4.4: מערכת האנדוממברנה וחלבונים

Last updated

Oct 31, 2023
Page ID
205659
Save as PDF
- 4.3: תאים אוקריוטיים
- 4.5: שלד הציטוס

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

מיומנויות לפיתוח

רשום את הרכיבים של מערכת האנדוממברנה
הכירו את הקשר בין מערכת האנדוממברנה לתפקידיה

מערכת האנדוממברנה (endo = "בתוך") היא קבוצה של ממברנות ואברונים (איור $\PageIndex{1}$ ) בתאים אוקריוטיים הפועלת יחד לשינוי, אריזה והובלה של שומנים וחלבונים. הוא כולל את המעטפת הגרעינית, הליזוזומים והשלפוחיות, שכבר הזכרנו, ואת הרטיקולום האנדופלזמי ומנגנון גולגי, אותם נסקור בקרוב. למרות שלא מבחינה טכנית בתוך התא, קרום הפלזמה נכלל במערכת האנדוממברנה מכיוון שכפי שתראו, הוא מקיים אינטראקציה עם שאר האברונים האנדוממברניים. מערכת האנדוממברנה אינה כוללת את הממברנות של המיטוכונדריה או הכלורופלסטים.

חיבור אמנות

החלק השמאלי של איור זה מציג את ה- ER המחוספס עם חלבון ממברנה אינטגרלי מוטבע בו. לחלק החלבון הפונה לחלק הפנימי של המיון יש פחמימה מחוברת אליו. החלבון מוצג ומשאיר את ה- ER בשלפוחית המתמזגת עם הצד cis של מנגנון גולגי. מנגנון גולגי מורכב מכמה שכבות של ממברנות, הנקראות בורות מים. כאשר החלבון עובר דרך בורות המים, הוא משתנה עוד יותר על ידי תוספת של יותר פחמימות. בסופו של דבר, הוא משאיר את פני הטרנס של הגולגי בתוך שלפוחית. השלפוחית מתמזגת עם קרום התא כך שהפחמימה שהייתה בחלק הפנימי של השלפוחית פונה כעת לחלק החיצוני של הממברנה. במקביל, התוכן של שלפוחית נפלט מן התא. — איור $\PageIndex{1}$ : ממברנה וחלבוני הפרשה מסונתזים ברטיקולום האנדופלזמי המחוספס (RER). ה- RER גם משנה לפעמים חלבונים. באיור זה, חלבון ממברנה אינטגרלי (ירוק) במיון משתנה על ידי הצמדת פחמימה (סגולה). שלפוחיות עם ניצן החלבון האינטגרלי מה-ER ומתמזגות עם פני ה-cis של מנגנון גולגי. כאשר החלבון עובר לאורך בורות המים של גולגי, הוא משתנה עוד יותר על ידי תוספת של יותר פחמימות. לאחר השלמת הסינתזה שלו, הוא יוצא כחלבון ממברנה אינטגרלי של השלפוחית הנובעת מפנים הטרנס של הגולגי וכאשר השלפוחית מתמזגת עם קרום התא החלבון הופך לחלק בלתי נפרד מממברנת התא ההיא. (קרדיט: שינוי עבודה מאת מגנוס מנסקה)

אם חלבון ממברנה היקפית היה מסונתז בלומן (בפנים) של ה-ER, האם הוא יגיע לחלק הפנימי או החיצוני של קרום הפלזמה?

הרטיקולום האנדופלזמי

הרטיקולום האנדופלזמי (ER) (איור $\PageIndex{1}$ ) הוא סדרה של שקיות ואבוביות ממברנות המחוברות זו לזו שמשנה ביחד חלבונים ומסנתזת שומנים. עם זאת, שתי פונקציות אלה מבוצעות באזורים נפרדים של ה- ER: ה- ER המחוספס וה- ER החלק, בהתאמה.

החלק החלול של צינורות ה- ER נקרא לומן או חלל בור מים. הממברנה של ה-ER, שהיא דו-שכבה פוספוליפידית המוטמעת בחלבונים, רציפה עם המעטפת הגרעינית.

ER מחוספס

הרטיקולום האנדופלזמי המחוספס (RER) נקרא כך מכיוון שהריבוזומים המחוברים למשטח הציטופלזמי שלו מעניקים לו מראה משובץ במבט דרך מיקרוסקופ אלקטרונים (איור). $\PageIndex{2}$

במיקרוגרף אלקטרונים זה, הגרעין הוא המאפיין הבולט ביותר. הגרעין הוא אזור עגול וחשוך בתוך הגרעין. ניתן לראות נקבובית גרעינית במעטפת הגרעינית המקיפה את הגרעין. הרטיקולום האנדופלזמי המחוספס מקיף את הגרעין, ומופיע כשכבות רבות של ממברנות. מיטוכונדריון יושב בין שכבות קרום ה- ER. — איור $\PageIndex{2}$ : מיקרוגרף אלקטרוני שידור זה מציג את הרשת האנדופלזמית המחוספסת ואברונים אחרים בתא לבלב. (קרדיט: שינוי עבודות מאת לואיזה האוורד)

ריבוזומים מעבירים את החלבונים המסונתזים החדשים שלהם לומן של ה- RER שם הם עוברים שינויים מבניים, כגון קיפול או רכישת שרשראות צד. חלבונים שהשתנו אלה ישולבו בממברנות התאיות - הממברנה של ה-ER או אלו של אברונים אחרים - או יופרשו מהתא (כגון הורמוני חלבון, אנזימים). ה- RER מייצר גם פוספוליפידים לממברנות התא.

אם הפוספוליפידים או החלבונים שהשתנו אינם מיועדים להישאר ב- RER, הם יגיעו ליעדיהם באמצעות שלפוחיות הובלה הנוצצות מממברנת ה- RER (איור $\PageIndex{1}$ ).

מכיוון שה- RER עוסק בשינוי חלבונים (כגון אנזימים, למשל) שיופרשו מהתא, אתה צודק בהנחה שה- RER נמצא בשפע בתאים המפרישים חלבונים. זה המקרה עם תאים של הכבד, למשל.

ER חלק

הרטיקולום האנדופלזמי החלק (SER) רציף עם ה-RER אך יש לו מעט ריבוזומים או ללא ריבוזומים על פני השטח הציטופלזמיים שלו (איור). $\PageIndex{1}$ תפקידי ה- SER כוללים סינתזה של פחמימות, שומנים והורמונים סטרואידים; ניקוי רעלים של תרופות ורעלים; ואחסון יוני סידן.

בתאי שריר, SER מיוחד הנקרא רטיקולום סרקופלזמי אחראי על אחסון יוני הסידן הדרושים להפעלת התכווצויות מתואמות של תאי השריר.

קישור ללמידה

וידאו $\PageIndex{1}$ : תוכלו לצפות באנימציה מצוינת של מערכת האנדוממברנה כאן.

קשר לקריירה: קרדיולוג

מחלות לב הן גורם המוות המוביל בארצות הברית. זה נובע בעיקר מאורח החיים היושב שלנו והתאטות הגבוהות בשומן הטרנס שלנו.

אי ספיקת לב היא רק אחד ממצבי לב משביתים רבים. אי ספיקת לב לא אומר שהלב הפסיק לעבוד. במקום זאת, זה אומר שהלב לא יכול לשאוב בכוח מספיק כדי להעביר דם מחומצן לכל האיברים החיוניים. אם לא מטופלים, אי ספיקת לב עלולה להוביל לאי ספיקת כליות וכישלון של איברים אחרים.

דופן הלב מורכבת מרקמת שריר לב. אי ספיקת לב מתרחשת כאשר הרשתית האנדופלזמית של תאי שריר הלב אינה מתפקדת כראוי. כתוצאה מכך, מספר לא מספיק של יוני סידן זמינים כדי להפעיל כוח התכווצות מספיק.

קרדיולוגים (cardi- = "לב"; -ologist = "מי שלומד") הם רופאים המתמחים בטיפול במחלות לב, כולל אי ספיקת לב. קרדיולוגים יכולים לבצע אבחנה של אי ספיקת לב באמצעות בדיקה גופנית, תוצאות מאלקטרוקרדיוגרמה (ECG, בדיקה המודדת את הפעילות החשמלית של הלב), צילום רנטגן בחזה כדי לבדוק אם הלב מוגדל ובדיקות אחרות. אם מאובחנים אי ספיקת לב, הקרדיולוג בדרך כלל ירשום תרופות מתאימות וימליץ על הפחתה בצריכת מלח השולחן ועל תוכנית אימונים בפיקוח.

מנגנון גולגי

כבר הזכרנו כי שלפוחיות יכולות לצוץ מהמיון ולהעביר את תכולתן למקום אחר, אבל לאן הולכות השלפוחיות? לפני שהם מגיעים ליעדם הסופי, עדיין יש למיין, לארוז ולתייג את השומנים או החלבונים בתוך שלפוחיות ההובלה כך שהם יגיעו למקום הנכון. מיון, תיוג, אריזה והפצה של שומנים וחלבונים מתרחש במנגנון גולגי (נקרא גם גוף גולגי), סדרה של ממברנות שטוחות (איור). $\PageIndex{3}$

הצד המקבל של מנגנון גולגי נקרא פנים cis. הצד הנגדי נקרא פנים טרנס. שלפוחיות ההובלה שנוצרו מה-ER נוסעות אל פני ה-cis, מתמזגות איתו ומרוקנות את תכולתן לתוך לומן של מנגנון גולגי. כאשר החלבונים והשומנים עוברים דרך הגולגי, הם עוברים שינויים נוספים המאפשרים למיין אותם. השינוי השכיח ביותר הוא תוספת של שרשראות קצרות של מולקולות סוכר. חלבונים ושומנים שהשתנו לאחרונה מתויגים לאחר מכן בקבוצות פוספט או מולקולות קטנות אחרות, כך שניתן יהיה לנתב אותם ליעדיהם הנכונים.

לבסוף, החלבונים שהשתנו והמתויגים נארזים לתוך שלפוחיות הפרשה הנוצצות מהפנים הטרנס של הגולגי. בעוד שחלק מהשלפוחיות הללו מפקידות את תכולתן לחלקים אחרים של התא שבהם ישמשו אותם, שלפוחיות הפרשה אחרות מתמזגות עם קרום הפלזמה ומשחררות את תוכנן מחוץ לתא.

בדוגמה נוספת לצורה העוקבת אחר תפקוד, לתאים העוסקים בפעילות הפרשה רבה (כגון תאים של בלוטות הרוק המפרישים אנזימי עיכול או תאים של מערכת החיסון המפרישים נוגדנים) יש שפע של גולגי.

בתאי צמחים, למנגנון הגולגי יש תפקיד נוסף של סינתזה של פוליסכרידים, שחלקם משולבים בדופן התא וחלקם משמשים בחלקים אחרים של התא.

חיבור קריירה: גנטיקאי

מחלות רבות נובעות ממוטציות גנטיות המונעות סינתזה של חלבונים קריטיים. מחלה אחת כזו היא מחלת לואו (המכונה גם תסמונת oculocereberenal, מכיוון שהיא משפיעה על העיניים, המוח והכליות). במחלת לואו, קיים מחסור באנזים המקומי למנגנון גולגי. ילדים עם מחלת לואו נולדים עם קטרקט, בדרך כלל מפתחים מחלת כליות לאחר השנה הראשונה לחיים, ועלולים לפגוע ביכולות הנפשיות.

מחלת לואו היא מחלה גנטית הנגרמת על ידי מוטציה בכרומוזום X. כרומוזום ה- X הוא אחד משני כרומוזומי המין האנושי, מכיוון שכרומוזומים אלה קובעים את מינו של האדם. לנקבות יש שני כרומוזומי X ואילו לזכרים יש כרומוזום X ואחד Y. אצל נקבות, הגנים רק באחד משני כרומוזומי ה- X באים לידי ביטוי. לכן, לנקבות הנושאות את הגן של מחלת Lowe באחד מכרומוזומי ה- X שלהן יש סיכוי של 50/50 לחלות במחלה. עם זאת, לזכרים יש רק כרומוזום X אחד והגנים בכרומוזום זה באים לידי ביטוי תמיד. לכן, לזכרים תמיד תהיה מחלת לואו אם כרומוזום ה- X שלהם נושא את הגן של מחלת Lowe. מיקומו של הגן המוטה, כמו גם מיקומם של מוטציות רבות אחרות הגורמות למחלות גנטיות, זוהה כעת. באמצעות בדיקות טרום לידתי, אישה יכולה לגלות אם העובר שהיא נושאת עלול להיות נגוע באחת מכמה מחלות גנטיות.

גנטיקאים מנתחים את תוצאות הבדיקות הגנטיות לפני הלידה ועשויים לייעץ לנשים בהריון לגבי אפשרויות זמינות. הם עשויים גם לערוך מחקר גנטי המוביל לתרופות או מזונות חדשים, או לבצע ניתוחי DNA המשמשים בחקירות משפטיות.

ליזוזומים

בנוסף לתפקידם כמרכיב העיכול ומתקן למחזור האברונים של תאי בעלי חיים, הליזוזומים נחשבים לחלקים ממערכת האנדוממברנה. ליזוזומים משתמשים גם באנזימים ההידרוליטיים שלהם כדי להשמיד פתוגנים (אורגניזמים הגורמים למחלות) שעלולים להיכנס לתא. דוגמה טובה לכך מתרחשת בקבוצה של תאי דם לבנים הנקראים מקרופאגים, שהם חלק ממערכת החיסון של גופך. בתהליך המכונה פגוציטוזיס או אנדוציטוזיס, קטע מממברנת הפלזמה של המקרופאג חודר (מתקפל פנימה) ובולע פתוגן. החלק הפולש, עם הפתוגן בפנים, צובט את עצמו מממברנת הפלזמה והופך לשלפוחית. השלפוחית מתמזגת עם ליזוזום. האנזימים ההידרוליטיים של הליזוזום הורסים את הפתוגן (איור). $\PageIndex{4}$

באיור זה מוצג מקרופאג הצורך חיידק. מכיוון שהחיידק נצרך על ידי אנדוציטוזיס, הוא עטוף בשלפוחית. ליזוזום מתמזג עם שלפוחית ואנזימי העיכול בתוך הליזוזום מעכלים את החיידק. החומר הלא מעוכל גורש מהמקרופאג בתהליך האקסוציטוזיס. — איור $\PageIndex{4}$ : מקרופאג בלע (פגוציט) חיידק שעלול להיות פתוגני ולאחר מכן מתמזג עם ליזוזומים בתוך התא כדי להרוס את הפתוגן. אברונים אחרים נמצאים בתא אך לשם הפשטות אינם מוצגים.

סיכום

מערכת האנדוממברנה כוללת את המעטפת הגרעינית, הליזוזומים, השלפוחיות, ה- ER ומנגנון גולגי, כמו גם את קרום הפלזמה. רכיבים סלולריים אלה פועלים יחד כדי לשנות, לארוז, לתייג ולהעביר חלבונים ושומנים היוצרים את הממברנות.

ה- RER משנה חלבונים ומסנתז פוספוליפידים המשמשים בממברנות התא. ה- SER מסנתז פחמימות, שומנים והורמונים סטרואידים; עוסק בניקוי רעלים של תרופות ורעלים; ומאחסן יוני סידן. מיון, תיוג, אריזה והפצה של שומנים וחלבונים מתרחשים במנגנון גולגי. ליזוזומים נוצרים על ידי ניצני הממברנות של ה-RER וה-Golgi. ליזוזומים מעכלים מקרומולקולות, ממחזרים אברונים שחוקים ומשמידים פתוגנים.

חיבורי אמנות

איור $\PageIndex{1}$ : אם חלבון ממברנה היקפית היה מסונתז בלומן (בפנים) של ה-ER, האם הוא יגיע לחלק הפנימי או החיצוני של קרום הפלזמה?

תשובה: זה יגמור מבחוץ. לאחר שהשלפוחית עוברת במנגנון גולגי ומתמזגת עם קרום הפלזמה, היא מסתובבת כלפי חוץ.

רשימת מילים

מערכת אנדוממברנה: קבוצת אברונים וממברנות בתאים אוקריוטיים הפועלים יחד בשינוי, אריזה והובלת שומנים וחלבונים

רטיקולום אנדופלזמי (ER): סדרה של מבנים ממברניים מחוברים זה לזה בתוך תאים אוקריוטיים המשנים יחד חלבונים ומסנתזים שומנים

מנגנון גולגי: אברון אוקריוטי המורכב מסדרה של ממברנות מוערמות הממיינות, מתייגות ואורזות שומנים וחלבונים להפצה

רטיקולום אנדופלזמי מחוספס (RER): אזור הרשת האנדופלזמית המשובץ בריבוזומים ועוסק בשינוי חלבון וסינתזת פוספוליפידים

רטיקולום אנדופלזמי חלק (SER): אזור הרשת האנדופלזמית שיש לו מעט או ללא ריבוזומים על פני השטח הציטופלזמיים שלו ומסנתז פחמימות, שומנים והורמונים סטרואידים; מסלק רעלים מכימיקלים מסוימים (כמו חומרי הדברה, חומרים משמרים, תרופות ומזהמים סביבתיים), ומאחסן יוני סידן