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Ein endoplasmatisches Retikulum ist ein verzweigtes Gangsystem, welches sich in eukaryotischen Zellen befindet und für diese lebenswichtige Aufgaben übernimmt. Welche das sind und wie das endoplasmatische Retikulum aufgebaut ist, erklärt dieser Artikel.
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Endoplasmatisches Retikulum – Definition
Unter dem endoplasmatischen Retikulum versteht man ein Zellorganell, das eine schlauch- und labyrinthartige Form aufweist. Es liegt im Zytoplasma einer eukaryotischen Zelle und erfüllt für diese vor allem Speicher- und Syntheseaufgaben.
Endoplasmatisches Retikulum – Aufbau
Es ist von einer Membran umgeben, die das Lumen umgibt und es vom Zytosol trennt. Beim endoplasmatischen Retikulum unterscheidet man aufgrund von struktureller Unterschiede die folgenden zwei Teile:
- raues endoplasmatisches Retikulum: Es ist mit Ribosomen ausgestattet und dient daher vor allem der Proteinsynthese und Proteinfaltung.
- glattes endoplasmatisches Retikulum: Hier läuft die Fettsäuresynthese, die Membranlipidsynthese und die Steroidsynthese ab.
Je nach Art der Zelle, um die es sich handelt, kann der Anteil von rauem und glattem endoplasmatischen Retikulum stark variieren.
Endoplasmatisches Retikulum – Funktionen
Insgesamt betrachtet hat das endoplasmatische Retikulum vor allem Synthese- und Speicheraufgaben. Das raue und glatte endoplasmatische Retikulum haben sich dabei aufgrund ihrer strukturellen Unterschiede auf jeweils bestimmte Aufgaben spezialisiert.
Aufgaben des rauen endoplasmatischen Retikulums
Das raue endoplasmatische Retikulum kommt fast in allen menschlichen Zellen vor und steht mit der Membran des Zellkerns in direkter Verbindung. Es ist mit Ribosomen ausgestattet, die sich allerdings nach Bedarf anlagern und nicht dauerhaft an der Membran bleiben. Die Hauptfunktionen des rauen endoplasmatischen Retikulums bestehen in der Proteinbiosynthese, Proteinfaltung und Membranproduktion.
Es stellt vor allem folgende Proteine her:
- Luminale Proteine und integrale Membranproteine für andere Zellorganellen (wie zum Beispiel für den Golgi-Apparat)
- Proteine, die für die Sekretion aus der Zelle bestimmt sind. Diese werden nach der Synthese im N-terminalen Bereich mit einer Signalsequenz versehen. Anhand dieser Signalsequenz kann über bestimmte Signalerkennungspartikel und weitere Prozesse erkannt werden, dass die Proteine für die Sekretion bestimmt sind. Anschließend werden sie dann über Vesikel auf andere Zellorganellen verteilt.
- Lysosomale Enzyme
Des Weiteren wird die Faltung der produzierten Proteine von sogenannten Chaperonen im Lumen übernommen. Bei diesen handelt es sich ebenfalls um Proteine, die sich auf die Faltung von anderen, komplexen Proteinen spezialisiert haben. Zudem werden die Proteine im Lumen modifiziert, in dem beispielsweise ein Zuckerrest angefügt wird.
Aufgaben des glatten endoplasmatischen Retikulums
Das glatte endoplasmatische Retikulum zeichnet sich strukturell gesehen dadurch aus, dass es keine Ribosomen besitzt. Aufgrund dieses strukturellen Unterschieds übernimmt es andere Aufgaben als das raue endoplasmatische Retikulum. Dazu gehören folgende Funktionen:
- Entgiftung zellfremder Stoffe
- Synthese und Einbau von Membranphospholipiden
- Synthese von Glykogen
- Metabolisierung von körpereigenen Stoffwechselprodukten
- Modifizierung von zellulären Produkten
Eine weitere wichtige Funktion des glatten endoplasmatischen Retikulums ist die Speicherung von Calcium-Ionen. In dessen Membran befinden sich bestimmte Ionenkanäle, die die Konzentration von Calcium im Inneren des Zellorganells um ein Vielfaches (im Vergleich zu der Konzentration außerhalb der Membran) steigern können. Dieser Calcium-Transport wird jedoch strikt reguliert, da Calcium als sogenannter “second messenger” in der Zelle eine wichtige Rolle spielt. Dies bedeutet, dass eine Änderung in der Calcium-Konzentration eine direkte Auswirkung auf intrazelluläre Signalwege hat. Somit kann eine veränderte Calcium-Konzentration zum Beispiel dazu führen, dass Enzyme aktiviert beziehungsweise gehemmt werden oder dass es zu der Expression von bestimmten Genen kommt.
Gluconeogenese
Im glatten endoplasmatischen Retikulum findet außerdem die Umwandlung von Glucose-6-Phosphat zu Glucose statt. Die Reaktion wird durch das Enzym Glucose-6-Phosphatase katalysiert. Diesen Prozess, der das Gegenteil von der Glykolyse ist, nennt man Gluconeogenese. Er findet vor allem in der Leber, dem Darm und den Nieren statt.
Endoplasmatisches Retikulum – Sarkoplasmatisches Retikulum
Das sarkoplasmatische Retikulum ist ein spezialisiertes endoplasmatisches Retikulum, das in den Muskelzellen der glatten und quergestreiften Muskulatur lokalisiert ist. Es dient der Speicherung von Calcium-Ionen und mobilisiert diese, wenn ein Aktionspotenzial in der Muskelzelle eintrifft. Anschließend diffundieren die Calcium-Ionen zwischen den Aktin- und Myosinfilamenten der Muskelfibrillen und lösen als “second messenger” ein Ineinandergleiten der Filamente aus. Dies führt zu der Kontraktion der Muskelfaser. Wenn das Aktionspotenzial wieder nachlässt, werden die Calcium-Ionen aktiv in das sarkoplasmatische Retikulum zurück gepumpt. Dazu sind bestimmte Calcium-Pumpen notwendig, die von ATP abhängig sind und sich in der Membran befinden.
- Lüllmann-Rauch, Renate: Taschenlehrbuch Histologie, Thieme (Stuttgart: 6. Auflage, 2019)
- Aumüller, Gerhard et al.: Duale Reihe Anatomie, Thieme (Stuttgart: 5. Auflage, 2020)
