コンテンツ
- 小胞体の構造
- 2種類のER
- 粗面小胞体（ラフER）
- ラフERでのタンパク質合成
- ラフERでのタンパク質の折りたたみ
- 滑らかな小胞体（滑らかなER）
- 筋細胞の筋小胞体
- 折り畳まれていないタンパク質応答
- ER形状
- ERと人間の病気
細胞内に収容されているオルガネラの構造と機能、そして細胞生物学全体を理解する最も簡単な方法の1つは、それらを現実世界のものと比較することです。
たとえば、ゴルジ装置を梱包工場または郵便局として説明するのは理にかなっています。その役割は、セルカーゴの受け取り、変更、仕分け、および出荷です。
ゴルジ体の隣のオルガネラ、 小胞体、セルの製造工場として最もよく理解されています。このオルガネラ工場は、すべての生命プロセスに必要な生体分子を構築します。これらには、タンパク質と脂質が含まれます。
真核細胞にとって膜がどれほど重要であるかはすでにご存じでしょう。両方を含む小胞体 粗面小胞体 そして 滑らかな小胞体、動物細胞の膜面積の半分以上を占めています。
この膜状の生体分子構築オルガネラが細胞にとっていかに重要であるかを誇張するのは難しいでしょう。
小胞体の構造
小胞体を観察した最初の科学者は、細胞の最初の電子顕微鏡写真を撮っている間に、小胞体の外観に衝撃を受けました。
アルバート・クロード、アーネスト・フルマン、キース・ポーターの場合、オルガネラはひだと空いているスペースがあるため「レースのように」見えました。現代の観察者は、小胞体の外観を折り畳まれたリボンのように、またはリボンキャンディーのように説明する可能性が高くなります。
このユニークな構造により、小胞体が細胞内で重要な役割を果たすことが保証されます。小胞体は長いものとして最もよく理解されています リン脂質膜 それ自体に折り返されて、その特徴的な迷路のような構造を作成します。
小胞体の構造について考える別の方法は、単一の膜で接続された平らなポーチとチューブのネットワークとしてです。
この折り畳まれたリン脂質膜は 水槽。強力な顕微鏡で小胞体の断面を見ると、これらのリン脂質膜の平らな円盤は積み重なっているように見えます。
これらのパウチ間の一見空いているスペースは、膜自体と同じくらい重要です。
これらの領域は ルーメン。ルーメンを構成する内部空間は液体で満たされています。折り畳みによりオルガネラ全体の表面積が増加するため、実際には細胞の総体積の約10％を占めています。
2種類のER
小胞体には、その外観にちなんで名付けられた2つの主要なセクションが含まれています。 粗面小胞体 そしてその 滑らかな小胞体.
細胞小器官のこれらの領域の構造は、細胞内での特別な役割を反映しています。顕微鏡のレンズの下では、粗い小胞膜のリン脂質膜は点または隆起で覆われているように見えます。
これらは リボソーム、それは粗い小胞体にでこぼこのまたは粗い尿（およびそのための名前）を与えます。
これらのリボソームは、実際には小胞体から独立したオルガネラです。それらの大部分（最大数百万！）は、タンパク質合成である仕事に不可欠であるため、粗面小胞体の表面に局在します。 RERは、らせん状のエッジを備えた、互いにねじれた積み重ねられたシートとして存在します。
小胞体の反対側である滑らかな小胞体はまったく異なって見えます。
オルガネラのこのセクションには、折り畳まれた迷路のような水槽と液体で満たされた内腔がまだ含まれていますが、リン脂質膜のこちら側の表面は、滑らかな小胞体にリボソームが含まれていないため、滑らかまたは滑らかに見えます。
小胞体のこの部分は、タンパク質ではなく脂質を合成するため、リボソームを必要としません。
粗面小胞体（ラフER）
粗面小胞体（RER）は、その表面を覆うリボソームのおかげで、その特徴的な粗面または散りばめられた外観からその名前を取得します。
小胞体全体が、タンパク質や脂質など、生命に必要な生体分子の製造工場のように機能することを忘れないでください。 RERは、タンパク質のみを生産するための工場のセクションです。
RERで生成されたタンパク質の一部は、小胞体に永久に残ります。
このため、科学者はこれらのタンパク質を呼び出します 常駐タンパク質。他のタンパク質は、細胞の他の領域への修飾、選別、および輸送を受けます。ただし、RERで構築された多数のタンパク質は、細胞からの分泌について標識されています。
つまり、これらの分泌タンパク質は、修飾および選別後、小胞輸送体を介して細胞膜を通過し、細胞外の仕事をします。
セル内のRERの位置もその機能にとって重要です。
RERは、 核 セルの。実際、小胞体のリン脂質膜は、核を取り囲む膜バリアと実際に接続します。 核封筒 または核膜。
この緊密な配置により、RERは核から直接タンパク質を構築するために必要な遺伝情報を受け取ることができます。
また、タンパク質の構築や折り畳みが異常になったときに、RERが核に信号を送ることを可能にします。粗い小胞体は近接しているため、RERがバックログに追いつく間、単純に核を撃って生産を遅らせることができます。
ラフERでのタンパク質合成
タンパク質合成は一般に次のように機能します。すべての細胞の核にはDNAの完全なセットが含まれています。
このDNAは、細胞がタンパク質などの分子を構築するために使用できる青のようなものです。細胞は、核からRERの表面のリボソームに単一のタンパク質を構築するために必要な遺伝情報を転送します。科学者はこのプロセスを呼び出します 転写 細胞はメッセンジャーを使用して元のDNAからこの情報を転写またはコピーするためです。
RERに付着したリボソームは、転写されたコードを運ぶメッセンジャーを受け取り、その情報を使用して特定のアミノ酸の鎖を作ります。
このステップは呼ばれます 翻訳 なぜなら、リボソームはメッセンジャーでデータコードを読み取り、それを使用して構築するチェーン内のアミノ酸の順序を決定するからです。
これらのアミノ酸のストリングは、タンパク質の基本単位です。最終的に、それらの鎖は機能的なタンパク質に折りたたまれ、仕事をするのを助けるためにラベルや修飾を受け取ることさえあります。
ラフERでのタンパク質の折りたたみ
タンパク質の折りたたみは、一般にRERの内部で起こります。
このステップにより、タンパク質と呼ばれるユニークな三次元形状がタンパク質に与えられます 立体配座。タンパク質の折り畳みは非常に重要です。多くのタンパク質が独自の形状を使用して他の分子と相互作用し、鍵にぴったり合うように接続するためです。
誤って折り畳まれたタンパク質は適切に機能しない可能性があり、この機能不全は人間の病気を引き起こすことさえあります。
たとえば、研究者は現在、タンパク質の折り畳みの問題が2型糖尿病、嚢胞性線維症、鎌状赤血球症、アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性の問題などの健康障害を引き起こすと考えています。
酵素 は、細胞がエネルギーにアクセスする方法である代謝に関与するプロセスを含む、細胞内で化学反応を可能にするタンパク質のクラスです。
リソソーム酵素は、古いオルガネラや誤って折りたたまれたタンパク質などの不要な細胞内容物を細胞が分解するのを助け、細胞を修復し、そのエネルギーのために廃棄物を取り出します。
膜タンパク質とシグナル伝達タンパク質は、細胞のコミュニケーションと協調を助けます。一部の組織には少量のタンパク質が必要ですが、他の組織には多くのタンパク質が必要です。これらの組織は通常、タンパク質合成の必要性が低い他の組織よりも多くのスペースをRERに割り当てます。
•••科学滑らかな小胞体（滑らかなER）
滑らかな小胞体（SER）にはリボソームが欠如しているため、その膜は顕微鏡下では滑らかなまたは滑らかな細管のように見えます。
これは、小胞体のこの部分がタンパク質ではなく脂質または脂肪を構築し、したがってリボソームを必要としないため、理にかなっています。これらの脂質には、脂肪酸、リン脂質、コレステロール分子が含まれます。
細胞内に原形質膜を構築するには、リン脂質とコレステロールが必要です。
SERは、脂質ホルモンの適切な機能に必要な脂質ホルモンを生成します 内分泌系.
これらには、エストロゲンやテストステロンなどのコレステロールから作られたステロイドホルモンが含まれます。 SERがホルモン産生で果たす主要な役割のため、精巣や卵巣の細胞のように、多くのステロイドホルモンを必要とする細胞は、SERにより多くの細胞領域を占有する傾向があります。
SERは代謝と解毒にも関与しています。これらのプロセスは両方とも肝臓細胞で発生するため、通常、肝臓組織にはより多くのSERが存在します。
エネルギー信号が低いことをホルモン信号が示すと、腎臓と肝臓の細胞はエネルギー産生経路を開始します 糖新生.
このプロセスは、細胞内の非炭水化物源から重要なエネルギー源グルコースを作成します。肝細胞のSERは、これらの肝細胞が毒素を除去するのにも役立ちます。これを行うために、SERは危険な化合物の一部を消化して水溶性にし、体が尿から毒素を排出できるようにします。
筋細胞の筋小胞体
高度に特殊化された小胞体の形態は、と呼ばれるいくつかの筋肉細胞に現れる 筋細胞。このフォームは、 筋小胞体、通常は心臓（心臓）および骨格筋細胞に見られます。
これらの細胞では、細胞小器官は、筋肉繊維を弛緩させ収縮させるために細胞が使用するカルシウムイオンのバランスを管理します。蓄積されたカルシウムイオンは筋肉細胞に吸収され、細胞は弛緩し、筋肉の収縮中に筋肉細胞から放出されます。筋小胞体の問題は、心不全を含む深刻な医学的問題につながる可能性があります。
折り畳まれていないタンパク質応答
あなたは、小胞体がタンパク質合成と折りたたみの一部であることをすでに知っています。
適切なタンパク質の折り畳みは、仕事を正しく行うことができるタンパク質を作るために重要です。前述のように、誤った折り畳みはタンパク質が不適切に機能するか、まったく機能しない可能性があり、2型糖尿病などの深刻な医学的状態につながる可能性があります。
このため、小胞体は、正しく折り畳まれたタンパク質のみが小胞体からゴルジ装置に輸送されて輸送されるようにする必要があります。
小胞体は、と呼ばれるメカニズムを通じてタンパク質の品質管理を保証します 折り畳まれていないタンパク質応答、またはUPR。
これは基本的に、RERが細胞核と通信できるようにする非常に高速な細胞シグナル伝達です。折り畳まれていない、または折り畳まれていないタンパク質が小胞体の内腔に堆積し始めると、RERは折り畳まれていないタンパク質の応答を引き起こします。これは3つのことを行います。
ER形状
ERの形状はその機能に関連しており、必要に応じて変更できます。
たとえば、RERシートの層を増やすと、一部の細胞がより多くのタンパク質を分泌するのに役立ちます。逆に、多くのタンパク質として分泌されないニューロンや筋肉細胞などの細胞は、より多くのSER細管を持っている可能性があります。
の 周辺ER、これは核エンベロープに接続されていない部分であり、必要に応じて移動することさえできます。
この理由とそのメカニズムは研究の主題です。細胞骨格の微小管に沿ってSER細管を滑らせ、他の細胞小器官の後ろにERを引きずり、小さなモーターのように細胞の周りを移動するER細管の輪さえも含むことがあります。
ERの形状も、次のようないくつかの細胞プロセスの間に変化します。 有糸分裂.
科学者たちは、これらの変化がどのように起こるかをまだ研究しています。タンパク質の補足物は、そのシートと細管を安定化し、特定の細胞のRERとSERの相対的な量を決定することを含む、ERオルガネラの全体的な形状を維持します。
これは、ERと疾患の関係に関心のある研究者にとって重要な研究分野です。
ERと人間の病気
頻繁なUPR活性化によるストレスを含むタンパク質のミスフォールディングとERストレスは、ヒト疾患の発症に寄与する可能性があります。これらには、嚢胞性線維症、2型糖尿病、アルツハイマー病および痙性対麻痺が含まれる場合があります。
ウイルス ERをハイジャックし、タンパク質構築機構を使用してウイルスタンパク質を大量に排出することもあります。
これにより、ERの形状が変化し、セルに対して通常の機能を実行できなくなる可能性があります。デング熱やSARSなどの一部のウイルスは、ER膜内に二重膜保護小胞を作ります。