細胞生物学

小胞体

小胞体（ER）は、細胞質全体に広がる膜状の水槽（扁平な嚢）のシステムです。多くの場合、それは細胞内の膜全体の半分以上を占めます。この構造は19世紀後半に初めて注目されました。染色された細胞の研究により、ある種の広範な細胞質構造の存在が示され、その後、胃質と呼ばれました。電子顕微鏡は、現在の名前が付けられた1940年代に、このオルガネラの形態の研究を可能にしました。

小胞体は、機能的に異なる2つの形態、平滑な小胞体（SER）と粗い小胞体（RER）に分類できます。2つの間の形態学的な違いは、RERの外面に付着したリボソームと呼ばれるタンパク質合成粒子の存在です。

滑らかな小胞体

細い管状の膜小胞の網目構造であるSERの機能は、細胞によってかなり異なります。重要な役割の1つは、血漿と内膜の主要成分であるリン脂質とコレステロールの合成です。リン脂質は、脂肪酸、グリセロールリン酸、およびその他の水溶性の小さな分子から、酵素がER膜に結合し、その活性部位が細胞質ゾルに面していることで形成されます。一部のリン脂質はER膜に残り、膜内の特定の酵素によって触媒され、形成された二重層の細胞質側から、細胞外または内側に「反転」できます。このプロセスにより、ER膜の対称的な成長が保証されます。他のリン脂質は、細胞質を介して、特別なリン脂質輸送タンパク質によって細胞膜やミトコンドリアなどの他の膜構造に移動します。

肝細胞では、SERは代謝プロセスによって生成される多種多様な化合物の解毒に特化しています。肝臓SERには、発がん物質やその他の有機分子の分解を触媒するチトクロームP450と呼ばれるいくつかの酵素が含まれています。副腎と生殖腺の細胞では、コレステロールはステロイドホルモンへの変換の1つの段階でSERで変更されます。最後に、筋小胞体として知られている筋細胞のSERは、細胞質からカルシウムイオンを隔離します。筋肉が神経刺激によって引き起こされると、カルシウムイオンが放出され、筋肉の収縮を引き起こします。

大まかな小胞体

RERは通常、一連の接続された平坦な袋です。タンパク質と糖タンパク質の合成と輸出で中心的な役割を果たし、これらの機能に特化した分泌細胞で最もよく研​​究されています。人体の多くの分泌細胞には、アルブミンなどの血清タンパク質を分泌する肝細胞、インスリンなどのペプチドホルモンを分泌する内分泌細胞、消化酵素を分泌する唾液腺と膵腺房細胞、乳タンパク質を分泌する乳腺細胞、コラーゲンとプロテオグリカン。

リボソームは、アミノ酸からタンパク質を合成する粒子です。それらは、4つのRNA分子と、大小のサブユニットに組み立てられた40〜80のタンパク質で構成されています。リボソームは、細胞の細胞質内で遊離している（つまり、膜に結合していない）か、RERに結合しています。リソソーム酵素、ER、ゴルジ体、および細胞膜に宛てられたタンパク質、および細胞から分泌されるタンパク質は、膜結合リボソームで合成されたものの中にあります。遊離リボソーム上に作製されるのは、サイトゾルに残っているタンパク質と外膜の内面に結合したタンパク質、ならびに核、ミトコンドリア、葉緑体、ペルオキシソーム、および他の細胞小器官に組み込まれるタンパク質です。タンパク質の特別な機能は、細胞内外の特定の目的地への輸送のためにそれらを標識します。1971年、ドイツ生まれの細胞および分子生物学者であるギュンターブロベルとアルゼンチン生まれの細胞生物学者であるデビッドサバティーニは、タンパク質のアミノ末端部分（分子の最初の部分）が「シグナル配列」として機能する可能性があることを示唆しました。彼らは、そのようなシグナル配列が成長しているタンパク質のER膜への付着を促進し、タンパク質を膜内へ、または膜を通ってER内腔（内部）へと導くと提案した。

信号仮説は、多数の実験的証拠によって裏付けられています。メッセンジャーRNA分子にエンコードされた特定のタンパク質の設計図の翻訳は、フリーのリボソームから始まります。アミノ末端にシグナル配列をもつ成長するタンパク質がリボソームから出現すると、その配列は6つのタンパク質とシグナル認識粒子（SRP）として知られる1つのRNA分子の複合体に結合します。SRPはリボソームにも結合して、タンパク質のさらなる形成を停止します。ERの膜には、SRPリボソーム複合体をRER膜に結合する受容体部位が含まれています。結合すると、翻訳が再開し、SRPが複合体とシグナルシーケンスから解離し、残りのタンパク質がトランスロコンと呼ばれるチャネルを介してER内腔に膜を通過します。その時点で、タンパク質はサイトゾルから永久に分離されます。ほとんどの場合、シグナル配列は、ER膜の内腔表面に出現するときに、シグナルペプチダーゼと呼ばれる酵素によってタンパク質から切断されます。さらに、グリコシル化として知られるプロセスでは、オリゴ糖（複合糖）鎖がタンパク質に付​​加されて糖タンパク質を形成することがよくあります。ER内腔内で、タンパク質はその特徴的な3次元構造に折りたたまれます。

管腔内では、細胞から分泌されるタンパク質は、リボソームがほとんどない領域であるERの移行部分に拡散します。そこで、分子は小さな膜に結合した輸送小胞にパッケージされ、小胞はER膜から分離し、細胞質を通って標的膜、通常はゴルジ複合体に移動します。そこで輸送小胞膜はゴルジ体膜と融合し、小胞の内容物はゴルジ体の内腔に送達されます。これは、小胞の出芽と融合のすべてのプロセスと同様に、膜の側面を保持します。つまり、膜の細胞質表面は常に外側を向き、管腔の内容物は常に細胞質から隔離されます。

RERで作成された特定の非分泌タンパク質は、細胞の膜系の一部のままです。これらの膜タンパク質は、シグナル配列に加えて、脂溶性アミノ酸で構成される1つ以上のアンカー領域を持っています。アミノ酸は、タンパク質をER膜のリン脂質二重層に固定することにより、タンパク質がER内腔に完全に通過するのを防ぎます。