Повечето хора са изградили клетъчен модел за научен панаир или научен проект в класната стая и малко еукариотна клетка компонентите са толкова интересни за гледане или изграждане, колкото и апарат на Голджи.
За разлика от много органели, които са склонни да имат по-еднакви и често кръгли форми, апаратът на Голджи - наричан още комплекс на Голджи, тяло на Голджи или дори просто Голджи - е поредица от плоски дискове или торбички, подредени заедно.
За случайния наблюдател апаратът на Голджи изглежда като птичи поглед на лабиринт или може би дори на парче бонбон с панделка.
Тази интересна структура помага на апарата на Голджи с ролята му като част от ендомембранна система, който включва тялото на Голджи и няколко други органели, включително лизозоми и ендоплазмения ретикулум.
Тези органели се обединяват, за да променят, опаковат и транспортират важно клетъчно съдържание, като липиди и протеини.
Аналогия на апарата на Голджи: апаратът на Голджи понякога се нарича опаковъчен завод или пощата на клетката, защото получава молекули и прави промени след това сортира и адресира тези молекули за транспортиране до други области на клетката, точно както пощата прави с писма и пакети.
Структура на тялото на Голджи
Структурата на апарата на Голджи е от решаващо значение за неговата функция.
Извикват се всяка от плоските торбички на мембраната, които се събират заедно, за да образуват органелата цистерни. В повечето организми има четири до осем от тези дискове, но някои организми могат да имат до 60 цистерни в едно тяло на Голджи. Пространствата между всяка торбичка са също толкова важни, колкото самите торбички.
Тези пространства са апаратът на Голджи " лумен.
Учените разделят тялото на Голджи на три части: цистерните близо до ендоплазмения ретикулум, който е цис отделение; цистерните далеч от ендоплазмения ретикулум, който е транс отделение; и средните цистерни, наречени медиална отделение.
Тези етикети са важни за разбирането как работи апаратът на Голджи, тъй като най-външните страни или мрежи на тялото на Голджи изпълняват много различни функции.
Ако мислите за апарата на Голджи като за опаковъчен завод на клетката, можете да визуализирате цис страната или цис лицето като приемната станция на Голджи. Тук апаратът на Голджи приема товари, изпратени от ендоплазмения ретикулум чрез специални транспортери, наречени везикули.
Противоположната страна, наречена трансфас, е корабният док на тялото на Голджи.
Структура и транспорт на Голджи
След сортиране и опаковане, апаратът на Голджи освобождава протеини и липиди от транс лицето.
Органелата зарежда протеиновия или липидния товар транспортери везикули, които излизат от Голджи, предназначени за други места в клетката. Например, някои товари могат да отидат в лизозомата за рециклиране и разграждане.
Други товари може дори да излязат извън клетката след транспортиране до плазмената мембрана на клетката.
Клетката цитоскелет, който е матрица от структурни протеини, които придават на клетката формата и помагат за организирането на съдържанието й, закотвя тялото на Голджи на място близо до ендоплазмения ретикулум ядро.
Тъй като тези органели работят заедно за изграждането на важни биомолекули, като протеини и липиди, има смисъл те да създадат магазини в непосредствена близост един до друг.
Някои от протеините в цитоскелета, т.нар микротубули, действат като железопътни коловози между тези органели, както и други места в клетката. Това улеснява транспортирането на везикули за преместване на товари между органелите и до крайните им дестинации в клетката.
Ензими: Връзката между структурата и функцията
Това, което се случва в Golgi между приемането на товара в цис-фасадата и изпращането му отново на транс-фронта, е част от основната работа на апарата на Golgi. Движещата сила зад тази функция се движи и от протеините.
Торбичките за цистерни в различните отделения на тялото на Голджи съдържат специален клас протеини, наречени ензими. Специфичните ензими във всяка торбичка му позволяват да модифицира липидите и протеините, когато преминават от цис-лицето през медиалното отделение по пътя към транс-фейса.
Тези модификации, извършени от различните ензими в торбичките за цистерни, правят огромна разлика в резултатите от модифицираните биомолекули. Понякога модификациите помагат на молекулите да функционират и да могат да вършат работата си.
Понякога модификациите действат като етикети, които информират центъра за доставка на апарата на Голджи за крайната дестинация на биомолекулите.
Тези модификации засягат структурата на протеините и липидите. Например, ензимите могат да премахнат страничните вериги на захарта или да добавят захар, мастни киселини или фосфатни групи към товара.
•••Наука
Ензими и транспорт
Специфичните ензими, присъстващи във всяка от цистерните, определят кои модификации се случват в тези цистернални торбички. Например, една модификация разцепва захарната маноза. Това обикновено се случва в по-ранните цис или медиални отделения въз основа на наличните там ензими.
Друга модификация добавя захарната галактоза или сулфатна група към биомолекули. Това обикновено се случва в края на пътуването на товара през тялото на Голджи в транс-отделението.
Тъй като много от модификациите действат като етикети, апаратът на Голджи използва тази информация на повърхността, за да гарантира, че наскоро променените липиди и протеини се намират в правилната дестинация. Можете да си представите това като пощенско щамповане на пакети с етикети с адреси и други инструкции за изпращане на доставчиците на поща.
Тялото на Голджи сортира товара на базата на тези етикети и зарежда липидите и протеините в подходящите транспортери везикули, готов за изпращане.
Роля в генното изразяване
Много от промените, които се случват в цистерните на апарата на Голджи, са пост-транслационни модификации.
Това са промени, направени в протеините, след като протеинът вече е изграден и сгънат. За да разберете това, ще трябва да пътувате назад в схемата на протеинов синтез.
Вътре в ядрото на всяка клетка има ДНК, която действа като план за изграждане на биомолекули като протеини. Пълният набор от ДНК, наречен човешки геном, съдържа както некодиращи ДНК, така и кодиращи протеини гени. Информацията, съдържаща се във всеки кодиращ ген, дава инструкции за изграждане на вериги от аминокиселини.
В крайна сметка тези вериги се сгъват във функционални протеини.
Това обаче не се случва в индивидуален мащаб. Тъй като има много повече човешки протеини, отколкото кодиращи гени в генома, всеки ген трябва да има способността да произвежда множество протеини.
Помислете за това по следния начин: ако учените изчислят, че има около 25 000 човека гени и над 1 милион човешки протеини, което означава, че хората се нуждаят от над 40 пъти повече протеини, отколкото имат отделни гени.
Пост-транслационни модификации
Решението за изграждане на толкова много протеини от такъв сравнително малък набор от гени е пост-транслационната модификация.
Това е процесът, чрез който клетката прави химически модификации на новообразуваните протеини (и по-старите протеини в други моменти), за да се промени това, което прави протеинът, къде се локализира и как взаимодейства с други молекули.
Има няколко често срещани типа модификации след транслация. Те включват фосфорилиране, гликозилиране, метилиране, ацетилиране и липидиране.
- Фосфорилиране: добавя фосфатна група към протеина. Тази модификация обикновено засяга клетъчните процеси, свързани с клетъчния растеж и клетъчната сигнализация.
- Гликозилиране: възниква, когато клетката добавя захарна група към протеина. Тази модификация е особено важна за протеини, предназначени за плазмената мембрана на клетката, или за секретираните протеини, които се навиват извън клетката.
- Метилиране: добавя метилова група към протеина. Тази модификация е добре известна епигенетичен регулатор. Това основно означава, че метилирането може да включи или изключи влиянието на гена. Например хората, които претърпяват мащабна травма, като глад, предават генетични промени на децата си, за да им помогнат да преживеят бъдещия недостиг на храна. Един от най-често срещаните начини за предаване на тези промени от едно поколение на друго е чрез протеиново метилиране.
- Ацетилиране: добавя ацетилова група към протеина. Ролята на тази модификация не е напълно ясна за изследователите. Те обаче знаят, че това е обща модификация за хистони, които са протеините, които действат като макари за ДНК.
- Липидация: добавя липиди към протеина. Това прави протеините по-противоположни на водата или хидрофобни и е много полезен за протеини, които са част от мембраните.
Пост-транслационната модификация позволява на клетката да изгради голямо разнообразие от протеини, използвайки относително малък брой гени. Тези модификации променят начина на поведение на протеините и следователно влияят върху цялостната клетъчна функция. Например, те могат да увеличат или намалят клетъчните процеси като клетъчен растеж, клетъчна смърт и клетъчна сигнализация.
Някои пост-транслационни модификации засягат клетъчните функции, свързани с човешкото заболяване, така че разберете как и защо се случват модификации, може да помогне на учените да разработят лекарства или други лечения за това здраве условия.
Роля във формирането на везикули
След като модифицираните протеини и липиди достигнат до повърхността, те са готови за сортиране и зареждане в транспортните везикули, които ще ги транспортират до крайните им местоназначения в клетката. За целта тялото на Golgi разчита на тези модификации, които действат като етикети, като казват на органелата къде да изпрати товара.
Апаратът на Голджи зарежда сортирания товар в транспортьори за везикули, които се отклоняват от тялото на Голджи и пътуват до крайната дестинация, за да доставят товара.
A везикула звучи сложно, но това е просто топче от течност, заобиколено от мембрана, която предпазва товара по време на везикуларен транспорт. За апарата на Голджи има три вида транспортни везикули: екзоцитозна везикули, секреторна везикули и лизозомна везикули.
Видове транспортери на везикули
Както екзоцитозните, така и секреторните везикули поглъщат товара и го преместват в клетъчната мембрана за освобождаване извън клетката.
Там везикулът се слива с мембраната и освобождава товара извън клетката през пори в мембраната. Понякога това се случва веднага след скачване в клетъчната мембрана. В други случаи транспортният мехур се прикачва към клетъчната мембрана и след това се мотае, изчаквайки сигнали извън клетката, преди да освободи товара.
Добър пример за товар на екзоцитозни везикули е антитяло, активирано от имунната система, което трябва да напусне клетката, за да си свърши работата за борба с патогените. Невротрансмитерите като адреналин са вид молекула, която разчита на секреторни везикули.
Тези молекули действат като сигнали, за да подпомогнат координирането на реакцията на заплаха, например по време на „битка или бягство“.
Лизозомните транспортни везикули преместват товара към лизозома, който е центърът за рециклиране на клетката. Този товар обикновено е повреден или стар, така че лизозомата го отстранява за части и влошава нежеланите компоненти.
Функцията на Голджи е постоянна загадка
Тялото на Голджи несъмнено е сложна и зряла област за текущи изследвания. Всъщност, въпреки че Golgi е видян за първи път през 1897 г., учените все още работят по модел, който напълно обяснява как функционира апаратът Golgi.
Една от дискусионните области е как точно товарът се премества от цис лицето към трансфасера.
Някои учени смятат, че везикулите пренасят товара от една торбичка за цистерна до следващата. Други изследователи смятат, че самите цистерни се движат, узрявайки, докато се придвижват от цис отделението към транс отделението и носят товара със себе си.
Последното е модел на зреене.