Endoplasmatisches Retikulum und Peroxisomen erklärt

Das endoplasmatische Retikulum (ER) besteht aus einem Membransystem, das durch Kanäle begrenzt ist. Diese Kanäle kommunizieren mit der Kernhülle (Kernmembran). Das endoplasmatische Retikulum fungiert als Vertriebsnetz, das benötigte Materialien innerhalb der Zelle transportiert. Zudem dient es als Kommunikationskanal zwischen dem Zellkern und dem Cytoplasma.

Raues endoplasmatisches Retikulum

Das raue endoplasmatische Retikulum (RER) besteht aus abgeflachten Tubuli-Systemen. Durch die an die Membran angelagerten Ribosomen erhält es ein körniges Aussehen. Seine Hauptfunktion ist die Beteiligung an der Synthese von Proteinen, die für den Export aus der Zelle bestimmt sind. Das RER wird auch als Ergastoplasma bezeichnet (vom griechischen Wort ergozomai für „arbeiten“ oder „synthetisieren“).

Diese Form des Retikulums ist besonders stark in Zellen mit sekretorischer Funktion entwickelt, wie etwa:

• Zellen der Bauchspeicheldrüse (sezernieren Verdauungsenzyme)
• Becherzellen der Darmwand (sezernieren Schleim)

Die Elektronenmikroskopie zeigt im Cytoplasma ein Membran-Lipoprotein-Netzwerk. Je nach Lage der Membranen unterscheidet man zwischen Tubuli und sackförmigen oder abgeflachten Vesikeln. Das RER vergrößert die innere Oberfläche der Zelle, was die Enzymaktivität steigert und chemische Reaktionen für den Zellstoffwechsel sowie die Proteinsynthese und -lagerung erleichtert. Es ist maßgeblich an der Herstellung zellulärer Proteine wie Kollagen beteiligt.

Glattes endoplasmatisches Retikulum

Das agranuläre oder glatte endoplasmatische Retikulum (REL) besteht aus zylindrischen Tubuli-Systemen ohne Ribosomen. Seine Hauptfunktionen sind:

• Synthese von Steroiden, Phospholipiden und anderen Lipiden
• Abbau von Ethanol (aus alkoholischen Getränken)
• Abbau von Medikamenten (z. B. Antibiotika und Barbiturate)
• Entgiftung des Körpers

Das REL ist besonders reichlich in Leberzellen, Keimdrüsen und der Bauchspeicheldrüse vorhanden. Es bildet ein dreidimensionales Netzwerk aus miteinander verbundenen Röhren und Zisternen, das sich von der Kernmembran bis zur Plasmamembran erstreckt.

Struktur und Proteinsynthese

Das ER ist in zwei Sektoren unterteilt: das RER (mit Polyribosomen an der cytosolischen Seite) und das REL. Die Bindung der Polyribosomen an die Oberfläche des RER erfolgt über integrale Proteine wie das Docking-Protein (Signal Recognition Particle Rezeptor), Ribophorine I und II sowie Porenproteine. Neben der Proteinsynthese ist das RER an post-translationalen Modifikationen wie Sulfatierung, Glykosylierung und Proteinfaltung beteiligt.

Peroxisomen

Peroxisomen sind kugelförmige Organellen, die von einer einfachen Membran umgeben sind und vor allem in tierischen Zellen vorkommen. Sie sind für die Speicherung von Enzymen verantwortlich, die mit dem Metabolismus von Wasserstoffperoxid (H₂O₂) zusammenhängen. Da H₂O₂ hochgiftig ist und freie Radikale bilden kann, nutzt das Enzym Katalase es, um es in Wasser (H₂O) und Sauerstoff (O₂) zu zerlegen.

Peroxisomen sind entscheidend für den Abbau toxischer Verbindungen. Ein wichtiges Protein hierbei ist PEX5, das Enzyme wie Katalasen und Oxidasen in das Peroxisom leitet. Bei Säugetieren sind diese Organellen essenziell; ein Fehlen führt zu schweren Erkrankungen wie dem Zellweger-Syndrom, das Gehirn, Leber und Nieren betrifft.

Charakterisierung und Funktionen

Peroxisomen wurden 1954 von Rodhin als „Microbodies“ beschrieben und 1966 von De Duve biochemisch charakterisiert. Sie enthalten oft eine kristalline Struktur (Kern), die aus kristallisiertem Enzymmaterial besteht. Ihre Funktionen umfassen:

• Pflanzen: Beteiligung an der Photorespiration und Umwandlung von Fett in Kohlenhydrate (Glyoxysomen).
• Tiere: Beta-Oxidation von Fettsäuren (insbesondere sehr langkettige Fettsäuren, VLCFA), Katabolismus von Purinen, Oxidation von Ethanol sowie die Synthese von Gallensäuren und Cholesterin.