komunikacja wewnątrzkomórkowa

komórka z wieloma różnymi cząsteczkami DNA, RNA i białek jest zupełnie inna od probówki zawierającej te same składniki. Gdy komórka rozpuszcza się w probówce, tysiące różnych typów cząsteczek losowo mieszają się ze sobą. W żywej komórce składniki te są jednak przechowywane w określonych miejscach, co odzwierciedla wysoki stopień organizacji niezbędny do wzrostu i podziału komórki. Utrzymanie tej wewnętrznej organizacji wymaga ciągłego wprowadzania energii, ponieważ spontaniczne reakcje chemiczne zawsze powodują dezorganizację. Tak więc, większość energii uwalnianej przez hydrolizę ATP napędza procesy, które organizują makrocząsteczki wewnątrz komórki.

gdy komórka eukariotyczna jest badana przy dużym powiększeniu w mikroskopie elektronowym, staje się oczywiste, że specyficzne organelle związane z błoną dzielą wnętrze na różne subcompartments. Chociaż nie jest wykrywalny w mikroskopie elektronowym, z testów biochemicznych wynika, że każda organella zawiera inny zestaw makrocząsteczek. Ta segregacja biochemiczna odzwierciedla funkcjonalną specjalizację każdego przedziału. Tak więc mitochondria, które produkują większość ATP komórki, zawierają wszystkie enzymy potrzebne do przeprowadzenia cyklu kwasu trikarboksylowego i fosforylacji oksydacyjnej. Podobnie, enzymy degradacyjne potrzebne do wewnątrzkomórkowego trawienia niepożądanych makrocząsteczek są ograniczone do lizosomów.

z tej funkcjonalnej segregacji wynika, że wiele różnych białek określonych przez geny w jądrze komórkowym musi zostać przetransportowanych do przedziału, w którym będą używane. Nic dziwnego, że komórka zawiera rozległy system związany z błoną, poświęcony utrzymaniu właśnie tego wewnątrzkomórkowego porządku. System pełni funkcję urzędu pocztowego, gwarantując prawidłową trasę nowo zsyntetyzowanych makrocząsteczek do ich właściwych miejsc docelowych.

wszystkie białka są syntetyzowane na rybosomach znajdujących się w cytozolu. Gdy tylko pierwsza część sekwencji aminokwasowej białka wyłania się z rybosomu, sprawdza się ją pod kątem obecności krótkiej sekwencji sygnałowej „retikulum endoplazmatycznego (ER).”Te rybosomy wytwarzające białka o takiej sekwencji są transportowane na powierzchnię błony ER, gdzie kończą swoją syntezę; białka wytworzone na tych rybosomach są natychmiast przenoszone przez błonę ER do wnętrza komory ER. Białka pozbawione sekwencji sygnałowej ER pozostają w cytozolu i są uwalniane z rybosomów po zakończeniu ich syntezy. Ten chemiczny proces decyzyjny umieszcza niektóre nowo ukończone łańcuchy białkowe w cytozolu, a inne w obszernym przedziale ograniczonym błoną w cytoplazmie, co stanowi pierwszy etap wewnątrzkomórkowego sortowania białek.

nowo wytworzone białka w obu przedziałach komórkowych są następnie sortowane dalej według dodatkowych sekwencji sygnałowych, które zawierają. Niektóre białka w cytozolu pozostają tam, podczas gdy inne trafiają na powierzchnię mitochondriów lub (w komórkach roślinnych) chloroplastów, gdzie są przenoszone przez błony do organelli. Podsignale na każdym z tych białek wskazują dokładnie, gdzie w organelle białko należy. Białka początkowo posortowane do ER mają jeszcze szerszy zakres miejsc przeznaczenia. Niektóre z nich pozostają na ostrym dyżurze, gdzie funkcjonują jako część organelle. Większość przedostaje się do pęcherzyków transportowych i przechodzi do aparatu Golgiego, oddzielonych organellami otoczonymi błoną, które zawierają co najmniej trzy subcomapartamenty. Niektóre z białek są zatrzymywane w subcomments Golgi, gdzie są wykorzystywane do funkcji charakterystycznych dla tego organelle. Większość ostatecznie wprowadzić pęcherzyki, które opuszczają Golgi do innych miejsc komórkowych, takich jak błona komórkowa, lizosomy, lub specjalne pęcherzyki wydzielnicze. (W celu dalszej dyskusji patrz poniżej membrany wewnętrzne.)