intracellulær kommunikation

en celle med dens mange forskellige DNA -, RNA-og proteinmolekyler er meget forskellig fra et reagensglas, der indeholder de samme komponenter. Når en celle opløses i et reagensglas, blandes tusindvis af forskellige typer molekyler tilfældigt sammen. I den levende celle opbevares disse komponenter imidlertid på bestemte steder, hvilket afspejler den høje grad af organisation, der er afgørende for cellens vækst og opdeling. Vedligeholdelse af denne interne organisation kræver en kontinuerlig tilførsel af energi, fordi spontane kemiske reaktioner altid skaber uorganisering. Således brænder meget af den energi, der frigives ved ATP-hydrolyse, processer, der organiserer makromolekyler inde i cellen.

Når en eukaryot celle undersøges ved høj forstørrelse i et elektronmikroskop, bliver det tydeligt, at specifikke membranbundne organeller opdeler det indre i en række underkompartementer. Selvom det ikke kan påvises i elektronmikroskopet, fremgår det af biokemiske analyser, at hver organel indeholder et andet sæt makromolekyler. Denne biokemiske adskillelse afspejler den funktionelle specialisering af hvert rum. Mitokondrierne, der producerer det meste af cellens ATP, indeholder således alle de stoffer, der er nødvendige for at udføre den tricarbonsyrecyklus og den iltende phosphorylering. De fleste af de mest almindelige typer af makromolekyler, der bruges til at fordøje uønskede makromolekyler, er de samme som dem, der er nødvendige for den intracellulære fordøjelse af uønskede makromolekyler.

det fremgår klart af denne funktionelle adskillelse, at de mange forskellige proteiner, der er specificeret af generne i cellekernen, skal transporteres til det rum, hvor de vil blive brugt. Ikke overraskende indeholder cellen et omfattende membranbundet system, der er afsat til at opretholde netop denne intracellulære rækkefølge. Systemet fungerer som et postkontor, der garanterer korrekt dirigering af nyligt syntetiserede makromolekyler til deres rette destinationer.

alle proteiner syntetiseres på ribosomer placeret i cytosolen. Så snart den første del af aminosyresekvensen af et protein fremkommer fra ribosomet, inspiceres det for tilstedeværelsen af en kort “endoplasmatisk retikulum (er) signalsekvens.”De ribosomer, der fremstiller proteiner med en sådan sekvens, transporteres til overfladen af ER-membranen, hvor de afslutter deres syntese; proteinerne fremstillet på disse ribosomer overføres straks gennem ER-membranen til indersiden af ER-rummet. Proteiner, der mangler ER-signalsekvensen, forbliver i cytosolen og frigives fra ribosomerne, når deres syntese er afsluttet. Denne kemiske beslutningsproces placerer nogle nyligt afsluttede proteinkæder i cytosolen og andre inden for et omfattende membranbegrænset rum i cytoplasmaet, repræsenterer det første trin i intracellulær proteinsortering.

de nyoprettede proteiner i begge cellerum sorteres derefter yderligere i henhold til yderligere signalsekvenser, som de indeholder. Nogle af proteinerne i cytosolen forbliver der, mens andre går til overfladen af mitokondrier eller (i planteceller) kloroplaster, hvor de overføres gennem membranerne til organellerne. Subsignaler på hvert af disse proteiner angiver derefter nøjagtigt, hvor i organellen proteinet hører til. Proteinerne, der oprindeligt blev sorteret i ER, har et endnu bredere udvalg af destinationer. Nogle af dem forbliver i ER, hvor de fungerer som en del af organellen. De fleste går ind i transportvesikler og passerer til Golgi-apparatet, separate membranbundne organeller, der indeholder mindst tre underkompartementer. Nogle af proteinerne bevares i underkompartementerne i Golgi, hvor de anvendes til funktioner, der er særegne for den organelle. De fleste kommer til sidst ind i vesikler, der forlader Golgi til andre cellulære destinationer, såsom cellemembranen, lysosomer eller specielle sekretoriske vesikler. (For yderligere diskussion, se nedenfor indre membraner.)