Het endoplasmatisch reticulum
Het endoplasmatisch reticulum (ER) is een systeem van vliezige cisternae (afgeplatte zakjes) die zich door het cytoplasma uitstrekken. Vaak vormt het meer dan de helft van het totale membraan in de cel. Deze structuur werd voor het eerst opgemerkt aan het einde van de 19e eeuw, toen studies van gekleurde cellen de aanwezigheid van een soort uitgebreide cytoplasmatische structuur aangaven, en vervolgens het gastroplasma genoemd. De elektronenmicroscoop maakte de studie mogelijk van de morfologie van dit organel in de jaren 40, toen het zijn huidige naam kreeg.
Het endoplasmatisch reticulum kan worden ingedeeld in twee functioneel verschillende vormen, het gladde endoplasmatisch reticulum (SER) en het ruwe endoplasmatisch reticulum (RER). Het morfologische onderscheid tussen de twee is de aanwezigheid van proteïne-synthetiserende deeltjes, ribosomen genaamd, die aan het buitenoppervlak van de RER zijn bevestigd.
Het gladde endoplasmatisch reticulum
De functies van de SER, een netwerk van fijne buisvormige membraanblaasjes, variëren aanzienlijk van cel tot cel. Een belangrijke rol is de synthese van fosfolipiden en cholesterol, die belangrijke componenten zijn van het plasma en de interne membranen. Fosfolipiden worden gevormd uit vetzuren, glycerolfosfaat en andere kleine in water oplosbare moleculen door enzymen die aan het ER-membraan zijn gebonden met hun actieve plaatsen naar het cytosol gericht. Sommige fosfolipiden blijven achter in het ER-membraan, waar ze, gekatalyseerd door specifieke enzymen in de membranen, van de cytoplasmatische kant van de dubbellaag, waar ze werden gevormd, kunnen 'omslaan' naar de exoplasmatische of binnenzijde. Dit proces zorgt voor de symmetrische groei van het ER-membraan. Andere fosfolipiden worden via het cytoplasma overgebracht naar andere vliezige structuren, zoals het celmembraan en het mitochondrion, door speciale fosfolipide-overdrachtseiwitten.
In levercellen is de SER gespecialiseerd in de ontgifting van een grote verscheidenheid aan stoffen die door metabole processen worden geproduceerd. Lever SER bevat een aantal enzymen, cytochroom P450 genaamd, die de afbraak van kankerverwekkende stoffen en andere organische moleculen katalyseren. In cellen van de bijnieren en geslachtsklieren wordt cholesterol in de SER in één stadium van de omzetting in steroïde hormonen gewijzigd. Ten slotte, de SER in spiercellen, bekend als het sarcoplasmatisch reticulum, scheidt calciumionen af van het cytoplasma. Wanneer de spier wordt getriggerd door zenuwstimuli, komen de calciumionen vrij, waardoor spiercontractie ontstaat.
Het ruwe endoplasmatisch reticulum
De RER is over het algemeen een reeks met elkaar verbonden afgeplatte zakjes. Het speelt een centrale rol bij de synthese en export van eiwitten en glycoproteïnen en wordt het best bestudeerd in de secretoire cellen die gespecialiseerd zijn in deze functies. De vele secretoire cellen in het menselijk lichaam omvatten levercellen die serumeiwitten afscheiden zoals albumine, endocriene cellen die peptidehormonen afscheiden zoals insuline, speekselklier en acinaire cellen van de alvleesklier die spijsverteringsenzymen afscheiden, borstkliercellen die melkeiwitten afscheiden en kraakbeencellen die collageen afscheiden proteoglycanen.
Ribosomen zijn deeltjes die eiwitten uit aminozuren synthetiseren. Ze zijn samengesteld uit vier RNA-moleculen en tussen de 40 en 80 eiwitten samengevoegd tot een grote en een kleine subeenheid. Ribosomen zijn ofwel vrij (dwz niet gebonden aan membranen) in het cytoplasma van de cel of gebonden aan de RER. Lysosomale enzymen, eiwitten bestemd voor de ER-, Golgi- en celmembranen en eiwitten die uit de cel moeten worden afgescheiden, behoren tot de enzymen die worden gesynthetiseerd op membraangebonden ribosomen. Vervaardigd op vrije ribosomen zijn eiwitten die in het cytosol achterblijven en die gebonden zijn aan het interne oppervlak van het buitenmembraan, evenals die welke in de kern, mitochondriën, chloroplasten, peroxisomen en andere organellen moeten worden opgenomen. Speciale kenmerken van eiwitten labelen ze voor transport naar specifieke bestemmingen binnen of buiten de cel. In 1971 suggereerden de in Duitsland geboren cellulaire en moleculair bioloog Günter Blobel en de in Argentinië geboren cellulaire bioloog David Sabatini dat het aminoterminale deel van het eiwit (het eerste deel van het molecuul dat moet worden gemaakt) als een "signaalsequentie" zou kunnen werken. Ze stelden voor dat een dergelijke signaalsequentie de aanhechting van het groeiende eiwit aan het ER-membraan zou vergemakkelijken en het eiwit ofwel in het membraan ofwel door het membraan in het ER-lumen (binnenste) zou leiden.
De signaalhypothese is onderbouwd door een grote hoeveelheid experimenteel bewijs. De vertaling van de blauwdruk voor een specifiek eiwit gecodeerd in een messenger RNA-molecuul begint op een vrij ribosoom. Als het groeiende eiwit, met de signaalsequentie aan het aminoterminale uiteinde ervan, uit het ribosoom komt, bindt de sequentie zich aan een complex van zes eiwitten en één RNA-molecuul dat bekend staat als het signaalherkenningsdeeltje (SRP). Het SRP bindt ook aan het ribosoom om de verdere vorming van het eiwit te stoppen. Het membraan van de ER bevat receptorplaatsen die het SRP-ribosoomcomplex aan het RER-membraan binden. Na binding wordt de vertaling hervat, waarbij het SRP dissocieert van het complex en de signaalsequentie en de rest van het ontluikende eiwit door het membraan loopt, via een kanaal dat translocon wordt genoemd, in het ER-lumen. Op dat moment is het eiwit permanent gescheiden van het cytosol. In de meeste gevallen wordt de signaalsequentie van het eiwit afgesplitst door een enzym dat signaalpeptidase wordt genoemd, terwijl het op het luminale oppervlak van het ER-membraan verschijnt. Bovendien worden oligosaccharide (complexe suiker) ketens in een proces dat bekend staat als glycosylering vaak aan het eiwit toegevoegd om een glycoproteïne te vormen. Binnen het ER-lumen vouwt het eiwit zich in zijn karakteristieke driedimensionale conformatie.
Binnen het lumen diffunderen eiwitten die door de cel worden uitgescheiden in het overgangsgedeelte van de ER, een gebied dat grotendeels vrij is van ribosomen. Daar worden de moleculen verpakt in kleine membraangebonden transportblaasjes, die zich scheiden van het ER-membraan en door het cytoplasma bewegen naar een doelmembraan, meestal het Golgi-complex. Daar versmelt het transportblaasjesmembraan met het Golgi-membraan en wordt de inhoud van het blaasje in het lumen van de Golgi afgeleverd. Dit behoudt, zoals bij alle processen van vesicle-ontluiking en -fusie, de zijdheid van de membranen; dat wil zeggen, het cytoplasmatische oppervlak van het membraan is altijd naar buiten gericht en de luminale inhoud wordt altijd afgezonderd van het cytoplasma.
Bepaalde niet-secretoire eiwitten die op de RER zijn gemaakt, blijven deel uitmaken van het membraansysteem van de cel. Deze membraaneiwitten hebben, naast de signaalsequentie, een of meer ankergebieden die zijn samengesteld uit in vet oplosbare aminozuren. De aminozuren voorkomen dat het eiwit volledig in het ER-lumen terechtkomt door het te verankeren in de fosfolipide dubbellaag van het ER-membraan.
