جهاز جولجي: الوظيفة والبنية (مع القياس والرسم التخطيطي)

قام معظم الأشخاص ببناء نموذج خلية لمعرض العلوم أو مشروع علمي في الفصل الدراسي ، وعدد قليل منهم خلية حقيقية النواة المكونات مثيرة للاهتمام للنظر إليها أو البناء مثل جهاز جولجي.

وخلافا للعديد العضيات، التي تميل إلى أن تكون أكثر اتساقًا وأحيانًا أشكال دائرية ، فإن جهاز جولجي - يسمى أيضًا مجمع جولجي أو جسم جولجي أو حتى جولجي فقط - عبارة عن سلسلة من الأقراص المسطحة أو الأكياس المكدسة معًا.

بالنسبة للمراقب العادي ، يبدو جهاز جولجي وكأنه منظر من فوق متاهة أو ربما قطعة حلوى على شكل شريط.

يساعد هذا الهيكل المثير للاهتمام جهاز Golgi في أداء دوره كجزء من جهاز الغشاء الداخلي، والتي تضم جسم Golgi وعدد قليل من العضيات الأخرى ، بما في ذلك الجسيمات المحللة و الشبكة الأندوبلازمية.

تتحد هذه العضيات معًا لتغيير محتويات الخلايا المهمة وتعبئتها ونقلها ، مثل الدهون والبروتينات.

تشبيه جهاز جولجي: يُشار أحيانًا إلى جهاز جولجي باسم مصنع التعبئة أو مكتب بريد الخلية لأنه يستقبل الجزيئات ويُجري التغييرات ثم يقومون بفرز تلك الجزيئات وعناوينها لنقلها إلى مناطق أخرى من الخلية ، تمامًا كما يفعل مكتب البريد مع الرسائل والحزم.

يعد هيكل جهاز جولجي أمرًا حاسمًا لوظيفته.

يُطلق على كل كيس من الأكياس المسطحة من الغشاء التي تتراكم معًا لتشكيل العضية إنتفاخات. في معظم الكائنات الحية ، هناك أربعة إلى ثمانية من هذه الأقراص ، ولكن يمكن أن تحتوي بعض الكائنات الحية على ما يصل إلى 60 صهريجًا في جسم جولجي واحد. المسافات بين كل كيس لا تقل أهمية عن الحقائب نفسها.

هذه المساحات هي جهاز جولجي التجويف.

يقسم العلماء جسم جولجي إلى ثلاثة أجزاء: الصهاريج القريبة من الشبكة الإندوبلازمية ، وهي رابطة الدول المستقلة حجرة؛ بعيدًا عن الشبكة الإندوبلازمية ، وهي الصهريج عبر حجرة؛ والصهريج الأوسط ، يسمى وسطي حجرة.

تعتبر هذه الملصقات مهمة لفهم كيفية عمل جهاز جولجي لأن الجوانب الخارجية أو الشبكات لجسم جولجي تؤدي وظائف مختلفة جدًا.

إذا كنت تفكر في جهاز جولجي على أنه محطة تعبئة للخلية ، فيمكنك تصور جانب رابطة الدول المستقلة ، أو وجه رابطة الدول المستقلة ، على أنه رصيف استقبال جولجي. هنا ، يأخذ جهاز جولجي البضائع المرسلة من الشبكة الإندوبلازمية عبر ناقلات خاصة تسمى الحويصلات.

الجانب الآخر ، المسمى بالوجه العابر ، هو رصيف الشحن لجسم جولجي.

بعد الفرز والتعبئة ، يقوم جهاز جولجي بإطلاق البروتينات و الدهون من الوجه العابر.

تقوم العضية بتحميل البروتين أو الدهون ناقلات الحويصلات، التي تبرعم من جولجي ، متجهة إلى أماكن أخرى في الزنزانة. على سبيل المثال ، قد تذهب بعض البضائع إلى الجسيمات الحالة لإعادة التدوير والتحلل.

قد تنتهي البضائع الأخرى خارج الخلية بعد شحنها إلى غشاء البلازما في الخلية.

الخلايا الهيكل الخلويوهي عبارة عن مصفوفة من البروتينات الهيكلية التي تعطي الخلية شكلها وتساعد في تنظيم محتوياتها ، وتثبت جسم جولجي في مكانه بالقرب من الشبكة والخلية الإندوبلازمية نواة.

نظرًا لأن هذه العضيات تعمل معًا لبناء جزيئات حيوية مهمة ، مثل البروتينات والدهون ، فمن المنطقي بالنسبة لها إنشاء متجر على مقربة من بعضها البعض.

تسمى بعض البروتينات الموجودة في الهيكل الخلوي أنابيب مجهرية، تتصرف مثل خطوط السكك الحديدية بين هذه العضيات وكذلك المواقع الأخرى داخل الخلية. هذا يجعل من السهل على حويصلات النقل نقل البضائع بين العضيات وإلى وجهاتها النهائية في الخلية.

ما يحدث في جولجي بين استلام الشحنة على وجه رابطة الدول المستقلة وشحنها مرة أخرى على الوجه العابر هو بعض الأعمال الرئيسية لجهاز جولجي. القوة الدافعة وراء هذه الوظيفة مدفوعة أيضًا بالبروتينات.

تحتوي أكياس الصهاريج الموجودة في الأجزاء المختلفة لجسم جولجي على فئة خاصة من البروتينات تسمى الانزيمات. تمكن الإنزيمات المحددة في كل كيس من تعديل الدهون والبروتينات أثناء مرورها من وجه رابطة الدول المستقلة عبر الحيز الإنسي في طريقها إلى الوجه العابر.

تُحدث هذه التعديلات التي يتم إجراؤها بواسطة الإنزيمات المختلفة في أكياس الصهاريج فرقًا كبيرًا في نتائج الجزيئات الحيوية المعدلة. في بعض الأحيان ، تساعد التعديلات في جعل الجزيئات وظيفية وقادرة على القيام بوظائفها.

في أوقات أخرى ، تعمل التعديلات مثل الملصقات التي تُعلم مركز شحن جهاز جولجي بالوجهة النهائية للجزيئات الحيوية.

تؤثر هذه التعديلات على بنية البروتينات والدهون. على سبيل المثال ، قد تزيل الإنزيمات السلاسل الجانبية للسكر أو تضيف مجموعات السكر أو الأحماض الدهنية أو الفوسفات إلى البضائع.

•••علم

تحدد الإنزيمات المحددة الموجودة في كل صهريج التعديلات التي تحدث في تلك الأكياس الصهريجية. على سبيل المثال ، يؤدي تعديل واحد إلى شق مانوز السكر. يحدث هذا عادةً في المقصورات السابقة لرابطة الدول المستقلة أو الوسطية ، بناءً على الإنزيمات الموجودة هناك.

يضيف تعديل آخر سكر الجالاكتوز أو مجموعة الكبريتات إلى الجزيئات الحيوية. يحدث هذا بشكل عام بالقرب من نهاية رحلة الشحنة عبر جسم جولجي في المقصورة العابرة.

نظرًا لأن العديد من التعديلات تعمل مثل الملصقات ، يستخدم جهاز Golgi هذه المعلومات في الوجه المتحرك للتأكد من أن الدهون والبروتينات المعدلة حديثًا تنتهي في الوجهة الصحيحة. يمكنك تخيل هذا مثل حزم ختم مكتب البريد مع تسميات العناوين وتعليمات الشحن الأخرى لمعالجات البريد.

يقوم جسم جولجي بفرز الحمولة بناءً على تلك الملصقات وتحميل الدهون والبروتينات في الشكل المناسب ناقلات الحويصلات، جاهز للشحن.

العديد من التعديلات التي تحدث في خزانات جهاز جولجي هي تعديلات ما بعد الترجمة.

هذه هي التغييرات التي يتم إجراؤها على البروتينات بعد أن يكون البروتين قد تم بناؤه وطيه بالفعل. لفهم هذا ، سوف تحتاج إلى السفر للخلف في مخطط تخليق البروتين.

يوجد داخل نواة كل خلية DNA ، يعمل كمخطط لبناء الجزيئات الحيوية مثل البروتينات. المجموعة الكاملة من الحمض النووي، ودعا الجينات البشرية، يحتوي على كل من الحمض النووي غير المشفر والجينات المشفرة للبروتين. تعطي المعلومات الواردة في كل جين ترميز تعليمات لبناء سلاسل من الأحماض الأمينية.

في النهاية ، تنثني هذه السلاسل إلى بروتينات وظيفية.

ومع ذلك ، هذا لا يحدث على مقياس واحد لواحد. نظرًا لوجود بروتينات بشرية أكثر من جينات الترميز في الجينوم ، يجب أن يكون لكل جين القدرة على إنتاج بروتينات متعددة.

فكر في الأمر بهذه الطريقة: إذا قدر العلماء أن هناك حوالي 25000 إنسان الجينات وأكثر من مليون بروتين بشري ، وهذا يعني أن البشر يحتاجون إلى بروتينات أكثر من جيناتهم الفردية بأكثر من 40 مرة.

الحل لبناء الكثير من البروتينات من هذه المجموعة الصغيرة نسبيًا من الجينات هو التعديل اللاحق للترجمة.

هذه هي العملية التي تقوم بها الخلية بإجراء تعديلات كيميائية على البروتينات المشكلة حديثًا (والبروتينات الأقدم في أوقات أخرى) لتغيير ما يفعله البروتين ، وأين يتم توطينه وكيف يتفاعل مع الآخرين الجزيئات.

هناك بعض الأنواع الشائعة من التعديلات اللاحقة للترجمة. وتشمل هذه الفسفرة ، والجليكوزيل ، والمثيلة ، والأستلة ، والدهون.

• الفسفرة: يضيف مجموعة فوسفات إلى البروتين. يؤثر هذا التعديل عادةً على عمليات الخلية المتعلقة بنمو الخلايا وإشارات الخلية.

• الارتباط بالجليكوزيل: يحدث عندما تضيف الخلية مجموعة سكر إلى البروتين. هذا التعديل مهم بشكل خاص للبروتينات الموجهة لغشاء البلازما للخلية أو للبروتينات المفرزة ، والتي تنتهي خارج الخلية.

• مثيلة: يضيف مجموعة الميثيل إلى البروتين. هذا التعديل معروف منظم جيني. هذا يعني في الأساس أن المثيلة يمكنها تشغيل أو إيقاف تأثير الجين. على سبيل المثال ، الأشخاص الذين يعانون من صدمة واسعة النطاق ، مثل المجاعة ، ينقلون التغييرات الجينية لأطفالهم لمساعدتهم على النجاة من نقص الغذاء في المستقبل. واحدة من أكثر الطرق شيوعًا لتمرير هذه التغييرات من جيل إلى آخر هي من خلال مثيلة البروتين.

• أستلة: يضيف مجموعة الأسيتيل إلى البروتين. دور هذا التعديل ليس واضحًا تمامًا للباحثين. ومع ذلك ، فهم يعرفون أنه تعديل شائع لـ هيستون، وهي البروتينات التي تعمل كمكبات للحمض النووي.

• دهن: يضيف الدهون إلى البروتين. هذا يجعل البروتين أكثر مقاومة للماء ، أو كاره للماء ، ومفيد جدًا للبروتينات التي تشكل جزءًا من الأغشية.

يمكّن التعديل اللاحق للترجمة الخلية من بناء مجموعة متنوعة من البروتينات باستخدام عدد صغير نسبيًا من الجينات. تغير هذه التعديلات الطريقة التي تتصرف بها البروتينات وبالتالي تؤثر على وظيفة الخلية الكلية. على سبيل المثال ، قد تزيد أو تقلل من عمليات الخلية مثل نمو الخلايا وموت الخلايا وإشارات الخلية.

تؤثر بعض التعديلات اللاحقة للترجمة على وظائف الخلية المتعلقة بالأمراض البشرية ، لذا فهم كيف و قد يساعد سبب حدوث التعديلات العلماء على تطوير أدوية أو علاجات أخرى لهذه الصحة الظروف.

بمجرد وصول البروتينات والدهون المعدلة إلى الوجه المتحرك ، تصبح جاهزة للفرز والتحميل في حويصلات النقل التي ستنقلها إلى وجهاتها النهائية في الخلية. للقيام بذلك ، يعتمد جسم جولجي على تلك التعديلات التي تعمل كملصقات تخبر العضية بمكان إرسال الشحنة.

يقوم جهاز جولجي بتحميل البضائع التي تم فرزها في ناقلات الحويصلات ، والتي ستخرج من جسم جولجي وتنتقل إلى الوجهة النهائية لتسليم الشحنة.

أ حويصلة قد يبدو الأمر معقدًا ، ولكنه مجرد حبة سائل محاطة بغشاء يحمي الشحنة أثناء النقل الحويصلي. بالنسبة لجهاز جولجي ، هناك ثلاثة أنواع من حويصلات النقل: exocytotic حويصلات إفرازي الحويصلات و الليزوزومات حويصلات.

تبتلع كل من الحويصلات الخارجية والإفرازية الحمولة وتنقلها إلى غشاء الخلية لإطلاقها خارج الخلية.

هناك ، تندمج الحويصلة مع الغشاء وتطلق الشحنة خارج الخلية من خلال ثقب في الغشاء. يحدث هذا في بعض الأحيان فور الالتحام في غشاء الخلية. في أوقات أخرى ، ترسو حويصلة النقل في غشاء الخلية ثم تتدلى ، في انتظار إشارات من خارج الخلية قبل إطلاق الحمولة.

من الأمثلة الجيدة على حمولة الحويصلة الخارجة للخلايا الجسم المضاد الذي ينشطه الجهاز المناعي ، والذي يحتاج إلى مغادرة الخلية من أجل القيام بعمله لمحاربة مسببات الأمراض. الناقلات العصبية مثل الأدرينالين هي نوع من الجزيئات التي تعتمد على الحويصلات الإفرازية.

تعمل هذه الجزيئات كإشارات للمساعدة في تنسيق الاستجابة للتهديد ، مثل أثناء "القتال أو الهروب".

تنقل حويصلات النقل الليزوزومية البضائع إلى الايسوسوم، وهو مركز إعادة تدوير الخلية. هذه الشحنة تالفة أو قديمة بشكل عام ، لذلك يقوم الجسيم الجسيمي بتجريدها من الأجزاء ويحلل المكونات غير المرغوب فيها.

إن جسم جولجي بلا شك منطقة معقدة وناضجة للبحث المستمر. في الواقع ، على الرغم من ظهور جهاز جولجي لأول مرة في عام 1897 ، لا يزال العلماء يعملون على نموذج يشرح بشكل كامل كيفية عمل جهاز جولجي.

أحد مجالات النقاش هو كيف تنتقل الشحنة بالضبط من وجه رابطة الدول المستقلة إلى الوجه العابر.

يعتقد بعض العلماء أن الحويصلات تنقل الحمولة من كيس إلى آخر. يعتقد باحثون آخرون أن الخزانات نفسها تتحرك وتنضج أثناء انتقالها من حجرة رابطة الدول المستقلة إلى المقصورة العابرة وحمل البضائع معها.

هذا الأخير هو نموذج النضج.