Intracelulární komunikace

buňka s mnoha různých DNA, RNA a proteinových molekul je zcela odlišný od zkumavky obsahující stejné složky. Když je buňka rozpuštěna ve zkumavce, náhodně se mísí tisíce různých typů molekul. V živé buňce jsou však tyto složky uchovávány na konkrétních místech, což odráží vysoký stupeň organizace nezbytný pro růst a dělení buňky. Udržování této vnitřní organizace vyžaduje nepřetržitý vstup energie, protože spontánní chemické reakce vždy vytvářejí dezorganizaci. Velká část energie uvolněné hydrolýzou ATP tedy podporuje procesy, které organizují makromolekuly uvnitř buňky.

když je eukaryotická buňka zkoumána při velkém zvětšení v elektronovém mikroskopu, je zřejmé, že specifické organely vázané na membránu rozdělují vnitřek na různé části. Ačkoli není detekovatelný v elektronovém mikroskopu, z biochemických testů je zřejmé, že každá organela obsahuje jinou sadu makromolekul. Tato biochemická segregace odráží funkční specializaci každého oddělení. Mitochondrie, které produkují většinu ATP buňky, tedy obsahují všechny enzymy potřebné k provádění cyklu kyseliny trikarboxylové a oxidační fosforylace. Podobně jsou degradační enzymy potřebné pro intracelulární trávení nežádoucích makromolekul omezeny na lysosomy.

je zřejmé z této funkční segregace, že mnoho různých proteinů stanovené geny v jádru buňky, musí být přepravovány do prostor, kde budou používány. Není divu, že buňka obsahuje rozsáhlý systém vázaný na membránu, který se věnuje udržování právě tohoto intracelulárního řádu. Systém slouží jako pošta, která zaručuje správné směrování nově syntetizovaných makromolekul na jejich správné místo určení.

všechny proteiny jsou syntetizovány na ribozomech umístěných v cytosolu. Jakmile se z ribozomu objeví první část aminokyselinové sekvence proteinu, zkontroluje se přítomnost krátké signální sekvence „endoplazmatického retikula (ER).“Ty ribozomy proteiny s takovou sekvenci jsou transportovány k povrchu membrány ER, kde se dokončit jejich syntézy; bílkoviny vyrobené na tyto ribozomy jsou okamžitě převedeny prostřednictvím ER membrána uvnitř ER prostoru. Proteiny postrádající signální sekvenci ER zůstávají v cytosolu a po dokončení jejich syntézy se uvolňují z ribozomů. Tento chemický proces rozhodování místech, některé nově dokončené proteinové řetězce v cytosolu a další v rámci rozsáhlého membránou ohraničený prostor v cytoplazmě, což představuje první krok v intracelulární protein třídění.

nově vytvořené proteiny v obou buněčných kompartmentech jsou pak dále tříděny podle dalších signálních sekvencí, které obsahují. Některé proteiny v cytosolu zůstávají tam, zatímco jiné jdou na povrch mitochondrií nebo (v rostlinných buňkách) chloroplastů, kde jsou přenášeny membránami do organel. Subsignály na každém z těchto proteinů pak přesně označují, kam v organele protein patří. Proteiny původně tříděné do ER mají ještě širší škálu destinací. Některé z nich zůstávají v ER, kde fungují jako součást organely. Většina vstupuje do transportních vezikul a přechází do Golgiho aparátu, oddělených organel ohraničených membránou, které obsahují nejméně tři podčásti. Některé proteiny jsou uchovávány v podčástech Golgiho, kde jsou využívány pro funkce typické pro tuto organelu. Většina nakonec vstoupí do vezikul, které opouštějí Golgi pro jiné buněčné cíle, jako je buněčná membrána, lysosomy nebo speciální sekreční vezikuly. (Pro další diskusi viz vnitřní membrány níže.)