Funktionen des Endoplasmatischen Retikulums (ER)

Raues Endoplasmatisches Retikulum (RER): Proteinsynthese

Neu synthetisierte Proteine werden durch einen Kanal in das Lumen des RER eingeführt. Dort spaltet die Signalpeptidase das Signalpeptid ab, wodurch das Protein für den Export vorbereitet wird.

Glattes Endoplasmatisches Retikulum (SER): Lipidstoffwechsel

Die Synthese und der Stoffwechsel von Lipiden finden hauptsächlich im SER statt, mit Ausnahme einiger Fettsäuren und Phospholipide, die in den Mitochondrien synthetisiert werden. Das SER ist an der Synthese von Phospholipiden, Phosphoglyceriden, Cholesterin und seinen Derivaten sowie Steroidhormonen beteiligt (besonders wichtig ist Phosphatidylcholin).

Cholesterin wird in den Mitochondrien zur Produktion eines Zwischenprodukts (Pregnenolon, dem Vorläufer von Testosteron und anderen Steroidhormonen) verwendet. Dieses Zwischenprodukt wird zur SER-Membran exportiert, dringt aber nicht in das Lumen ein. An der Membran erfolgen Hydroxylierungen, die das Zwischenprodukt in Steroidhormone (Östrogene, Androgene und Progesteron) umwandeln, oder in andere Metaboliten, die dann in die Mitochondrien zurückkehren, um zu Cortisol oder Aldosteron umgewandelt zu werden. Dieser Vorgang findet insbesondere in den Zellen der Nebennierenrinde statt.

Weitere Funktionen des SER

Ein Metabolit ist jedes Molekül, das im Stoffwechsel verwendet oder produziert wird.

• Das SER ist an der Verlängerung und Desaturierung von Fettsäuren beteiligt.
• In Muskelzellen dient das SER als Kalziumspeicher, da seine Membranen Ca²⁺-ATPasen enthalten. Kalzium wird in einer bestimmten Phase der Muskelkontraktion freigesetzt.
• Das SER spielt eine wichtige Rolle im Glykogenstoffwechsel der Leber, wo Glykogen im Zytoplasma der Hepatozyten gespeichert ist, und ist maßgeblich an der Entgiftung beteiligt.

Glykosylierung im ER

Die Glykosylierung bezeichnet die Anlagerung von Zuckermolekülen an Proteine, die im ER synthetisiert werden. Dieser Prozess wird durch Enzyme namens Glykosyltransferasen durchgeführt. Die Glykosylierung ist wichtig, da sie die Stabilität, Löslichkeit und Ladung von Proteinen beeinflusst und als Erkennungsmerkmal dient. Die angehängten Zuckerketten unterscheiden die Proteine nach ihrem endgültigen Bestimmungsort und dienen als Erkennungsmarker für andere Proteine und Zellen.

Für viele Proteine ist die Glykosylierung entscheidend für die korrekte Faltung. Wenn ein Protein nicht korrekt faltet, halten Chaperon-Proteine (wie Calnexin und Calreticulin) es im ER zurück. Falls die Faltung nicht abgeschlossen werden kann, wird es ins Zytosol entlassen und abgebaut.

Fallbeispiel: Zystische Fibrose

Bei der zystischen Fibrose ist das für den Chloridtransport verantwortliche Protein (CFTR) in den Epithelzellen nicht in der Membran vorhanden. Es wird zwar produziert, ist aber falsch gefaltet und wird daher von den Chaperonen im ER zurückgehalten, anstatt die Membran zu erreichen.

Chaperon-Proteine

Chaperon-Proteine sind eine Gruppe von Proteinen, die in allen Zellen vorkommen. Viele davon sind Hitzeschock-Proteine, deren Aufgabe es ist, die korrekte Faltung neu gebildeter Proteine während der Proteinsynthese zu unterstützen.

Entgiftung im ER

Die Entgiftung von toxischen Substanzen, denen wir ausgesetzt sind, findet an der ER-Membran statt. Dabei werden sie in weniger toxische, wasserlösliche Formen umgewandelt, die leichter ausgeschieden werden können. Dieser Prozess erfolgt in der ER-Membran von Organen wie Leber, Haut, Lunge, Niere und Darm.

Der Stoffwechsel toxischer Substanzen umfasst zwei Hauptreaktionen:

• Oxidation: Hierbei sind Enzyme wie Cytochrom P-450 und Reduktasen beteiligt, die toxische Substanzen oxidieren und dadurch inaktivieren.
• Konjugation: Die inaktivierte Substanz wird mit Glucuronsäure konjugiert. Dieser Schritt kann direkt oder nach einer vorherigen Oxidation erfolgen.

Biogenese des ER

Die Proteine des Endoplasmatischen Retikulums werden während der Synthese in neuen Membranen hergestellt.

• Externe periphere Proteine: Diese werden an freien Ribosomen im Zytosol synthetisiert.
• Interne periphere Proteine: Diese werden an Ribosomen synthetisiert, die an die ER-Membran gebunden sind.