskelceller, kjent som sarkoplasmatisk retikulum, binder kalsiumioner fra cytoplasmaet. Når muskelen utløses av nervestimulering, frigjøres kalsiumionene, noe som forårsaker muskelsammentrekning.
Det grove endoplasmatiske retikulum
RER er vanligvis en serie med tilkoblede flatede sekker. Det spiller en sentral rolle i syntesen og eksporten av proteiner og glykoproteiner og studeres best i sekretoriske celler som er spesialiserte i disse funksjonene. De mange sekretoriske celler i menneskekroppen inkluderer leverceller som utskiller serumproteiner som albumin, endokrine celler som skiller ut peptidhormoner som insulin, spyttkjertel og bukspyttkjertelen acinar celler som skiller fordøyelsesenzymer, brystkjertelceller som utskiller melkeproteiner og bruskceller som skiller ut kollagen og proteoglykaner.
Ribosomer er partikler som syntetiserer proteiner fra aminosyrer. De er sammensatt av fire RNA-molekyler og mellom 40 og 80 proteiner samlet i en stor og en liten underenhet. Ribosomer er enten frie (dvs. ikke bundet til membraner) i cytoplasma av cellen eller bundet til RER. Lysosomale enzymer, proteiner bestemt til ER, Golgi og cellemembraner, og proteiner som skal skilles ut fra cellen, er blant de som er syntetisert på membranbundne ribosomer. Fremstilt på frie ribosomer er proteiner som forblir i cytosol og de som er bundet til den indre overflaten av den ytre membranen, så vel som de som skal innarbeides i kjernen, mitokondrier, kloroplaster, peroksisomer og andre organeller. Spesielle egenskaper ved proteiner markerer dem for transport til spesifikke destinasjoner i eller utenfor cellen. I 1971 antydet den tyskfødte cellulær- og molekylærbiologen Günter Blobel og den argentinskfødte cellulærbiologen David Sabatini at den aminoterminal delen av proteinet (den første delen av molekylet som ble laget) kunne fungere som en "signal-sekvens." De foreslo at en slik signalsekvens ville lette feste av det voksende proteinet til ER-membranen og føre proteinet enten inn i membranen eller gjennom membranen inn i ER-lumen (indre).
Signalhypotesen er underbygget av et stort antall eksperimentelle bevis. Oversettelse av blåkopien for et spesifikt protein kodet i et messenger-RNA-molekyl begynner på et gratis ribosom. Idet det voksende proteinet, med signalsekvensen i sin aminoterminal ende, dukker opp fra ribosomet, binder sekvensen seg til et kompleks av seks proteiner og ett RNA-molekyl kjent som signalgjenkjenningspartikkelen (SRP). SRP binder seg også til ribosomet for å stoppe videre dannelse av proteinet. Membranen til ER inneholder reseptorsteder som binder SRP-ribosomkomplekset til RER-membranen. Etter binding gjenopptas translasjonen, med SRP som dissosierer fra komplekset og signalsekvensen og resten av det begynnende proteinet som tråder gjennom membranen, via en kanal kalt en translokon, inn i ER-lumen. På det tidspunktet er proteinet permanent adskilt fra cytosol. I de fleste tilfeller spaltes signalsekvensen fra proteinet av et enzym kalt signalpeptidase når det dukker opp på luminaloverflaten på ER-membranen. I tillegg, i en prosess kjent som glykosylering, tilsettes ofte oligosakkaridkjeder (kompleks sukker) til proteinet for å danne et glykoprotein. Inne i ER-lumen foldes proteinet inn i sin karakteristiske tredimensjonale konformasjon.
Innenfor lumen diffunderer proteiner som vil skilles ut fra cellen inn i overgangsdelen av ER, en region som stort sett er fri for ribosomer. Der pakkes molekylene i små membranbundne transportvesikler, som skiller seg fra ER-membranen og beveger seg gjennom cytoplasmaen til en målmembran, vanligvis Golgi-komplekset. Der smelter transportvesikelmembranen sammen med Golgi-membranen, og innholdet i vesikelen blir levert inn i lumen til Golgi. Dette, som alle prosesser med vesikkelknopp og fusjon, bevarer membranenes sidetetthet; det vil si at den cytoplasmatiske overflaten av membranen vender alltid utover, og luminalinnholdet blir alltid sekvestert fra cytoplasmaet.
Visse ikke-sekretoriske proteiner laget på RER forblir en del av cellens membransystem. Disse membranproteinene har, i tillegg til signalsekvensen, ett eller flere ankerområder sammensatt av lipidløselige aminosyrer. Aminosyrene forhindrer passering av proteinet fullstendig i ER-lumen ved å forankre det i fosfolipid-dobbeltlaget i ER-membranen.
