Endoplasmaatiline retikulum
Endoplasmaatiline retikulum (ER) on kogu tsütoplasmas ulatuvate membraansete tsisternade (lamestatud kotikeste) süsteem. Sageli moodustab see üle poole raku kogu membraanist. Seda struktuuri täheldati esmakordselt 19. sajandi lõpus, kui värvitud rakkude uuringud näitasid teatud tüüpi ulatusliku tsütoplasmaatilise struktuuri olemasolu, mida seejärel nimetati gastroplasmaks. Elektronmikroskoop võimaldas selle organelle morfoloogiat uurida 1940ndatel, kui sellele anti praegune nimi.
Endoplasmaatilise retikuliumi võib liigitada kahte funktsionaalselt eristatavasse vormi: siledaks endoplasmaatiliseks retikulumiks (SER) ja töötlemata endoplasmaatiliseks retikulumiks (RER). Nende kahe morfoloogiliseks eristuseks on RER-i välispinnale kinnitatud valke sünteesivad osakesed, mida nimetatakse ribosoomideks.
Sile endoplasmaatiline retikulum
SER, peente torukujuliste membraanvesiikulite võrgusilma funktsioonid varieeruvad rakust märkimisväärselt. Üks oluline roll on fosfolipiidide ja kolesterooli süntees, mis on plasma ja sisemiste membraanide peamised komponendid. Fosfolipiidid moodustuvad rasvhapetest, glütseroolfosfaadist ja teistest väikestest vees lahustuvatest molekulidest ensüümide kaudu, mis on seotud ER-membraaniga ja mille aktiivsed saidid on suunatud tsütosooli poole. Mõned fosfolipiidid jäävad ER-i membraani, kus membraanide spetsiifiliste ensüümide katalüüsimisel saavad nad "libiseda" kahekihilise aine tsütoplasmaatilisest küljest, kus nad tekkisid, eksoplasmaatilisse ehk sisemisse külge. See protsess tagab ER-membraani sümmeetrilise kasvu. Muud fosfolipiidid kantakse tsütoplasma kaudu spetsiaalsete fosfolipiide ülekandvate valkude abil teistesse membraanilistesse struktuuridesse, näiteks rakumembraani ja mitokondriooni.
Maksarakkudes on SER spetsialiseerunud mitmesuguste metaboolsete protsesside käigus toodetud ühendite detoksikatsioonile. Maksa SER sisaldab mitmeid ensüüme nimega tsütokroom P450, mis katalüüsivad kantserogeenide ja muude orgaaniliste molekulide lagunemist. Neerupealiste ja sugunäärmete rakkudes modifitseeritakse SER-is kolesterooli selle muutumise ajal steroidhormoonideks. Lõpuks eraldab lihasrakkudes olev SER, mida nimetatakse sarkoplasmaatiliseks retikulumiks, tsütoplasmast kaltsiumiioone. Kui lihas käivitab närvistimulatsioonid, vabanevad kaltsiumiioonid, põhjustades lihaste kokkutõmbumist.
Kare endoplasmaatiline retikulum
RER on üldiselt ühendatud lapikute kottide seeria. Sellel on keskne roll valkude ja glükoproteiinide sünteesil ja ekspordil ning seda on kõige parem uurida nendele funktsioonidele spetsialiseerunud sekretoorsetes rakkudes. Inimese keha paljude sekretoorsete rakkude hulka kuuluvad maksarakud, mis sekreteerivad seerumi valke nagu albumiin, endokriinsed rakud, mis sekreteerivad peptiidhormoone nagu insuliin, süljenäärme ja kõhunäärme akinaarrakud, mis sekreteerivad seedeensüüme, piimanäärmete rakud, mis sekreteerivad piimavalke, ja kõhrerakud, mis sekreteerivad kollageeni ja proteoglükaanid.
Ribosoomid on osakesed, mis sünteesivad valke aminohapetest. Need koosnevad neljast RNA molekulist ja 40 kuni 80 valgust, mis on kokku pandud suureks ja väikeseks alaühikuks. Ribosoomid on kas raku tsütoplasmas vabad (st ei ole seotud membraanidega) või seotud RER-iga. Membraaniga seotud ribosoomidel sünteesitakse lüsosomaalseid ensüüme, valke, mis on mõeldud ER-i, Golgi ja rakumembraanide jaoks, ja rakke eritatavaid valke. Vabadele ribosoomidele valmistatakse nii tsütosoolis kui ka välismembraani sisepinnaga seotud valgud, samuti tuumasse, mitokondritesse, kloroplastidesse, peroksisoomidesse ja teistesse organellidesse integreeritavad valgud. Valkude eriomadused märgistavad neid transportimiseks raku sees või väljas olevatesse sihtkohtadesse. 1971. aastal pakkusid saksa päritolu raku- ja molekulaarbioloog Günter Blobel ning Argentiinas sündinud rakubioloog David Sabatini, et valgu aminoterminaalne osa (valmistatava molekuli esimene osa) võiks toimida signaalijadana. Nad tegid ettepaneku, et selline signaaljärjestus hõlbustab kasvava valgu kinnitumist ER-membraanile ja viib valgu kas membraani või membraani kaudu ER-i luumenisse (sisemusse).
Signaalhüpoteesi kinnitas suur hulk eksperimentaalseid tõendeid. Messenger RNA molekulis kodeeritud konkreetse valgu kavandi tõlge algab vabal ribosoomil. Kuna kasvav valk, mille signaaljärjestus on selle aminoterminaalses otsas, väljub ribosoomist, seostub see järjestus kuue valgu ja ühe RNA molekuli kompleksiga, mida tuntakse signaalituvastusosakesena (SRP). Samuti seob SRP ribosoomi, et peatada valgu edasine moodustumine. ER membraan sisaldab retseptori saite, mis seovad SRP-ribosoomi kompleksi RER membraaniga. Sidumisel taastub translatsioon, eraldudes SRP-st kompleksist ja signaaljärjestusest ning alles olev tärkav valk, mis keermestub membraani kaudu kanalil, mida nimetatakse translokoniks, ER-luumenisse. Sel hetkel eraldatakse valk püsivalt tsütosoolist. Enamasti lõhustatakse signaaljärjestus valgust ensüümi, mida nimetatakse signaalpeptidaasiks, poolt, kuna see ilmneb ER-membraani luminaalsel pinnal. Lisaks lisatakse glükosüülimisel tuntud protsessis proteiinile sageli oligosahhariidi (keerulise suhkru) ahelaid, moodustades glükoproteiini. ER-valendiku sees voldib valk oma iseloomuliku kolmemõõtmelise konformatsiooni.
Valendikus hajuvad rakust erituvad valgud ER-i ülemineku ossa, piirkonda, mis on suuresti vaba ribosoomidest. Seal pakendatakse molekulid väikeste membraanidega piiratud transpordikeskkondadesse, mis eralduvad ER membraanist ja liiguvad läbi tsütoplasma sihtmärkmembraanini, tavaliselt Golgi kompleksi. Seal sulandub transportvesiikulite membraan Golgi membraaniga ja vesiikulite sisu toimetatakse Golgi luumenisse. See, nagu kõik vesiikulite punetuse ja sulandumise protsessid, säilitab membraanide külgsuse; see tähendab, et membraani tsütoplasmaatiline pind on alati väljapoole suunatud ja luminaalne sisu eraldatakse alati tsütoplasmast.
RER-il valmistatud teatud mittesekretoorsed valgud jäävad raku membraanisüsteemi osaks. Nendel membraanivalkudel on lisaks signaaljärjestusele ka üks või mitu ankurduspiirkonda, mis koosnevad lipiidides lahustuvatest aminohapetest. Aminohapped takistavad valgu täielikku läbimist ER luumenisse, ankurdades selle ER membraani fosfolipiidsetesse kaksikkihti.
