Funktionen und Biogenese des Endoplasmatischen Retikulums

Synthese exportierbarer Proteine (REG)

Die Zelle produziert Proteine, die sie benötigt, und andere, die nach außen exportiert oder in andere intrazelluläre Kompartimente exportiert werden. Die Proteinsynthese beginnt im Hyaloplasma (Zytosol) auf freien Ribosomen. Der Unterschied zwischen einer mRNA für ein Export-Protein und einer für ein nicht exportiertes Protein liegt in der Signal-Hypothese: Bei der mRNA exportierbarer Proteine folgt sofort nach dem Start-Codon (AUG) eine Reihe von Signal-Codons, und dann kommt der Rest der Codons des zu synthetisierenden Proteins. Das erste Codon des entstehenden Peptids gibt an, ob das Protein für den Export bestimmt ist. Die mRNA bindet an die kleine ribosomale Untereinheit und bildet den Initiationskomplex. Dann bindet sie an die große Untereinheit und leitet die Proteinsynthese ein. Wenn es sich um ein exportierbares Protein handelt, tritt das Signalpeptid aus einem Kanal aus, der aus 6 Proteinketten und RNA besteht. Dieser Kanal hat zwei Enden: eines bindet an die Ribosomen-Bindungsstelle, das andere bindet an das Signalpeptid und hemmt die Synthese, bis die Ribosomenkette am ER verankert ist. Die Wechselwirkung dieses Proteins (SRP - Signal Recognition Particle) mit seinem Rezeptor ist GTP-abhängig. Die Synthese exportierbarer Proteine findet im rauen ER (REG) statt.

Synthese und Stoffwechsel von Lipiden (REL)

Dies findet im glatten ER (REL) statt, mit Ausnahme einiger Fettsäuren und Phospholipide, die in den Mitochondrien synthetisiert werden. Das REL ist an der Synthese von Phospholipiden und Phosphoglyceriden, Cholesterin und seinen Derivaten sowie Steroidhormonen beteiligt. Cholesterin wird zur Herstellung eines Zwischenprodukts (Pregnenolon) verwendet, das zur REL-Membran transportiert wird. Dort dringt es nicht ein, sondern erfährt innerhalb der Membran Hydroxylierungen, die es zu Vorläufern von Östrogenen, Androgenen und Progesteron machen. Alternativ kann es zu einem anderen Metaboliten umgewandelt werden, der dann zurück zu den Mitochondrien transportiert wird, um Cortisol oder Aldosteron zu bilden.

Weitere Funktionen des glatten ER (REL)

Das REL ist an der Verlängerung und Desaturierung von Fettsäuren beteiligt. In Muskelzellen dient es als Speicher von Ca²⁺, da Ca²⁺-ATPasen in ihren Membranen Ca²⁺-abhängig sind. Ca²⁺ wird in einer bestimmten Phase der Muskelkontraktion freigesetzt. In Leberzellen ist es am Glykogenstoffwechsel beteiligt, wobei Glykogen im Zytoplasma der Hepatozyten gespeichert ist. Es spielt auch eine wichtige Rolle bei der Entgiftung.

Glykosylierung

Dies umfasst die Anfügung von Zuckern an Lipide und Proteine, die im ER synthetisiert werden. Sie wird von Glykosyltransferasen durchgeführt. Sie ist wichtig für die Stabilität, Löslichkeit und Ladung von Proteinen und dient als Erkennungsmerkmal.

Entgiftung

Ein wichtiger Schritt der Entgiftung findet an der ER-Membran statt. Hier werden toxische Substanzen, die z. B. über Magen und Darm aufgenommen werden, metabolisiert und in weniger toxische Formen umgewandelt. Dieser Stoffwechsel erfolgt durch zwei Arten von Reaktionen:

• Oxidation: Toxische Substanzen werden inaktiviert. Dabei sind O₂, Cytochrom P-450 und Reduktasen beteiligt, die die Oxidation der toxischen Substanz katalysieren.
• Konjugation: Dies geschieht oft durch Konjugation mit Glucuronsäure. Die giftige Substanz wird in Gegenwart der Säure inaktiviert. Dies kann direkt oder nach einer vorherigen Oxidation erfolgen.

Biogenese des ER

Bei der Biogenese des ER werden Proteine in den entstehenden Membranen synthetisiert. Externe periphere Proteine werden an freien Ribosomen synthetisiert, während interne periphere Proteine an Ribosomen produziert werden, die an die ER-Membran gebunden sind. Proteine im endoplasmatischen Retikulum, die glykosyliert sind, müssen korrekt gefaltet werden. Wenn sie sich nicht richtig falten, helfen zwei Chaperone (Calnexin, Calreticulin) bei der Faltung. Wenn die Faltung fehlschlägt, werden sie ins Zytosol (Hyaloplasma) exportiert und abgebaut.