intracellulär kommunikation

en cell med sina många olika DNA -, RNA-och proteinmolekyler skiljer sig helt från ett provrör som innehåller samma komponenter. När en cell löses upp i ett provrör blandas tusentals olika typer av molekyler slumpmässigt. I den levande cellen hålls emellertid dessa komponenter på specifika platser, vilket återspeglar den höga organisationsgraden som är nödvändig för cellens tillväxt och delning. Att upprätthålla denna interna organisation kräver en kontinuerlig inmatning av energi, eftersom spontana kemiska reaktioner alltid skapar desorganisation. Således bränner mycket av den energi som frigörs av ATP-hydrolys processer som organiserar makromolekyler inuti cellen.

När en eukaryot cell undersöks vid hög förstoring i ett elektronmikroskop blir det uppenbart att specifika membranbundna organeller delar in interiören i en mängd olika delrum. Även om det inte kan detekteras i elektronmikroskopet, framgår det av biokemiska analyser att varje organell innehåller en annan uppsättning makromolekyler. Denna biokemiska segregering återspeglar den funktionella specialiseringen av varje fack. Således innehåller mitokondrierna, som producerar det mesta av cellens ATP, alla enzymer som behövs för att utföra trikarboxylsyracykeln och oxidativ fosforylering. På liknande sätt begränsas de nedbrytande enzymerna som behövs för intracellulär matsmältning av oönskade makromolekyler till lysosomerna.

det framgår av denna funktionella segregering att de många olika proteiner som specificeras av generna i cellkärnan måste transporteras till det fack där de kommer att användas. Inte överraskande innehåller cellen ett omfattande membranbundet system som ägnas åt att upprätthålla just denna intracellulära ordning. Systemet fungerar som ett postkontor, vilket garanterar korrekt routing av nyligen syntetiserade makromolekyler till sina rätta destinationer.

alla proteiner syntetiseras på ribosomer belägna i cytosolen. Så snart den första delen av aminosyrasekvensen av ett protein kommer ut från ribosomen inspekteras det för närvaron av en kort ”endoplasmatisk retikulum (ER) signalsekvens.”De ribosomer som gör proteiner med en sådan sekvens transporteras till ytan av ER-membranet, där de fullbordar sin syntes; proteinerna som tillverkas på dessa ribosomer överförs omedelbart genom ER-membranet till insidan av ER-facket. Proteiner som saknar ER-signalsekvensen förblir i cytosolen och frigörs från ribosomerna när deras syntes är klar. Denna kemiska beslutsprocess placerar några nyligen avslutade proteinkedjor i cytosolen och andra inom ett omfattande membranbegränsat fack i cytoplasman, vilket representerar det första steget i intracellulär proteinsortering.

de nytillverkade proteinerna i båda cellfacken sorteras sedan vidare enligt ytterligare signalsekvenser som de innehåller. Några av proteinerna i cytosolen förblir där, medan andra går till ytan av mitokondrier eller (i växtceller) kloroplaster, där de överförs genom membranen till organellerna. Undersignaler på vart och ett av dessa proteiner anger sedan exakt var i organellen proteinet hör hemma. Proteinerna som ursprungligen sorterades in i ER har ett ännu bredare utbud av destinationer. Några av dem förblir i ER, där de fungerar som en del av organellen. De flesta går in i transportvesiklar och passerar till Golgi-apparaten, separata membranbegränsade organeller som innehåller minst tre underkomparationer. Några av proteinerna behålls i Golgi-underdelarna, där de används för funktioner som är speciella för den organellen. De flesta kommer så småningom in i vesiklar som lämnar Golgi för andra cellulära destinationer som cellmembranet, lysosomer eller speciella sekretoriska vesiklar. (För vidare diskussion, se nedan inre membran.)