Эндоплазматический ретикулум: шероховатый и гладкий

Эндоплазматический ретикулум (ЭР) представляет собой взаимосвязанную сеть мембранных трубочек и уплощенных мешочков, непрерывную с ядерной оболочкой и образующую крупнейшую мембранную систему эукариотической клетки. Он существует в виде шероховатой формы, усеянной рибосомами, которая синтезирует и сворачивает мембранные и секреторные белки, и гладкой формы, свободной от рибосом, которая занимается синтезом липидов, детоксикацией и хранением кальция.

Definition

Эндоплазматический ретикулум — это непрерывная, ограниченная мембраной сеть, примыкающая к ядерной оболочке, чьи шероховатые (содержащие рибосомы) области синтезируют и сворачивают белки, поступающие в секреторный путь, а гладкие области осуществляют синтез липидов, детоксикацию и хранение кальция.

Scope

Статья охватывает структурное различие между шероховатым и гладким ЭР, котрансляционный вход белков в шероховатый ЭР, сворачивание белков и контроль качества с помощью ответа на накопление несвернутых белков, а также липидосинтетические, детоксикационные и кальций-регулирующие функции гладкого ЭР. Это справочная тема по клеточной биологии и гистологии, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как нативные белки попадают в шероховатый ЭР, сворачиваются и проходят контроль качества?
• Что отличает шероховатый ЭР от гладкого структурно и функционально?
• Как ЭР воспринимает и реагирует на накопление неправильно свернутых белков?
• Как гладкий ЭР участвует в синтезе липидов и регуляции кальция?

Key concepts

• Шероховатый против гладкого ЭР
• Котрансляционный импорт белка
• Сворачивание белка и контроль качества ЭР
• ЭР-ассоциированная деградация (ЭРАД)
• Синтез липидов и стероидов
• Хранение кальция и саркоплазматический ретикулум
• Детоксикация цитохромами гладкого ЭР

Key theories

Ответ на накопление несвернутых белков (UPR)

Накопление несвернутых или неправильно свернутых белков в просвете ЭР обнаруживается трансмембранными сенсорами, которые запускают скоординированную транскрипционную и трансляционную программу для восстановления способности к сворачиванию или, в случае неудачи, для запуска гибели клетки.

Mechanisms

На шероховатом ЭР рибосомы, транслирующие белки, несущие сигнальную последовательность, прикрепляются к мембране и проталкивают растущую цепь в или через бислой, где она сворачивается и модифицируется перед экспортом. Специализированная система контроля качества удерживает неправильно свернутые белки и направляет постоянно аберрантные белки на ретротранслокацию и деградацию; когда накапливается несвернутый белок, трансмембранные сенсоры инициируют ответ на накопление несвернутых белков для расширения способности к сворачиванию или запускают апоптоз. Гладкий ЭР лишен связанных рибосом и является основным местом синтеза фосфолипидов и стероидов, метаболизма лекарств и токсинов его окислительными ферментами, а также, как саркоплазматический ретикулум в мышцах, регулируемого хранения и высвобождения кальция. Образующийся и поддерживаемый здесь липидный состав определяет поведение всех нижележащих мембран.

Clinical relevance

Стресс ЭР и дефекты сворачивания белков и контроля качества вовлечены в широкий спектр патологических процессов, а способность гладкого ЭР метаболизировать лекарства лежит в основе того, как многие ксенобиотики обрабатываются клеткой. Эта статья описывает нормальные механизмы, которые задействуют такие процессы, и не является основанием для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

History

Эндоплазматический ретикулум был впервые описан Китом Портером и коллегами на ранних электронных микрофотографиях культивируемых клеток, а работа Паладе связала его шероховатые области с секрецией белков. Сигнальная гипотеза Блобеля и Сабатини объяснила, как белки направляются в шероховатый ЭР, а более поздние работы Уолтера, Рона и других определили ответ на накопление несвернутых белков как гомеостатический стрессовый путь органеллы.

Key figures

• Keith Porter
• George Palade
• Günther Blobel
• Peter Walter
• David Ron

Seminal works

• ron2007
• gardner2013

Frequently asked questions

В чем разница между шероховатым и гладким эндоплазматическим ретикулумом?

Шероховатый ЭР усеян рибосомами и синтезирует и сворачивает белки для секреторного пути, тогда как гладкий ЭР лишен рибосом и специализируется на синтезе липидов, детоксикации и хранении кальция.

Что такое ответ на накопление несвернутых белков?

Это сигнальная программа, запускаемая при накоплении неправильно свернутых белков в ЭР; трансмембранные сенсоры действуют для расширения способности органеллы к сворачиванию и, если стресс не разрешается, могут привести клетку к гибели.