náhled|upright=1.5|Endoplazmatické retikulum a další membránové buněčné struktury Endoplazmatické retikulum (ER, z řec. „uvnitř“, odkazuje na cytoplazmu a zdrobnělina z lat. „síť“) je soustava vzájemně propojených miniaturních membránových cisteren a kanálků, která se nachází v cytoplazmě drtivé většiny eukaryotních buněk. Napojuje se na buněčné jádro a obvykle i na Golgiho aparát.
Endoplazmatické retikulum zvětšuje vnitřní povrch buňky, což má velký význam pro metabolické procesy. Rozlišuje se drsné (nebo hrubé) ER, na jehož vnějším povrchu jsou přisedlé ribozomy, a hladké ER bez přisedlých ribozomů. Drsná část endoplazmatického retikula se specializuje na syntézu některých bílkovin a procesy s tím související, jako je skládání těchto proteinů a jejich oligomerizace či navěšování jistých cukerných zbytků na tyto bílkoviny. V drsném ER také probíhá rozklad špatně sbalených či poškozených bílkovin – mechanismus za to zodpovědný se označuje jako ER-asociovaná degradace proteinů.
V hladkém endoplazmatickém retikulu se odehrávají zcela odlišné procesy – odstraňování toxických (odpadních) látek, některé části metabolismu lipidů a metabolismu hemu. Dále se mohou z hladkého ER regulovaně uvolňovat vápenaté ionty.
Historie výzkumu První pozorování endoplazmatického retikula se uskutečnila již světelným mikroskopem, ale výzkumníci neměli představu o tom, co vlastně pozorují. Příkladem jsou Nisslova tělíska objevená Franzem Nisslem v nervových buňkách v roce 1884. Endoplazmatické retikulum jako takové tak bylo ve srovnání s ostatními organelami objeveno až poměrně pozdě – v roce 1945 – a to díky použití elektronového mikroskopu ke studiu buněk. Práce se jmenovala A Study of Tissue Culture Cells by Electron Microscopy a jejími autory byli Keith R. Porter, Albert Claude a Ernest F. Fullam. Bylo popsáno ve fixovaných ptačích buňkách jako systém vzájemně propojených váčků a vláken o velikosti kolem 100–150 mikrometrů. V následujících letech se popisu této struktury věnovali i další studie a v roce 1953 Keith R. Porter poprvé navrhl termín „endoplazmatické retikulum“ („endoplazmatické“ proto, že se nachází ve vnitřní části cytoplazmy (v endoplazmě), „retikulum“ kvůli své komplikované větvené struktuře – latinsky „reticulum“ = síť).
Evoluční původ Endoplazmatické retikulum se vyskytuje v buňkách všech eukaryotických (jaderných) organismů, ačkoliv je někdy velmi redukované a sotva znatelné. Společný předek všech eukaryot s nejvyšší pravděpodobností vlastnil funkční systém vnitřních membrán včetně ER. Tomu nasvědčuje i rozšíření proteinových rodin, důležitých pro funkci ER, napříč všemi eukaryotickými organismy. K těmto univerzálně se vyskytujícím bílkovinám patří coat proteiny, SNARE, GAPy a GEFy. O průběhu vzniku endoplazmatického retikula bylo publikováno několik hypotéz, autorem jedné z nich je Thomas Cavalier-Smith. Ten vychází ze skutečnosti, že je ER v podstatě kontinuální s membránou jaderného obalu, a domnívá se, že ER vzniklo vlastně současně s jádrem. Představuje si to tak, že u předka eukaryot byla DNA navázána u cytoplazmatické membrány, následně však v místě, kde byla navázána DNA, došlo k odškrcení této cytoplasmatické membrány a vzniku vnitřního váčku s DNA uvnitř. Membránový váček se na vnější straně postupně nařasil a vznikl systém endoplazmatického retikula. Následně došlo ke specializaci systému jaderné membrány a membrán ER – tyto membrány totiž začaly využívat kotranslační transport pomocí částice SRP, což je něco, co cytoplazmatická membrána neumí. Byly vypracovány teorie, jak mohl tento kotranslační transport vzniknout, když proteiny k němu potřebné jsou zároveň vytvářeny právě jen díky kotranslačnímu transportu.
Stavba náhled|Řez pankreatickou acinární buňkou, jádro a okolní cytoplazma, v níž dominuje ERTransmisní elektronový mikroskop ER je neuvěřitelně dynamický systém vzájemně propojených váčků, v rámci kterého dochází k čilému transportu lipidů a bílkovin. Každou minutu projde endoplazmatickým retikulem mezi 2 a 10 miliony bílkovin a jen málokterá v něm zůstane. Přesto je v dlouhodobém měřítku udržována přibližně konstantní velikost ER a rozložení jeho váčků. Významnou roli v udržování rovnováhy v ER hrají molekulární motory asociované s mikrotubuly, které jsou schopné roztahovat váčky endoplazmatického retikula do požadovaného sektoru cytosolu.
Rozsah náhled|vlevo|Podélný řez epiteliálními buňkami choroidního plexu, zkratkou ER označeno endoplazmatické retikulumTransmisní elektronový mikroskop Endoplazmatické retikulum představuje pravděpodobně rozsahem nejvýznamnější část systému vnitřních membrán v eukaryotické buňce (tzv. endomembránového systému). Někdy může zaujímat až 10 % objemu buňky. Je tvořeno trojrozměrným systémem vzájemně propojených trubic či plochých váčků, tzv. cisteren, který může sahat od jádra až k povrchu buňky. Celkový povrch membrán ER např. u jaterních buněk tvoří více než 50 % celkového povrchu buněčných membrán (u exokrinních buněk slinivky dokonce 60 % a v Leydigových buňkách dokonce 71 %). Celkový povrch endoplazmatického retikula v jaterních buňkách činí asi 56 000 μm2, v (objemově mnohem menších) exokrinních buňkách slinivky asi 7 800 μm2 a v Leydigových buňkách asi 32 000 μm2. Existují však i opačné extrémy: ve zralých červených krvinkách se endoplazmatické retikulum nevyskytuje, je vypuzeno společně s jádrem v průběhu zrání červených krvinek. Někdy se udávalo, že ER chybí také u prvoka E. histolytica, případně, že funkci ER zastává systém izolovaných váčků. Pomocí pokročilých fluorescenčních technik (GFP fúzní protein a následné FLIP) však bylo u tohoto prvoka nakonec nalezeno i opravdové membránové retikulum.
Významné rozdíly v rozsahu endoplazmatického retikula jsou patrné při srovnávání různých buněčných typů v rámci lidského těla. Je známo, že například pankreatické acinární buňky, fibroblasty a plazmatické buňky mají obrovské drsné endoplazmatické retikulum. To souvisí s jejich vysokou proteosyntetickou aktivitou, tzn. vyrábí spoustu proteinů, ať už to jsou trávicí enzymy v případě acinárních buněk, kolagen v případě fibroblastů či protilátky v případě plazmatických buněk. K velkému rozvoji hladkého endoplazmatického retikula dochází v buňkách, které vyrábí steroidy (např. v buňkách kůry nadledvin), dále také v hepatocytech, ale i ve svalových buňkách, kde se označuje jako sarkoplazmatické retikulum.
Membrána Cisterny endoplazmatického retikula jsou obaleny buněčnou membránou s charakteristickým složením. Například membrána ER v potkaních hepatocytech obsahuje z 53 % fosfatidylcholin, z 20,2 % fosfatidylethanolamin, z 3,7 % sfingomyelin a zbývajících 14,1 % zaujímají fosfatidylserin a fosfatidylinositol. Podobná čísla (s menšími odchylkami) platí i např. pro kořenové buňky ječmene. U kvasinky Saccharomyces cerevisiae je složení rovněž podobné, jen obsahuje o něco více fosfatidylethanolaminu (33,4 %) na úkor fosfatidylcholinu. V membráně ER se udávají i stopová množství signálních fosfolipidů (DAG, CDP-DAG, PA a lysofosfolipidů) a také dolicholu. Membrána ER je v porovnání s ostatními membránami extrémně chudá na steroly (jako je cholesterol) a složitější sfingolipidy. Absence cholesterolu je způsobena tím, že tento sterol je sice v endoplazmatickém retikulu syntetizován, ale následně je velmi rychle transportován do jiných organel.
Lumen Lumen (dutina) endoplazmatického retikula má charakteristické chemické složení, jež toto prostředí odlišuje od cytosolu. Mluvíme o proteomu a metabolomu endoplazmatického retikula. Panují zde zvláštní redoxní podmínky, za kterých mohou vznikat disulfidické můstky (oxidací SH skupin), na druhou stranu se v endoplazmatickém retikulu pyridinové nukleotidy (nutné pro řadu metabolických drah) udržují v redukovaném stavu. Další anomálií je velmi vysoká koncentrace vápenatých iontů: ta je v některých buňkách až 10 000× vyšší, než v cytosolu (cca 1 mM ve srovnání s 0,1 μM v cytosolu). Naopak pH v endoplazmatickém retikulu je v podstatě neutrální, srovnatelné s cytosolem.
Funkční části ER Endoplazmatické retikulum se skládá z několika morfologicky odlišitelných částí, které však mezi sebou volně komunikují a nedá se např. zamezit difuzi proteinů přítomných uvnitř ER, aby rovnoměrně vyplnily celý prostor ER. Nejčastěji uváděnými částmi ER jsou drsné endoplazmatické retikulum (RER, z angl. rough) a hladké endoplazmatické retikulum (SER, z angl. smooth). Základní rozdíl mezi drsným a hladkým ER spočívá v přítomnosti ribozomů na membráně drsného endoplazmatického retikula, zatímco v hladkém tyto struktury chybí.
Některé studie mají tendenci uvádět jako třetí část ER ještě jaderný obal, který se od ER liší přítomností jaderných pórů a proteinů, které se vážou na chromatin a jadernou laminu. Čtvrtou část ER mohou u rostlin představovat desmotubuly endoplazmatického retikula, procházející skrz plazmodezmata mezi buňkami. William C. Pollard tyto části označuje jako subdomény a přidává k nim ještě „exportní zónu ER“ (z níž se váčky odštěpují do sekretorické dráhy) a „kontaktní zónu ER“ (kde dochází k výměně lipidů s jinými membránovými organelami).
Funkce náhled|300px|Na této animaci je znázorněn proces výroby proteinů na membráně drsného ER. Je patrné, že protein (černý přirůstající řetězec) je v prvních chvílích vyráběn volně do cytosolu, následně dojde k asociaci s membránou ER a protein je následně plynule soukán do dutiny ER Drsné ER Význam drsného endoplazmatického retikula spočívá především ve výrobě a úpravě bílkovin, jejich transportu a rozkladu.
Syntéza bílkovin
V drsném ER dochází k výrobě (translaci) prakticky všech transmembránových bílkovin, tedy bílkovin, jež jsou trvale zabudovány do některé z buněčných membrán. Mohou to být jak proteiny určené pro cytoplazmatickou membránu, tak i např. pro membránu Golgiho aparátu, buněčného jádra, endozomů, lyzozomů, ale i pro membránu samotného endoplazmatického retikula. Mimo to jsou zde vyráběny bílkoviny, které se vyskytují uvnitř ER, Golgiho aparátu, endozomů, lysozomů a dalších složek sekreční dráhy. Konečně zde dochází k vytváření většiny proteinů, které jsou z buňky následně uvolňovány ven, do mimobuněčného prostoru.
Translace na drsném endoplazmatickém retikulu je jedna ze dvou hlavních možností, jak může v buňce k syntéze bílkovin docházet (druhý způsob je translace na volných ribozomech v cytosolu). Translace proteinů určených pro ER začíná rovněž v cytosolu, ale následně jsou rozeznány jisté signální sekvence nacházející se na začátku vyráběného proteinu (k rozeznání dojde pomocí signál rozpoznávající částice, SRP), načež je protein naveden na SRP receptor na membráně endoplazmatického retikula a translace je znovu spuštěna. Díky SRP receptoru dojde k vazbě na speciální membránový kanál, skrz který může být polypeptid soukán do lumen endoplazmatického retikula. Existují i speciální mechanismy, jak například vyrobit bílkoviny, jež membránu překračují několikrát.
Úpravy proteinů náhled|upright=0.5|Tento N-glykan je základním oligosacharidem přidávaným na proteiny v ER
Uvnitř endoplazmatického retikula se nachází velké množství enzymů, které usnadňují skládání bílkovin, jež jsou translokovány do retikula. Jedním z těchto enzymů je proteindisulfidizomeráza (PDI), která usnadňuje vznik SS můstků. Bílkoviny vyráběné v ER se od těch cytosolických liší mimo jiné tím, že mohou mít SS můstky, protože v lumen ER jsou pro to dostatečně oxidativní podmínky. Další bílkovinou, která se účastní skládání bílkovin, je BiP protein. Tento chaperon rozeznává hydrofobní oblasti na povrchu špatně složených proteinů a pokouší se přimět tyto proteiny, aby se složily správně.