Endoplazmatické retikulum

Rozbalit box

Obsah boxu

Endoplazmatické retikulum (zkratka ER) je komplexní síť membránových váčků a kanálků, která se nachází v cytoplazmě eukaryotických buněk. Tvoří rozsáhlý systém, který může představovat více než polovinu celkové membrány buňky. ER je zásadní pro mnoho buněčných procesů, včetně syntézy a modifikace proteinů a lipidů, detoxikace a ukládání vápenatých iontů. Existují dva hlavní typy endoplazmatického retikula: drsné endoplazmatické retikulum (DER), které je pokryto ribozomy, a hladké endoplazmatické retikulum (HER), které ribozomy postrádá.

⏳ Historie a objev

Pojem endoplazmatické retikulum byl zaveden v 50. letech 20. století, kdy se objevily první podrobné studie s využitím elektronové mikroskopie. V roce 1945 vědci Keith R. Porter, Albert Claude a Ernest F. Fullam poprvé popsali endoplazmatické retikulum jako "síť" nebo "retikulum" v cytoplazmě kuřecích fibroblastů. Jejich průkopnická práce odhalila složitou vnitřní strukturu buněk, která byla do té doby neviditelná. Za svůj přínos k objevu a objasnění struktury a funkce organel, včetně ER, získali Albert Claude a George E. Palade (který dále studoval funkci ER a ribozomů) Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu v roce 1974 spolu s Christianem de Duvem. Od té doby bylo endoplazmatické retikulum intenzivně studováno a jeho role v buněčné biologii je dnes široce uznávána.

🧬 Struktura a typy

Endoplazmatické retikulum je tvořeno soustavou vzájemně propojených membránových váčků, cisteren a tubulů, které se rozprostírají po celé cytoplazmě a jsou často spojeny s jadernou membránou. Membrána ER je selektivně propustná a odděluje vnitřní prostor, nazývaný lumen ER nebo cisternální prostor, od okolní cytoplazmy.

Existují dva funkčně a strukturálně odlišné typy endoplazmatického retikula:

Drsné endoplazmatické retikulum (DER) je charakteristické přítomností ribozomů na svém cytoplazmatickém povrchu, což mu dodává "drsný" vzhled. Tyto ribozomy jsou zodpovědné za syntézu proteinů, které jsou určeny pro sekreci z buňky, integraci do membrán nebo pro dodání do jiných organel, jako je Golgiho aparát, lysozomy nebo vakuola. Proteiny vstupují do lumenu DER, kde procházejí skládáním, modifikacemi (např. glykosylace) a kontrolou kvality.
Hladké endoplazmatické retikulum (HER) postrádá ribozomy a má tubulární strukturu. Jeho hlavní funkce zahrnují syntézu lipidů (včetně fosfolipidů a steroidů), metabolismus sacharidů, detoxikaci léků a jedů a ukládání vápenatých iontů. V buňkách specializovaných na syntézu lipidů (např. v buňkách jater nebo žláz produkujících steroidní hormony) je HER velmi rozvinuté.

Přechod mezi drsným a hladkým ER není vždy ostrý a často dochází k vzájemnému propojení obou typů.

🧪 Funkce endoplazmatického retikula

Endoplazmatické retikulum plní v buňce celou řadu klíčových funkcí:

Syntéza proteinů a jejich modifikace: Na drsném ER probíhá syntéza proteinů určených pro export z buňky nebo pro začlenění do membrán. Nově syntetizované proteiny se skládají do správné trojrozměrné struktury za pomoci chaperonových proteinů a procházejí posttranslačními modifikacemi, jako je glykosylace.
Kontrola kvality proteinů: ER má sofistikovaný systém kontroly kvality, který zajišťuje, že pouze správně složené proteiny opustí ER. Špatně složené proteiny jsou zadrženy a v případě potřeby označeny pro degradaci v proteazomu. Poruchy v tomto systému mohou vést k tzv. ER stresu, který je spojen s řadou onemocnění.
Syntéza lipidů: Hladké ER je hlavním místem syntézy fosfolipidů, které tvoří buněčné membrány, a také steroidních hormonů.
Metabolismus sacharidů: V játrech hraje HER roli v metabolismu glykogenu, konkrétně v uvolňování glukózy do krve.
Detoxikace: Hladké ER obsahuje enzymy, zejména cytochrom P450, které metabolizují a detoxikují různé hydrofobní látky, jako jsou léky, pesticidy a karcinogeny. Tato funkce je obzvláště důležitá v jaterních buňkách.
Ukládání vápenatých iontů: ER slouží jako hlavní intracelulární zásobárna vápenatých iontů (Ca²⁺). Uvolňování Ca²⁺ z ER do cytoplazmy je klíčové pro signalizační procesy, jako je svalová kontrakce, nervová signalizace a sekrece hormonů.

🔬 Endoplazmatické retikulum a nemoci

Dysfunkce endoplazmatického retikula je spojena s řadou lidských onemocnění. Když se v ER nahromadí nesprávně složené proteiny, dojde k tzv. ER stresu, který aktivuje "unfolded protein response" (UPR). Dlouhodobý ER stres může vést k buněčné smrti (apoptóze) a přispívá k patogenezi mnoha chorob:

Neurodegenerativní onemocnění: ER stres hraje roli u nemocí jako Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba a Huntingtonova choroba, kde dochází k hromadění agregátů proteinů.
Diabetes mellitus 2. typu: ER stres v buňkách slinivky břišní, které produkují inzulin, může narušit funkci inzulinu a přispět k rozvoji diabetu.
Rakovina: ER stres může ovlivňovat přežití rakovinných buněk a jejich odolnost vůči chemoterapii.
Cystická fibróza: Tato genetická porucha je způsobena mutací proteinu CFTR, který se nesprávně skládá v ER a je předčasně degradován, což vede k poruše transportu iontů.
Ischemické choroby srdce: ER stres je zapojen do odpovědi srdečních buněk na ischemii a reperfuzi.

Výzkum zaměřený na pochopení a modulaci ER stresu nabízí potenciální terapeutické strategie pro tato závažná onemocnění.

💡 Pro laiky

Představte si buňku jako malou továrnu. Uvnitř této továrny je mnoho různých oddělení, která mají své specifické úkoly. Jedním z nejdůležitějších a nejrozsáhlejších oddělení je endoplazmatické retikulum, které si můžete představit jako obrovskou síť chodeb a dílen, které se proplétají celou továrnou.

Tato síť má dvě hlavní části:

Drsné oddělení: Představte si ho jako výrobní linku, která je poseta malými pracovníky (těmi jsou ribozomy). Tito pracovníci vyrábějí různé produkty, hlavně proteiny, které jsou pak posílány buď ven z továrny, nebo do jiných speciálních skladů. Drsné oddělení také kontroluje kvalitu těchto produktů, aby se ujistilo, že jsou správně složené a funkční.
Hladké oddělení: Toto je spíše sklad a chemická laboratoř. Zde se vyrábí tuky (lipidy), rozkládají se škodlivé látky (detoxikace, třeba po požití léků) a také se zde ukládá důležitý minerál – vápník. Vápník je pak používán pro mnoho důležitých signálů v továrně, například když se musí něco rychle pohnout.

Celkově je endoplazmatické retikulum jako centrální dopravní a výrobní uzel buňky, který zajišťuje, že se správné materiály vyrobí, upraví, zkontrolují a dostanou na správné místo včas. Bez něj by buněčná továrna nemohla správně fungovat.

Zdroje