Quelltext der Seite Endoplasmatisches Retikulum

{{Diagramm Organellen}}[[Datei:Nucleus ER golgi.svg|mini|280px|Schematische Darstellung von [[Zellkern]], ER und [[Golgi-Apparat]]: (1) [[Kernmembran]]; (2) [[Kernpore]]; (3) Raues ER; (4) Glattes ER; (5) [[Ribosom]] auf dem rauen ER; (6) Proteine, die transportiert werden; (7) Transport-[[Vesikel (Biologie)|Vesikel]]; (8) Golgi-Apparat; (9) ''cis''-Seite des Golgi-Apparates; (10) ''trans''-Seite des Golgi-Apparates; (11) ''Zisternen'' des Golgi-Apparates.]]
{{Infobox GO-Terminus
| Typ = C
| GO = 0005783
| Eltern = [[Organell]]
| Kinder = ER-Membran<br />ER-Lumen<br />[[Ribosom]]en<br />[[Proteinkomplex]]e
}}
Das '''endoplasmatische Retikulum''' ('''ER''', ''endoplasmatisch'' „im [[Cytoplasma]]“, ''lat. reticulum'' „Wurfnetz“) ist ein verzweigtes Kanalsystem flächiger Hohlräume, das von [[Zellmembran|Membranen]] umschlossen ist. Man findet das endoplasmatische Retikulum mit Ausnahme von ausgereiften [[Erythrozyten]] in allen [[Eukaryoten|eukaryotischen]] Zellen; je nach Zelltyp ist es unterschiedlich stark entwickelt.

== Aufbau  ==
Das endoplasmatische Retikulum besteht aus einem weit verzweigten [[Zellmembran|Membrannetzwerk]] aus Röhren, Bläschen und Zisternen (sackähnlichen Strukturen), die von der ER-Membran umgeben werden. Die ER-Membran schließt das Innere des endoplasmatischen Retikulums, das ER-[[Lumen (Biologie)|Lumen]], vom [[Cytosol|Zytosol]] ab. Das Membranlabyrinth des endoplasmatischen Retikulums macht über die Hälfte der gesamten Membranmenge in einer [[Eukaryoten]]zelle aus.

Die ER-Membran geht direkt in die [[Kernhülle]] des Zellkerns über, das heißt, Kernhülle und ER stellen ein morphologisches Kontinuum dar. Das ER-[[Lumen (Biologie)|Lumen]] steht mit dem Membranzwischenraum der Kernhülle, dem ''perinukleären Raum'', in Verbindung.

Teile des endoplasmatischen Retikulums, ''raues ER'' genannt, sind auf ihren Membranflächen mit [[Ribosom]]en besetzt; andere Bereiche sind glatt und ribosomenfrei und heißen daher ''glattes ER''. Raues und glattes ER unterscheiden sich in ihrer Funktion.

Die Struktur des endoplasmatischen Retikulums ist dynamisch und einer stetigen Reorganisation unterworfen. Dazu gehören die Verlängerung oder auch Retraktion von Membrantubuli, ihre Verzweigung, Verschmelzung oder Aufspaltung. Diese [[Motilität]] des ER ist abhängig vom [[Cytoskelett]]. In Pflanzenzellen und Hefe spielt vor allem [[Aktin|F-Aktin]] dabei eine wichtige Rolle. In tierischen Zellen dagegen erfolgt der Auf- und Umbau des ER unter dem dominierenden Einfluss der [[Mikrotubuli]]. Es wurde gezeigt, dass ein Vertreter der Aktin-assoziierten [[Motorprotein]]e der Myosinfamilie ''Myosin V'' bei der Zellteilung für die Weitergabe des peripheren ER an die Tochterzellen verantwortlich ist.

== Aufgaben und Typen ==
Am und im ER finden [[Translation (Biologie)|Translation]], [[Proteinfaltung]], [[Proteinqualitätskontrolle]], [[posttranslationale Modifikation]]en von [[Protein]]en und Proteintransport von [[Transmembranprotein]]en und sekretorischen Proteinen (siehe [[Exozytose]]) statt. Außerdem ist das ER der Ort, an dem (z.&nbsp;B. nach der [[Mitose]]) neue Kernmembranen gebildet und abgeschnürt werden. Auch dient das ER als intrazellulärer [[Calcium]]-Speicher, womit ihm eine Schlüsselrolle in der [[Signaltransduktion]] zukommt. In Muskelzellen (dort nennt man das ER [[Sarkoplasmatisches Retikulum]], kurz SR) ist die Freisetzung von Calcium der Mediator einer Kontraktion. Die Aufgaben von rauem und glattem ER sowie SR sind unterschiedlich.

=== {{Anker|sER}}Glattes ER (agranuläres ER) ===
Das glatte ER ({{enS|smooth endoplasmic reticulum}}, sER) spielt eine wichtige Rolle bei mehreren Stoffwechselprozessen (= [[Stoffwechsel|metabolischen]] Prozessen). [[Enzyme]] des glatten ERs sind für die Synthese verschiedener [[Lipide]] (vor allem [[Phospholipide]], [[Fettsäuren]] und [[Steroide]]) von Bedeutung. Weiterhin spielt das glatte ER eine wichtige Rolle beim Kohlenhydratstoffwechsel, der [[Biotransformation|Entgiftung]] der Zelle und der Speicherung von Calcium. Dementsprechend ist das in [[Parenchym]]zellen der [[Niere]] und der [[Leber]] aufgefundene ER vorwiegend glattes ER.

==== Hormonsynthese ====
Zu den im glatten ER gebildeten Steroiden gehören [[Steroidhormon]]e, wie etwa diejenigen der [[Nebenniere]]nrinde oder die [[Sexualhormone|Geschlechtshormone]] der Wirbeltiere. So enthalten in [[Hoden]] und [[Eierstock|Eierstöcken]] diejenigen Zellen, die für die Hormonproduktion zuständig sind, besonders viel glattes ER.

==== Kohlenhydratspeicherung ====
In den Parenchymzellen der Leber (= [[Hepatozyten]]) wird [[Glucose]] als ein [[Polymer]] namens [[Glykogen]] gespeichert. Die Freisetzung von Einzelmolekülen (= [[Monomer]]en) aus Glykogen heißt [[Glykogenolyse]]. Die Glykogenolyse in Leberzellen ist ein wichtiger Vorgang zur Steuerung der Glucosekonzentration im Blut (= des [[Blutzucker]]spiegels). Im Wege der Glykogenolyse entsteht aber nicht Glucose selbst, sondern [[Glucose-6-phosphat]]. Das Enzym [[Glucose-6-Phosphatase]] auf der Membran des glatten ERs spaltet die Phosphatgruppe des Glucose-6-phosphats ab; (erst) die dadurch entstehende Glucose kann die Leberzelle verlassen und so den Blutzuckerspiegel erhöhen.

==== Entgiftung ====
Das glatte ER der Hepatozyten enthält auch membrangebundene Enzyme, die an der [[Biotransformation]] körperfremder Stoffe (z.&nbsp;B. Medikamente) beteiligt sind. Diese Enzyme (sog. '''CYP'''s) gehören der [[Cytochrom P450|'''Cy'''tochrom-'''P'''450-Klasse]] an und werden auch in einigen anderen Geweben außerhalb der Leber [[Genexpression|exprimiert]]. In der Leber haben CYPs eine Entgiftungsfunktion; sie können eine Vielzahl körperfremder Stoffe als [[Substrat (Biochemie)|Substrate]] erkennen. CYPs [[Oxidation|oxidieren]] meist ihre Substrate und fügen dadurch [[Polarität (Chemie)|polare Gruppen]] in sie ein. Die entstehenden Stoffe sind besser wasserlöslich als die körperfremden Ausgangsstoffe und können daher von den Nieren besser ausgeschieden werden (= sind nierengängig).

==== Calcium-Speicher ====
Im Lumen des ER erreicht die Calcium<sup>2+</sup>-Konzentration [[Mol|millimolare]] Werte (ca. 10<sup>−3</sup>&nbsp;M). Im [[Cytosol]] beträgt die Konzentration freier Calcium-Ionen in Ruhe dagegen nur etwa 100–150&nbsp;[[Vorsätze für Maßeinheiten|n]]<nowiki>M</nowiki> (also etwa 10<sup>−7</sup>&nbsp;M). Damit besteht über die Membran des ER ein [[Konzentrationsgefälle|Konzentrationsgradient]] von vier Größenordnungen. Sowohl die Aufnahme von Calcium in das ER als auch die Freisetzung von Calcium-Ionen aus dem ER unterliegt unter physiologischen Bedingungen einer feinen Regulation, die für die Aufrechterhaltung der [[Calcium-Homöostase]] außerordentlich wichtig ist.

Da Calcium-Ionen im Cytosol ein wichtiger „[[second messenger]]“ sind, spielt die regulierte Freisetzung von Calcium aus dem ER eine Schlüsselrolle für die intrazelluläre Signalgebung. Die Wirkungen einer durch Freisetzung aus dem ER erfolgten Erhöhung der intrazellulären Calciumkonzentration sind vielfältig:
* [[Enzym]]e werden aktiviert oder gehemmt,
* die [[Genexpression]] wird reguliert,
* in Neuronen wird die [[synaptische Plastizität]] beeinflusst,
* in der [[Muskel|Muskulatur]] [[Muskelkontraktion|kontrahieren]] die Muskelfasern (Calcium-Ionen werden aus dem ER freigesetzt, das in Muskelzellen als [[sarkoplasmatisches Retikulum]] (SR) bezeichnet wird),
* Zellen des [[Immunsystem]]s setzen [[Antikörper]] frei usw.

Calcium-Ionen verlassen das ER durch zwei Arten von [[Calciumkanal|Calciumkanälen]]: die [[IP3-Rezeptor|IP<sub>3</sub>-Rezeptoren]] und die [[Ryanodin-Rezeptor]]en. Die Abkürzung IP<sub>3</sub> steht für [[Inositoltrisphosphat]], welches ebenfalls ein ''second messenger'' ist. IP<sub>3</sub> entsteht als Spaltprodukt des [[Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat]]s unter Vermittlung der [[Phospholipase C]], die ihrerseits durch bestimmte [[G-Protein]]e (Gq) aktiviert wird. Das geschieht, wenn ein mit diesem G-Protein gekoppelter [[metabotrop]]er Rezeptor in der [[Plasmamembran]] angeregt wird. – Das so erzeugte IP<sub>3</sub> bindet an seinen spezifischen Rezeptor in der Membran des ER, woraufhin sich die Calcium-Konzentration im [[Cytosol|Zytoplasma]] durch den Ausstrom aus dem ER durch die Kanäle der IP<sub>3</sub>-Rezeptoren erhöht. Als Teil dieser Signalkette (metabotroper Rezeptor – G-Protein – Phospholipase C – IP<sub>3</sub> – IP<sub>3</sub>-Rezeptor – Calcium-Freisetzung) kann Calcium auch als tertiärer Bote angesehen werden.

Die Ryanodin-Rezeptoren sind Calcium-sensitive [[Calciumkanal|Calciumkanäle]]. Sie sind also einerseits permeabel für Calcium und werden andererseits durch Calcium-Ionen aktiviert. Das geschieht, wenn im Zytoplasma die Calciumkonzentration ansteigt. Calcium-Ionen binden an die Ryanodin-Rezeptoren, diese öffnen sich, und Calcium-Ionen strömen durch sie aus dem ER in das Cytosol. Diesen Prozess nennt man ''Calcium-induzierte Calciumfreisetzung'' ([[Englische Sprache|engl.]] ''CICR – calcium-induced calcium release''). Am bekanntesten ist die Rolle von CICR bei der Kontraktion der [[Herzmuskel]]zellen.

In der Membran des ER befinden sich [[ATPasen|Calcium-ATPasen]] vom [[ATPasen|SERCA]]-Typ. ''SERCA'' steht für ''sarkoendoplasmatisches-Retikulum-ATPase''. Diese Proteine transportieren Calcium-Ionen aus dem Zytoplasma in das ER zurück. Da hierbei der oben erwähnte steile Konzentrationsgradient überwunden werden muss, kann dieser [[Membrantransport|Transportvorgang]] nur unter ATP-Verbrauch stattfinden. Dieser Transportvorgang gehört somit zu den ''primär aktiven'' Transportvorgängen.

Auch die Phospholipide werden durch das glatte ER hergestellt, indem Enzyme der ER-Membran sie aus Vorläufermolekülen, die sich im Zytosol und in der ER-Membran befinden, zusammensetzen.

==== Sarkoplasmatisches Retikulum (Glattes Retikulum, SR) ====
Das glatte ER in [[Muskel]]zellen wird als sarkoplasmatisches Retikulum bezeichnet (SR, Sarko- (von altgriechisch σάρκωμα sárkoma, zu σάρξ sárx, „Fleisch“, „Weichteile“), Plasma (von altgriechisch πλάσμα ''plásma'', deutsch ‚das Gebildete, Geformte‘) und latein. reticulum = kleines Netz). Das SR ist ein spezialisiertes ER der Muskelzellen. Es speichert Calciumionen. Diese werden beim Eintreffen eines elektrischen Impulses ([[Aktionspotential]]) in das [[Sarkoplasma]] (Cytoplasma der Muskelzellen) ausgeschüttet, diffundieren zwischen die Aktin- und Myosinfilamente der [[Muskelfibrille]]n und lösen das Ineinandergleiten der Filamente aus. Dadurch kommt es zur Kontraktion der Muskelfaser. Treffen keine weiteren Erregungen mehr an der Muskelfaser ein, werden die Calciumionen aktiv in das SR zurückgepumpt. Dadurch wird eine erneute Kontraktion verhindert. Das sarkoplasmatische Retikulum dient so der Regulation der [[Muskelkontraktion]]. Das Sarkoplasmatische Retikulum ist zudem Teil des longitudinal tubulären Systems.

=== {{Anker|rER}}Raues ER (granuläres ER) ===
[[Datei:ProteinTranscription+Synthesis.svg|mini|300px|Raues ER und der Zusammenhang der unterschiedlichen RNA-Typen mit der RNA]]Das raue ER (rER), auch ''granuläres ER'' oder '''Ergastoplasma''' genannt, hat zwei Funktionen: die [[Proteinbiosynthese]] und die Membranproduktion. Seinen Namen hat es von den Ribosomen, die auf seinen Membranoberflächen sitzen. Es findet sich vorwiegend in den Zellen [[Exokrine Drüse|exokriner Drüsen]] und der [[Leber]] sowie in [[Nervenzelle|Nerven-]] (''[[Nissl-Schollen]]'') und [[Embryo]]nalzellen. Das raue ER lässt sich mit basischen Farbstoffen wie [[Hämatoxylin]], [[Kresylviolett]] oder [[Toluidinblau]] sichtbar machen (''[[Nissl-Färbung]]'').<ref>Wissenschaft-Online-Lexika: ''Eintrag zu Ergastoplasma im Lexikon der Biologie,'' abgerufen am 26. November 2011.</ref><ref>{{Webarchiv |url=http://www.tk.de/rochelexikon/ro10000/r10361.000.html |text=''Ergastoplasma'' |wayback=20141201230200}} im Roche-Medizinlexikon, 5. Auflage.</ref>

==== Proteinbiosynthese ====
Proteine werden häufig von spezialisierten Zellen ausgeschieden ([[Sekretion]]). Diese Proteine werden von den [[Ribosom]]en produziert, die dem rauen ER anhaften. Eines dieser Proteine ist zum Beispiel das [[Insulin]] aus Zellen der [[Bauchspeicheldrüse]].[[Datei:Clara cell lung - TEM.jpg|mini|299x299px|Elektronenmikroskopisches Bild des rauen ERs]]
Alle in membranengebundenen [[Ribosom]]en entstehenden Polypeptidketten werden zunächst in das Lumen des ER geschleust. Dies geschieht durch porenbildende Proteine ([[Cotranslationaler Proteintransport|Kotranslation]]). Auch im Zytosol synthetisierte Proteine werden in das Lumen des ER befördert ([[Posttranslationaler Proteintransport|Posttranslation]]). Im Lumen des ER werden die Polypeptidketten zurechtgeschnitten und gefaltet.

Die linearen Aminosäureketten werden nach der Translokation in das ER gefaltet, erhalten also ihre dreidimensionale Struktur. Dieser Prozess wird von anderen Proteinen im ER unterstützt ([[Chaperon (Protein)|Chaperone]]) und kontrolliert. Fehlgefaltete Proteine werden umgehend retranslokiert, das heißt zurück ins Zytosol transportiert und dort durch das [[Proteasom]] degradiert. Das [[Cholera]]-Bakterium nutzt diesen Mechanismus, um sein [[Toxin]] über diesen Prozess in das Zytosol zu bringen, wo es aber der Degradation durch das Proteasom entkommt und seine toxische Wirkung entfalten kann.

Die meisten Sekretionsproteine sind [[Glykoproteine|Glycoproteine]], welche kovalent gebundene Kohlenhydrate tragen. Diese Kohlenhydrate, es handelt sich um [[Oligosaccharid]]e, werden im Lumen des ER durch die Enzyme des ER angeheftet. Die fertigen sekretorischen Proteine verbleiben im Lumen des ER und werden somit von Proteinen im Zytosol, welche von freien Ribosomen erstellt wurden, ferngehalten. Die sekretorischen Proteine werden in Form kleiner Membranbläschen abgeschnürt und verlassen so das Lumen des ER als [[Vesikel (Biologie)|Transportvesikel]] in Richtung [[Golgi-Apparat]].

1999 erhielt [[Günter Blobel]] den [[Nobelpreis für Physiologie oder Medizin]] für seine 1975 gemachte Entdeckung, dass Proteine durch endogene Protein-Signale ([[Signalsequenz]]en) vom ER aus in verschiedene [[Zellkompartiment]]e zielgerichtet weitergeleitet werden.
Als ''Signalsequenz'' in diesem Sinne wird eine bestimmte N-terminale Peptidsequenz bezeichnet, die nach dem [[Transport (Biologie)|Transport]] durch die Membran des ER durch die [[Signalpeptidase]] abgespalten wird. Proteine, die für Ziele außerhalb des ERs bestimmt sind, werden anschließend in Transportvesikel verpackt und entlang des [[Cytoskelett|Zytoskeletts]] zu ihrem Bestimmungsort weitergeleitet.

==== Membranproduktion ====
Das raue ER lässt seine eigene Membran wachsen und dirigiert Membranbestandteile über [[Vesikel (Biologie)|Transportvesikeln]] zu anderen Teilen des [[Endomembransystem|inneren Membransystems]], also dem Golgi-Apparat, Endosomen, Lysosomen und auch der Plasmamembran.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Urry, Cain, Wasserman, Minorsky, Reece |Titel=Campbell Biologie |Hrsg=Pearson Education Inc. |Auflage=11. überarbeitete |Verlag=Pearson Deutschland GmbH |Datum=2019 |ISBN=978-3-86894-366-5 |Seiten=144}}</ref>

'''Transitorische Funktion'''
Von einigen Abschnitten des rauen Endoplasmatischen Retikulums knospen sich [[Vesikel (Biologie)|Vesikel]] ab, die dann mit der cis-Seite des [[Golgi-Apparat]]s fusionieren und so Proteine zur weiteren Bearbeitung (z.&nbsp;B. Anfügen von Zuckerseitenketten) überbringen. Dies ist ein Teil des so genannten „Sekretorischen Weges“, da ihn vor allem Proteine betreffen, die später von der Zelle durch [[Exozytose|Exocytose]] in den [[Extrazellularraum|Extrazellulären Raum]] ausgeschieden werden.<ref name=":0" />

== Literatur ==
* Bruce Alberts u. a.: ''Molecular Biology of the Cell.'' 4. Auflage. Garland Science, New York 2002, ISBN 0-8153-4072-9.
* Neil A. Campbell u. a.: ''Biologie.'' 1. Aufl., 1. korrigierter Nachdr. Spektrum, Heidelberg 1997, ISBN 3-8274-0032-5.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Endoplasmic reticulum|Endoplasmatisches Retikulum}}
* [http://www1.biologie.uni-hamburg.de/b-online/er/movie2.htm Endoplasmic Reticulum] (Animation über die Strukturveränderung des ER)
* [http://www.uni-mainz.de/FB/Medizin/Anatomie/workshop/EM/EMRER.html Raues ER: elektronenmikroskopische Bilder (Dr. Jastrows EM-Atlas)]
* [http://www.uni-mainz.de/FB/Medizin/Anatomie/workshop/EM/EMSER.html Glattes ER: elektronenmikroskopische Bilder (Dr. Jastrows EM-Atlas)]

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Zellorganell]]