De fleste mennesker har bygget en cellemodel til et videnskabsmesse eller klasselokale videnskabsprojekt, og få eukaryot celle komponenter er lige så interessante at se på eller bygge som Golgi-apparat.
I modsætning til mange organeller, som har tendens til at have mere ensartede og ofte runde former, er Golgi-apparatet - også kaldet Golgi-komplekset, Golgi-krop eller endda bare Golgi - en række flade skiver eller poser stablet sammen.
For den afslappede observatør ligner Golgi-apparatet et fugleperspektiv af en labyrint eller måske endda et stykke båndsukker.
Denne interessante struktur hjælper Golgi-apparatet med sin rolle som en del af endomembran system, som omfatter Golgi-kroppen og et par andre organeller, herunder lysosomer og endoplasmatisk retikulum.
Disse organeller går sammen for at ændre, pakke og transportere vigtige celleindhold, såsom lipider og proteiner.
Analyse af Golgi-apparater: Golgi-apparatet kaldes undertiden pakningsanlægget eller celleens postkontor, fordi det modtager molekyler og foretager ændringer til dem sorterer og adresserer de derefter disse molekyler til transport til andre områder af cellen, ligesom et posthus gør med breve og pakker.
Struktur af Golgi-kroppen
Golgi-apparatets struktur er afgørende for dets funktion.
Hver af de flade lommer med membran, der stabler sammen for at danne organellen, kaldes cisternae. I de fleste organismer er der fire til otte af disse skiver, men nogle organismer kan have op til 60 cisternaer i en enkelt Golgi-krop. Mellemrummene mellem hver pose er lige så vigtige som selve poserne.
Disse rum er Golgi-apparatet ' lumen.
Forskere opdeler Golgi-kroppen i tre dele: cisternerne tæt på det endoplasmatiske retikulum, som er cis rum; cisternerne langt væk fra det endoplasmatiske retikulum, som er trans rum; og de midterste cisterner, kaldet medial rum.
Disse etiketter er vigtige for at forstå, hvordan Golgi-apparatet fungerer, fordi de yderste sider eller netværk af Golgi-kroppen udfører meget forskellige funktioner.
Hvis du tænker på Golgi-apparatet som cellens pakningsanlæg, kan du visualisere cis-siden eller cis-ansigtet som Golgis modtagebro. Her optager Golgi-apparatet gods sendt fra det endoplasmatiske retikulum gennem specielle transportører kaldet vesikler.
Den modsatte side, kaldet trans ansigt, er Golgi-legemets forsendelseshavn.
Golgi struktur og transport
Efter sortering og emballering frigiver Golgi-apparatet proteiner og lipider fra trans ansigtet.
Organellen fylder proteinet eller lipidlasten i vesikeltransportører, der springer ud fra Golgi, bestemt til andre steder i cellen. For eksempel kan noget gods gå til lysosomet til genbrug og nedbrydning.
Anden gods kan endda vinde uden for cellen efter forsendelse til cellens plasmamembran.
Cellen er cytoskelet, som er en matrix af strukturelle proteiner, der giver cellen sin form og hjælper med at organisere dens indhold, forankrer Golgi-kroppen på plads nær det endoplasmatiske retikulum og cellen kerne.
Da disse organeller arbejder sammen om at opbygge vigtige biomolekyler, såsom proteiner og lipider, er det fornuftigt for dem at etablere forretning tæt på hinanden.
Nogle af proteinerne i cytoskelettet kaldes mikrotubulifungerer som jernbanespor mellem disse organeller såvel som andre steder i cellen. Dette gør det let for transportvesikler at flytte gods mellem organellerne og til deres endelige destinationer i cellen.
Enzymer: Forbindelsen mellem struktur og funktion
Hvad der sker i Golgi mellem at modtage lasten ved cis-fladen og sende den ud igen på trans-fladen, er noget af det største arbejde i Golgi-apparatet. Drivkraften bag denne funktion er også drevet af proteiner.
Cisternae-poserne i de forskellige rum i Golgi-kroppen indeholder en særlig klasse af proteiner, der kaldes enzymer. De specifikke enzymer i hver pose gør det muligt at modificere lipiderne og proteinerne, når de passerer fra cis-ansigtet gennem det mediale rum på vej til trans-face.
Disse modifikationer udført af de forskellige enzymer i cisternae-poserne gør en enorm forskel i de modificerede biomolekylers resultater. Undertiden hjælper ændringerne med at gøre molekylerne funktionelle og i stand til at udføre deres job.
På andre tidspunkter fungerer ændringerne som etiketter, der informerer Golgi-apparatets forsendelsescenter om biomolekylernes endelige destination.
Disse ændringer påvirker strukturen af proteinerne og lipiderne. For eksempel kan enzymer fjerne sukkersidekæder eller tilføje sukker, fedtsyre eller fosfatgrupper til lasten.
•••Videnskabelig
Enzymer og transport
De specifikke enzymer, der er til stede i hver af cisternerne, bestemmer, hvilke ændringer der sker i disse cisterneposer. For eksempel spalter en modifikation sukkermannosen. Dette sker normalt i de tidligere cis- eller mediale rum, baseret på de enzymer, der er til stede der.
En anden ændring tilføjer sukker galactose eller en sulfatgruppe til biomolekyler. Dette sker generelt nær slutningen af lastens rejse gennem Golgi-kroppen i trans-rummet.
Da mange af ændringerne fungerer som etiketter, bruger Golgi-apparatet denne information på tværsiden for at sikre, at de nyligt ændrede lipider og proteiner ender på den rigtige destination. Du kan forestille dig dette som et posthus, der stempler pakker med adresseetiketter og andre forsendelsesinstruktioner til posthåndtererne.
Golgi-kroppen sorterer lasten ud fra disse etiketter og indlæser lipiderne og proteinerne i det relevante vesikeltransportører, klar til at blive sendt ud.
Roll i genekspression
Mange af de ændringer, der finder sted i Golgi-apparatets cisterner er post-translationelle ændringer.
Dette er ændringer, der foretages i proteiner, efter at proteinet allerede er bygget og foldet. For at få mening ud af dette bliver du nødt til at rejse baglæns i skemaet med proteinsyntese.
Inde i kernen i hver celle er der DNA, der fungerer som en plan for opbygning af biomolekyler som proteiner. Det fulde sæt af DNA, kaldes menneskeligt genomindeholder både ikke-kodende DNA og proteinkodende gener. Oplysningerne indeholdt i hvert kodende gen indeholder instruktioner til opbygning af aminosyrer.
Til sidst foldes disse kæder ind i funktionelle proteiner.
Dette sker dog ikke på en-til-en-skala. Da der er meget mere menneskelige proteiner end der er kodende gener i genomet, skal hvert gen have evnen til at producere flere proteiner.
Tænk på det på denne måde: hvis forskere vurderer, at der er omkring 25.000 mennesker gener og over 1 million humane proteiner, det betyder, at mennesker kræver mere end 40 gange flere proteiner, end de har individuelle gener.
Post-translationelle ændringer
Løsningen til opbygning af så mange proteiner fra et så relativt lille gener af gener er post-translationel modifikation.
Dette er den proces, hvormed cellen foretager kemiske ændringer af de nydannede proteiner (og ældre proteiner på andre tidspunkter) for at ændre, hvad proteinet gør, hvor det lokaliseres, og hvordan det interagerer med andre molekyler.
Der er et par almindelige typer post-translationel modifikation. Disse inkluderer phosphorylering, glycosylering, methylering, acetylering og lipidering.
- Fosforylering: tilføjer en fosfatgruppe til proteinet. Denne ændring påvirker normalt celleprocesser relateret til cellevækst og celle signalering.
- Glykosylering: opstår, når cellen tilføjer en sukkergruppe til proteinet. Denne modifikation er især vigtig for proteiner, der er bestemt til cellens plasmamembran eller for secernerede proteiner, der ender uden for cellen.
- Methylering: tilføjer en methylgruppe til proteinet. Denne ændring er velkendt epigenetisk regulator. Dette betyder grundlæggende, at methylering kan slå indflydelsen fra et gen til eller fra. For eksempel videregiver folk, der oplever et stort traume, såsom hungersnød, genetiske ændringer til deres børn for at hjælpe dem med at overleve fremtidig madmangel. En af de mest almindelige måder at overføre disse ændringer fra en generation til en anden er gennem proteinmethylering.
- Acetylering: tilføjer en acetylgruppe til proteinet. Denne modifikations rolle er ikke helt klar for forskere. De ved dog, at det er en almindelig ændring for histoner, som er proteinerne, der fungerer som spoler for DNA'et.
- Lipidering: tilføjer lipider til proteinet. Dette gør proteinet mere imod vand eller hydrofobt og er meget nyttigt for proteiner, der er en del af membraner.
Post-translationel modifikation gør det muligt for cellen at opbygge en lang række proteiner ved hjælp af et relativt lille antal gener. Disse ændringer ændrer den måde, proteinerne opfører sig på, og påvirker derfor den samlede cellefunktion. For eksempel kan de øge eller mindske celleprocesser såsom cellevækst, celledød og cellesignalering.
Nogle posttranslationsændringer påvirker cellefunktioner relateret til menneskelig sygdom, så find ud af hvordan og hvorfor ændringer sker kan hjælpe forskere med at udvikle medicin eller andre behandlinger for disse helbred betingelser.
Roll i dannelse af vesikler
Når de modificerede proteiner og lipider når trans-ansigtet, er de klar til sortering og ilægning i transportvesiklerne, der transporterer dem til deres endelige destinationer i cellen. For at gøre dette er Golgi-kroppen afhængig af de ændringer, der fungerer som etiketter, og fortæller organellen, hvor de skal sende lasten.
Golgi-apparatet indlæser den sorterede last i vesikeltransportører, som knopper ud af Golgi-kroppen og rejser til den endelige destination for at aflevere lasten.
EN blære lyder kompleks, men det er simpelthen en væskestreng omgivet af en membran, der beskytter lasten under vesikulær transport. For Golgi-apparatet er der tre typer transportblærer: eksocytotisk blærer, sekretær blærer og lysosomal blærer.
Typer af vesikeltransportører
Både eksocytotiske og sekretoriske vesikler opsluger lasten og flytter den til cellemembranen til frigivelse uden for cellen.
Der smelter vesiklen med membranen og frigiver lasten uden for cellen gennem en pore i membranen. Nogle gange sker dette straks efter docking ved celle membran. På andre tidspunkter anbringer transportvesiklen ved cellemembranen og hænger derefter ud og venter på signaler uden for cellen, inden den frigives.
Et godt eksempel på exocytotisk vesikellast er et antistof aktiveret af immunsystemet, som har brug for at forlade cellen for at gøre sit job for at bekæmpe patogener. Neurotransmittere som adrenalin er en type molekyle, der er afhængige af sekretoriske vesikler.
Disse molekyler fungerer som signaler, der hjælper med at koordinere et svar på en trussel, f.eks. Under "kamp eller flugt."
Lysosomale transportvesikler flytter gods til lysosom, som er cellens genbrugscenter. Denne last er generelt beskadiget eller gammel, så lysosomet strimler den til dele og nedbryder de uønskede komponenter.
Golgis funktion er et løbende mysterium
Golgi-kroppen er uden tvivl et komplekst og modent område til løbende forskning. Faktisk, selvom Golgi først blev set i 1897, arbejder forskere stadig på en model, der fuldt ud forklarer, hvordan Golgi-apparatet fungerer.
Et debatområde er, hvordan nøjagtigt lasten bevæger sig fra cis-ansigtet til trans-ansigtet.
Nogle forskere mener, at vesikler fører lasten fra den ene cisterna-pose til den næste. Andre forskere tror, at cisternerne selv bevæger sig, modnes, når de bevæger sig fra cis-rummet til trans-rummet og bærer lasten med sig.
Sidstnævnte er modningsmodel.