Грубое определение эндоплазматического ретикулума
Грубо эндоплазматическая сеть (грубая ER) является частью эндомембранной системы клетка и подмножество эндоплазматического ретикулума (ER). Эта органеллы прежде всего касается синтеза, укладки и модификации белков, особенно тех, которые необходимо доставлять в различные органеллы внутри клетки или секретировать из клетки. Грубый ER также участвует в ответе клетки на развернутые белки и играет роль в индукции апоптоз из-за его тесного взаимодействия с митохондрии.
Грубый ЭР характеризуется наличием мембраносвязанных рибосом, которые придают ему характерный вид под микроскопом. Эти рибосомы выглядят как гвоздики и отличают органеллу от гладких участков ER. Некоторые белки также синтезируются нитями рибосом, называемых полисомами. Грубый ЭР также может быть идентифицирован по его морфологии – он часто состоит из извитых, сплюснутых мешковидных структур, которые берут свое начало около ядра. Просвет грубого ER соприкасается с перинуклеарным пространством, а мембраны грубого ER связаны с внешним ядерная мембрана.
Структура грубого эндоплазматического ретикулума
ER может быть морфологически разделен на две структуры – цистерны и листы. Грубый эндоплазматический ретикулум в основном состоит из листов – двумерного массива сплющенных мешочков, которые простираются через цитоплазма, В дополнение к рибосомам, эти мембраны содержат важный белковый комплекс, называемый транслокон, который необходим для белка перевод в грубой ER.
Структура грубого ER также тесно связана с наличием элементов цитоскелета – особенно микротрубочек. когда микротрубочек структура временно разрушена, сеть РП рушится и реформируется только после цитоскелет восстанавливается. Изменения в характере полимеризации микротрубочек также отражаются в изменениях морфологии ER. Кроме того, когда рибосомы отделяются от листов грубой эндоплазматической сети, эти структуры могут рассеиваться и образовывать трубчатые цистерны.
Края листов ER имеют высокую кривизну, которую необходимо стабилизировать. Белки, называемые ретикулонами и DP1 / Yop1p, играют важную роль в этой стабилизации. Эти белки являются составными мембранными белками, которые образуют олигомеры для формирования липидный бислой, Кроме того, они также используют структурный мотив, который вставляется в одну пластинку мембраны и увеличивает ее кривизну. Эти два класса белков являются избыточными, поскольку избыточная экспрессия одного белка, по-видимому, компенсирует недостаток другого белка.
Функции грубого эндоплазматического ретикулума
Грубый эндоплазматический ретикулум играет в клетке ряд ролей, в значительной степени связанных с синтезом белка. Полипептиды синтезируются, модифицируются, складываются в правильную трехмерную форму и сортируются по органелле или маркируются для секреция, Он также играет важную роль в модулировании реакции клетки на стресс и в контроле качества для правильного сворачивания белка. Когда количество развернутых белков увеличивается, клетки изменяют соотношение своих канальцев: листов. Это может происходить из-за большей площади, доступной в листах грубого ER, для спасения развернутого белка, или может отражать потребность в отдельном протеоме грубого ER.
Протеом необработанного ER отражает его специфическую роль в клетке. Он содержит ферменты, участвующие в метаболизме РНК, которые связываются и модифицируют РНК. Это необходимо, поскольку органелла участвует в трансляции РНК в белок. Он также содержит белки, которые распознают различные сигнальные последовательности в растущем полипептиде и помогают в их транслокации. Ферменты гликозилирования и белки, которые действуют как молекулярные шапероны, которые обеспечивают правильное сворачивание синтезированных полипептидов, также являются важными белками в этой органелле. Время от времени ER вызывает апоптоз в ответ на избыток развернутого белка в клетке. Эта функция опосредуется в согласии с митохондриями.
Синтез белка
Трансляция для всех белков начинается в цитоплазме, после обработки мРНК транскрипт экспортируется из ядра. Перевод начинается с привязки рибосома к зрелой транскрипции мРНК. Однако после первых нескольких аминокислоты генерируются, некоторые полипептиды импортируются в ER, прежде чем трансляция может быть продолжена. Это основано на распознавании короткого отрезка аминокислот, также известного как сигнальная последовательность, многочисленными цитозольными рибонуклеопротеинами, называемыми частицами распознавания сигнала (SRP). Привязка SRP временно останавливает перевод и позволяет всему механизму перевода двигаться в направлении ER. В ER зарождающийся полипептид проникает в органеллу через трансмембранные каналы, называемые транслоконами. Эти каналы состоят из комплекса белков, которые позволяют полипептиду проходить через гидрофобный липидный бислой мембраны ER. Канал не очень широкий, и поэтому необходимо, чтобы полипептид был вставлен в виде развернутой цепочки аминокислот. В этот момент SRPs отделяются от полипептида и трансляция возобновляется. После того, как первые несколько аминокислот поступают в просвет, ER-резидентные ферменты часто расщепляют сигнальную последовательность. Более новые аминокислоты добавляются в растущую полипептидную цепь, поскольку рибосома остается прикрепленной к мембране ER, и растущий белок продолжает вставляться в просвет ER. Этот процесс называется совместным переводом в ER.
Процесс трансляции через мембраносвязанные рибосомы особенно важен для белков, которые должны секретироваться. Таким образом, грубая ER является заметным в печень клетки, которые секретируют сывороточный альбумин, клетки пищеварительная система которые секретируют ферменты, эндокринные клетки, которые синтезируют и секретируют белковые гормоны (такие как инсулин) и в клетках, которые создают белки внеклеточный матрикс, Синтез белка с участием грубого ER также важен для мембраносвязанных белков, особенно таких, как G-Protein-Coupled Receptors (GPCRs), которые содержат множественные гидрофобные растяжки и не раз пересекают мембрану через изгибы шпилек в своей структуре. Точная роль транслоконов и ER-резидентных белков в выполнении сложной задачи трансляции таких белков до конца не изучена.
В груди млекопитающих секреторная система, включающая грубую ЭР, имеет решающее значение во время лактации. Одиночные слои кубовидной формы эпителиальные клетки участвуют в основном процессе производства молока. Ядро в этих клетках располагается в направлении базального конца клетки, а грубая ЭР и аппарат Гольджи расположены близко к ядру. Белки, синтезируемые грубым ER, включают в себя известный казеин молочного белка и сывороточные белки. Эти белки упакованы в секреторные пузырьки или большие мицеллы и проходят через сеть Гольджи, прежде чем сливаться с плазматическая мембрана, выпуская их содержимое в молочные протоки.
Складывание белка и контроль качества
Одним из побочных эффектов трансляции на грубый ER, когда полипептид перемещается в виде развернутой цепочки аминокислот, является то, что эти короткие отрезки необходимо защищать, пока они не смогут сформировать свою окончательную трехмерную структуру, чтобы они не преждевременно образуют агрегаты. Одним из важных механизмов обеспечения правильного сворачивания белка является гликозилирование зарождающегося полипептида с помощью ферментов, называемых олигосахарилтрансферазами. Эти ферменты являются частью транслокон-комплекса грубой ER мембраны. Гликозилирование повышает растворимость пептидных цепей и защищает их до тех пор, пока молекулярные шапероны не могут связываться с ними и облегчать их сворачивание. Известные молекулярные шапероны грубого ER включают связывающий белок иммуноглобулина (BiP), Calnexin (CNX) и Calreticulin (CRT). CNX / CRT помогают в сворачивании белка в согласии с гликозилированием. БиП содержит подложка связывающая область, которая распознает гидрофобные растяжения в полипептиде и АТФазе домен это усиливает его сродство к этим участкам. Члены семейства белков DnaJ / Hsp40 помогают BiP в его работе, модулируя его активность ATPase и улучшая его взаимодействие с нуклеотид обменные факторы. ER также содержит ферменты, которые катализируют образование дисульфидных связей и субстрат-специфичные шапероны и ферменты, которые необходимы для определенных белков. Это также поддерживает окислительную среду, чтобы помочь в этой задаче.
BiP, CNX / CRT и другие шапероны обогащены в областях ER, которые тесно взаимодействуют с митохондриями. Этот участок ER называется MAM или митохондриальной мембраной. MAM становится важным сигнальным узлом внутри клетки, который интегрирует сигналы от ER и играет роль в кальции гомеостаз, аутофагия, апоптоз и митохондриальная функция.
Несмотря на эти механизмы, обеспечивающие правильное сворачивание белков, некоторые из них необходимо удалить из системы, либо из-за ошибок в трансляции, либо из-за генетических мутаций, приводящих к образованию дефектных белков. Это достигается с помощью систем контроля качества в ER, которые «проверяют чтение» вновь синтезированных белков. Когда полипептид не свернулся в своем нативном состоянии, молекулярные шапероны снова связываются с полипептидом и делают еще одну попытку свести белок в его правильную форму. Если повторные попытки оказываются неудачными, неправильно свернутые белки могут быть экспортированы в цитозоль и удаляется через протеасому, используя убиквитин-опосредованную деградацию белка.
Сортировка белка
После того, как белки синтезированы и свернуты, их необходимо направить к конечному пункту назначения. Первым шагом в этом процессе является образование везикул с краев шероховатой ER. Эти везикулы несут груз к сети Гольджи и создаются путем скоординированного действия различных белков, начиная с белкового комплекса везикулярной оболочки II (COPII). Фермент GTPase и фактор нуклеотидного обмена необходимы для того, чтобы COPII выполняла свои функции. Вместе эти белки искажают мембрану и позволяют формированию везикул перевозить соответствующий груз. Белки, которые должны оставаться в ER, возвращаются через ретроградный транспорт из Гольджи с помощью пузырьков, образованных родственным белком, называемым COPI.
- мицелла – совокупность молекул, содержащих как гидрофильный и гидрофобные участки диспергируются в жидкости, образуя коллоидные решение, В водной среде мицеллы образуются с гидрофильными областями, обращенными к воде, и гидрофобными областями, секвестрированными внутрь.
- полисом – Ассоциация между зрелым транскриптом мРНК и двумя или более рибосомами, участвующими в трансляции кодонов в РНК.
- Протеом – полный набор белков, экспрессируемых в клетке, ткань, орган или организм в определенный момент времени.
- рибонуклеопротеидные – Комплекс, образованный ассоциацией рибонуклеиновой кислоты (РНК) с белками.
викторина
1. Что из этого верно в отношении грубого эндоплазматического ретикулума?A. Решающее значение для синтеза белков, которые выделяются из клеткиB. Важно во время кормления грудью и производства молокаC. Обитый рибосомами и полисомамиD. Все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 1
D верно. Грубый эндоплазматический ретикулум играет важную роль в синтезе белков, предназначенных для секреции из клетки. Поэтому он усеян рибосомами и полисомами, которые транслируют мРНК, содержащую код для этих белков. Этот процесс особенно важен в период лактации, поскольку молоко содержит ряд белков, которые поддерживают ребенка в первые месяцы.
2. Какой из этих молекулярных механизмов непосредственно участвует в правильной укладке белка в ER?A. Связывание частиц распознавания сигнала с зарождающимся полипептидомB. Транслокон на мембране ERC. Гликозилирование и связывание молекулярных шапероновD. Все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 2
С верно. Из трех вариантов только гликозилирование и связывание молекулярных шаперонов играет роль в сворачивании белка в ER. Связывание SRP с растущей полипептидной цепью и присутствие транслокон на мембране ER являются важными аспектами синтеза белка. Однако эти компоненты синтеза белка непосредственно не участвуют в полипептиде, достигающем его правильной трехмерной формы или нативной структуры.
3. Какой из этих белков участвует в транспорте антероград от грубого ЭР до аппарата Гольджи?A. Убиквитин и протеасомаB. Белки-шапероны CNR / CXTC. COPIID. Все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 3
С верно. Опосредованная убиквитином протеасомная деградация белков является важной частью механизма контроля качества в клетке для удаления неправильно свернутых белков. Точно так же система CNR / CXT и другие молекулярные шапероны также являются частью механизмов внутри грубого ER, чтобы гарантировать, что полипептиды складываются в правильное образование. Однако когда этот процесс завершен, именно белки COPII участвуют в антероградном транспорте пузырьков, несущих груз в направлении Гольджи из эндоплазматического ретикулума.