Endoplazmatski retikulum

Sastoji se od sistemaa cjevčica i vrećica koje su okružene membranom. Čini ga jedna neprekinuta membrana koja se nastavlja od jezgre i može činiti i do 50% ukupnih membrana stanice, a njegov lumen i do 10% ukupnog volumena stanice. Sastoji se od tri različita dijela, a to su hrapavi ( sadrži ribosome na površini ), prijelazni ( izlaze vezikule prema Golgijevom aparatu ) i glatki ER ( sudjeluje u proizvodnji lipida ). George Palade je proučavajući serozne acinuse gušterače otkrio da proteini nastaju u hrapavom endoplazmatskom retikulumu, koji se premještaju u Golgijev aparat, a iz njega pomoću sekretotnih vezikula odlazi na staničnu membranu s kojom se stapa. Tako je otkriven sekrecijski put kojim se koriste i proteini namijenjeni drugim odjeljcima. Proteini koji su namijenjeni za membranu ER-a, GA, lizosome ili staničnu membranu, odmah su usmjereni u ER ( u stanicama sisavaca, proteini ulaze u ER dok translacija mRNA još traje ), a oni koji su namijenjeni za jezgru, mitohondrije, kloroplaste ili peroksisome, sintetiziraju se na slobodnim ribosomima u citosolu ( nakon translacije ).

• KOTRANSLACIJSKA TRANSLOKACIJA – premještanje proteina u ER dok translacija još traje ( SRP ). ER, GA, lizosomi, stanična membrana
• POSTTRANSLACIJSKA TRANSLOKACIJA – premještanje proteina nakon translacije ( BiP ). Citosol, jezgra, mitohondriji, kloroplasti, peroksisom

Slobodni ribosomi u citosolu i oni na membrani ER se ne razlikuju. Sinteza svakog proteina započinje na slobodnim u citosolu, koji se nakon toga usmjeruju prema ER-u pomoću aminokiselinskog slijeda na polieptidu. Taj kratki signalni slijed se sastoji od hidrofobnih aminokiselina, koji se nakon ulaska u ER odcijepi. Kada se stanica razori, ER se raspada na mikrosome koji nastaju od hrapavog ER-a, a posjeduju ribosome na vanjskoj strani. Hrapavi mikrosomi su gušći od glatkih, te se mogu centrifugiranjem izolirati u gradijentu gustoće. Pokusi su potvrdili da ako se mRNA koja kodira sekrecijski protein prevodi na slobodnim ribosomima in vitro, nastaje protein nešto duži od odgovarajućeg izlučenog proteina. Ako se u sistem dodaju i mikrosomi, sekrecijski protein se usmjeruje u mikrosom ( ekvivalent hrapavom ER-u) i cijepa se pomoću mikrosomske proteaze do prave veličine.

Čim započne sinteza proteina na slobodnom ribosomu u citosolu, SRP čestica ( signal recognittion particle ) prepozna signalni slijed i veže se za nastali polipeptid i ribosom, zaustavlja translaciju, te ga usmjeruje prema ER-u. SRP čestica se sastoji od 6 polipeptida i od SRP RNA, koja ima dvije regije fleksibilne poput šake. Na membrani ER se nalazi SRP receptor ( integralni membranski protein izložen na citosolnoj strani ER-a ) na koji se veže SPR čestica, ribosom i polipeptid. Kada su tako vezani za SRP receptor, pridružuje se GTP molekula koja disocira u GDP i otpušta SRP česticu od receptora i rRNA kompleksa. Ribosom se potom veže za translokacijski kompleks i signalni slijed uvuče u membranski kanal ili translokon.

Translokon je izgrađen od triju transmembranskih proteina nazvanih Sec61. Signalna sekvenca dolazi u interakciju sa kratkim hidrofobnim lancima u vratu translokona, što otvara ˝čep˝ u membranskom kanalu. Signalna peptidaza cijepa signalnu sekvencu sa polipeptida i on ulazi u lumen ER-a. Proteini koji se usmjeruju u ER nakon translacije ( posttranslacijska translokacija ) drugačije ulaze u lumen ER. Umjesto SRP čestica i SRP receptora, njihove signalne sljedove prepoznaju receptorski proteini Sec62/63, a posebni citosolni Hsp70 šaperoni održavaju lanac raspetljanim. Peptidni lanac kroz membranski kanal uvlači posebni Hsp70 šaperon, koji se nalazi unutar ER i nazvan je BiP. Proteini koji su namijenjeni staničnoj membrani ili membranama ER, GA i ostalih već navedenim organelima, ne ulaze u lumen ER, nego putuju kroz membranu do svog odredišta kao u sekrecijskom putu. Integralni membranski proteini uklopljeni su u staničnu membranu pomoću hidrofobnih sljedova. Sastoje se od 20-25 hidrofobnih aminokiselina koje tvore α-uzvojnicu, te se tako maksimalizira broj vodikovih veza između peptidnih veza, a bočni ogranci aminokiselina stupaju u interakciju sa repovima masnih kiselina fosfolipida. Integralni proteini se razlikuju po načinu uranjanja u membranu. Neki ju premošćuju samo jednom, dok ostali višestruko.

Također im je u citosolnu stranu membrane okrenut ili amino – kraj ili karboksilni kraj. Ovakva orijentacija proteina na membranama ER-a, GA-a, lizosoma i staničnih membrana tijekom translokacije rastućeg polipeptidnog lanca. Pošto je lumen ER ekvivalentan vanjskoj strani membrane, domene proteina koji se nalazi na membrani sa vanjske strane stanične membrane odgovaraju regijama polipeptidnih lanaca koji se translociraju u lumen ER-a.

Ugradnja proteina u membranu odvija se sintezom transmembranskih proteina čiji karboksilni kraj okrenut u citosol, a na svom amino kraju imaju normalni signalni slijed, koji ih ˝dovuče˝ do ER. Oni se sidre u membranu pomoću druge α-uzvojnice, nazvanom zaustavni slijed, koja se nalazi u sredini lanca. Kada translokon prepozna zaustavni slijed, dolazi do konformacijske promjene. Daljnji prijenos se zaustavi, karboksilni kraj lanca ostaje u citosolu, podjedinice kanala se razdvoje i transmembransko područje ( α-uzvojnica ) proteina uđe u lipidni dvosloj. Neki proteini imaju signalni slijed za ugradnju u membranu kojeg signalna peptidaza ne može ukloniti. Takve sljedove prepozna SRP i donose ih do ER. Pošto ti sljedovi ne bivaju uklonjeni, oni djeluju kao α-uzvojnice i sidre se u membranu. Unutarnji sljedovi mogu biti orijentirati tako da u citosol strši amino-kraj ili karboksilni kraj. U membranu se mogu ugraditi i proteini koji ju više puta premošćuju, a to se postiže naizmjeničnim signalnim i zaustavnim sljedovima u lancu. Svakim signalni slijedom lanac raste, a svakim zaustavnim se ugrađuje u lipidni dvosloj. U ER-u dolazi do doradbe proteina, smatanja, udruživanja podjedinica, stvaranje disulfidnih veza. Također se odvijaju početni stupnjevi glikolize, dodavanje glikolipidnih sidara. Proteini ulaze u ER razmotani, te se uz pomoć BiP i Hsp70, koji se vežu na lanac, smotaju. Tako smotani proteini otpuštaju šaperone i odlaze prema GA-u, a oni loše smotani razrađuju. U ER-u nastaju disulfidne veze ( S-S ) iz cisteinskih ostataka zbog oksidirajućeg okruženja, dok u citosolu ne nastaju zbog reducirajućeg okruženja ( -SH ). U nastajanju tih veza pomaže protein-disulfid-izomeraza. Još dok se protein nalazi u ER-u dolazi do njegove glikolizacije. Oligosaharidi ( od 14 šećernih ostataka) se sintetiziraju na membrani ( dolikol ) koji se pomoću oligosaharil-transferaze prenose na asparaginske ostatke konsenzus-sljeda Asn-X-Ser/Thr na rastući protein koji ulazi u ER. Tri glukozna ostatka i jedna manoza se uklanjaju još dok je protein u ER-u. Neki proteini su vezani glikolipidima za membranu, a nazvani su glikozilfosfatidil-inozitolna ( GPI ) sidra. U ER-u dolazi i do provjere kvalitete proteina, tj. dolazi do prepoznavanja dobro smotanih, loše smotanih i jako loše smotanih proteina. Taj proces je složen i uključuje BiP, šaperone, proteindisulfid-izomerazu i mnoge pomoćne proteine. Jedan od putova prepoznavanje ide preko glikoproteina kalretikulina, koji prepozna djelomično dorađene oligosaharide na novonastalim proteinima, te im pomaže u pravilnom smatanju. Odvajanje terminalnog glukoznog ostatak sa glikoproteina ga oslobađa od kalretikulina. Oni dobro smotani odlaze u tranzicijski ER, oni loše smotane se upućuju ponovno u ciklus sa kalretikulinom tako da im se ponovno doda glukozni ostatak na oligosaharid, a oni koji su ozbiljno poremećeni se upućuju na retro-translokaciju, put degradacije gdje bivaju u citosolu obilježeni ubikvitinom. BiP igra važnu ulogu u signalizaciji. Ako se u stanici nakupi previše ne smotanih proteina dolazi preko BiP-a do ˝reakcije na ne-smotane proteine˝. BiP ima dovoljno u stanici da se uvijek omoguće svi procesi vezani uz njega, no kada dođe do prevelikog broje ne smotanih proteina, oni se počinju natjecati za slobodne BiP-ove. Dolazi do oslobađanja signalnih molekula koje signaliziraju odgovor na ne smotane proteine, dolazi do inhibicije proteinske sintaze i povećanja ekspresije šaperona. Ako ništa od toga ne pomogne nastupa stanična smrt ili apoptoza.