Endoplasmatisches Retikulum: Funktionen des glatten und rauen ER

Zusammenfassung

Der Text erläutert die Funktionen des Endoplasmatischen Retikulums in glattes (REL) und raues (REG) ER. Behandelt werden Hydroxylierung, Proteinsynthese mit Signalpeptid, Lipid- und Steroidsynthese, Entgiftung, Glykosylierung und die Biogenese des ER mit Chaperonen.

Kernpunkte

Das REL ist an Hydroxylierungen beteiligt, etwa bei der Synthese von Steroidhormonen und bei Entgiftungsprozessen.
Am REG werden exportierbare Proteine synthetisiert; ein Signalpeptid lenkt die Polypeptidkette in das ER-Lumen.
Die Synthese der meisten Lipide, darunter Phospholipide, Cholesterin und Steroidhormone, findet im REL statt.
Die Entgiftung im ER erfolgt über Oxidations- und Konjugationsreaktionen, letztere häufig mit Glucuronsäure.
Glykosylierung wird durch Glykosyltransferasen katalysiert; Chaperone wie Calnexin und Calreticulin unterstützen die Proteinfaltung.
Falsch gefaltete Proteine werden aus dem ER ins Zytoplasma exportiert und dort abgebaut.

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Funktionen des Glatten Endoplasmatischen Retikulums (REL)

Elektronentransportkette und Hydroxylierung

Die Elektronentransportkette, insbesondere das System um Cytochrom P-450 und NADH-Cytochrom-Reduktase (wahrscheinlich gemeint: NADPH-Cytochrom-P450-Reduktase), ist an der Hydroxylierung vieler Substrate beteiligt. Daher spielt sie eine Rolle bei der Synthese von Steroidhormonen und bei Entgiftungsprozessen. Das System um Cytochrom b5 und Cytochrom B5-Reduktase (wahrscheinlich gemeint: NADH-Cytochrom-b5-Reduktase) mit NADPH (wahrscheinlich gemeint: NADH oder NADPH, je nach System) ist ebenfalls relevant. ER-Membranproteine sind wichtig für die Asymmetrie der Membran, mit unterschiedlichen Domänen zum Zytoplasma hin und zum Lumen hin. Kohlenhydrate werden an Lipide und Proteine auf der luminalen Seite angehängt.

Funktionen des Rauen Endoplasmatischen Retikulums (REG)

Synthese exportierbarer Proteine

Das Raue Endoplasmatische Retikulum (REG) ist der Ort der Synthese von Proteinen, die für den Export bestimmt sind (Sekretion) oder in andere intrazelluläre Kompartimente (wie Lysosomen, Zellmembran) transportiert werden. Die Proteinsynthese beginnt im Zytoplasma an freien Ribosomen. Wenn die mRNA für ein exportierbares Protein translatiert wird, tritt die entstehende Polypeptidkette durch einen Kanal in der großen ribosomalen Untereinheit in das REG-Lumen ein. Eine Hypothese besagt, dass der Unterschied zwischen einer mRNA für ein exportierbares und ein nicht-exportierbares Protein in einem Signal liegt, das durch spezifische Codons kodiert wird (Signalpeptid-Hypothese). Bei exportierbaren Proteinen folgt unmittelbar auf das Start-Codon (AUG) eine Sequenz von Signal-Codons, die das Ribosom zum REG dirigiert. Dieses Signalpeptid wird zuerst translatiert und steuert den Eintritt der Polypeptidkette in das REG-Lumen. Die eigentliche Proteinsynthese für exportierbare Proteine findet am REG statt.

Synthese und Metabolismus von Lipiden

Die Synthese und der Metabolismus der meisten Lipide finden im Glatten Endoplasmatischen Retikulum (REL) statt, mit Ausnahme einiger Fettsäuren und Phospholipide, die in den Mitochondrien synthetisiert werden. Das REL ist an der Synthese von Phospholipiden, Phosphoglyceriden, Cholesterin und seinen Derivaten sowie Steroidhormonen beteiligt. Cholesterin wird in den Mitochondrien zur Synthese eines Intermediats (Pregnenolon) verwendet, das zur REL-Membran exportiert wird. Dort durchläuft es innerhalb der Membran Hydroxylierungen und wird in Östrogene, Androgene und Progesteron umgewandelt. Weitere Verarbeitungsschritte zu Metaboliten wie Cortisol oder Aldosteron können wieder in den Mitochondrien stattfinden. Dieser Prozess ist typisch für Zellen der Nebennierenrinde.

Weitere Funktionen des REL

Das REL ist auch an der Elongation und Desaturation von Fettsäuren beteiligt. In Muskelzellen dient es als Speicher für Ca²⁺, da seine Membranen Ca²⁺-abhängige ATPasen enthalten. In der Leber spielt das REL eine Rolle im Glykogenstoffwechsel, wobei Glykogen im Zytoplasma der Hepatozyten gespeichert wird. Darüber hinaus hat das REL eine wichtige Funktion bei der Entgiftung.

Glykosylierung im ER

Die Glykosylierung beinhaltet die Addition von Zuckern an im ER synthetisierte Lipide und Proteine. Diese Prozesse werden durch Glykosyltransferasen katalysiert.

Entgiftung im ER

Ein wichtiger Schritt der Entgiftung findet an der ER-Membran statt. Hier werden toxische Substanzen, denen wir ausgesetzt sind, metabolisiert. Die ER-Membran in Organen wie Leber, Haut, Lunge, Niere und Darm ist besonders aktiv an diesen Prozessen beteiligt. Der Stoffwechsel erfolgt hauptsächlich durch zwei Arten von Reaktionen:

Oxidationsreaktionen

Beteiligt sind toxische Substanzen, O₂, Cytochrom P-450 und seine Reduktase. Die Oxidation führt zur Inaktivierung der giftigen Substanz.

Konjugationsreaktionen

Hierbei erfolgt die Konjugation mit Glucuronsäure. Die giftige Substanz wird in Gegenwart von Glucuronsäure inaktiviert. Dies kann direkt oder nach vorheriger Oxidation geschehen.

Biogenese des ER

Bei der Biogenese des ER werden neue Membranen und Proteine synthetisiert. Proteine, die für das ER bestimmt sind, werden entweder an freien Ribosomen (z. B. externe periphere Proteine) oder an Ribosomen, die an die ER-Membran gebunden sind (z. B. integrale Membranproteine, lösliche Proteine des Lumens), synthetisiert. Proteine im Endoplasmatischen Retikulum werden oft glykosyliert. Für die korrekte Faltung sind Chaperone (wie Calnexin und Calreticulin) wichtig. Wenn Proteine nicht korrekt falten, werden sie aus dem ER ins Zytoplasma exportiert und dort abgebaut.

Häufige Fragen

Welche Funktion hat das raue Endoplasmatische Retikulum?

Das raue ER ist der Ort der Synthese von Proteinen, die exportiert oder in andere Kompartimente transportiert werden. Die Polypeptidkette tritt dabei durch einen Kanal in der großen ribosomalen Untereinheit in das ER-Lumen ein.

Was ist die Signalpeptid-Hypothese?

Sie besagt, dass sich mRNAs für exportierbare und nicht-exportierbare Proteine durch ein Signal unterscheiden, das durch spezifische Codons kodiert wird. Das Signalpeptid steuert den Eintritt der Polypeptidkette in das REG-Lumen.

Wo werden Lipide und Steroidhormone synthetisiert?

Die meisten Lipide und Steroidhormone werden im glatten ER synthetisiert. Cholesterin wird in den Mitochondrien zu Pregnenolon umgewandelt, das zur REL-Membran exportiert und dort weiterverarbeitet wird.

Welche Rolle spielt das ER bei der Entgiftung?

Toxische Substanzen werden an der ER-Membran metabolisiert, vor allem in Leber, Haut, Lunge, Niere und Darm. Dies geschieht über Oxidations- und Konjugationsreaktionen, die die giftigen Stoffe inaktivieren.