Golgi-Apparat: Funktion, Struktur (mit Analogie & Diagramm)

Die meisten Leute haben ein Zellmodell für eine Wissenschaftsmesse oder ein Wissenschaftsprojekt im Klassenzimmer gebaut, und nur wenige Eukaryotische Zelle Komponenten sind so interessant anzusehen oder zu bauen wie die Golgi-Apparat.

Im Gegensatz zu vielen Organellen, die tendenziell gleichmäßigere und oft runde Formen haben, ist der Golgi-Apparat – auch Golgi-Komplex, Golgi-Körper oder auch nur Golgi genannt – eine Reihe von flachen Scheiben oder Beuteln, die übereinander gestapelt sind.

Für den zufälligen Betrachter sieht der Golgi-Apparat aus wie eine Vogelperspektive eines Labyrinths oder vielleicht sogar ein Stück Bonbons.

Diese interessante Struktur hilft dem Golgi-Apparat bei seiner Rolle als Teil des Endomembransystem, das den Golgi-Körper und einige andere Organellen umfasst, einschließlich der Lysosomen und endoplasmatisches Retikulum.

Diese Organellen verbinden sich, um wichtige Zellinhalte wie Lipide und Proteine ​​zu verändern, zu verpacken und zu transportieren.

Analogie zum Golgi-Apparat:

der Golgi-Apparat wird manchmal auch als Verpackungsanlage oder Post der Zelle bezeichnet, weil er Moleküle aufnimmt und Veränderungen vornimmt zu ihnen sortiert und adressiert diese Moleküle dann für den Transport in andere Bereiche der Zelle, wie es eine Post mit Briefen und Paketen tut.

Der Aufbau des Golgi-Apparates ist entscheidend für seine Funktion.

Jeder der flachen Membranbeutel, die sich zu den Organellen stapeln, werden als bezeichnet Zisternen. In den meisten Organismen gibt es vier bis acht dieser Scheiben, aber einige Organismen können bis zu 60 Zisternen in einem einzigen Golgi-Körper haben. Die Abstände zwischen den einzelnen Beuteln sind genauso wichtig wie die Beutel selbst.

Diese Räume sind der Golgi-Apparat Lumen.

Wissenschaftler teilen den Golgi-Körper in drei Teile: die Zisternen in der Nähe des endoplasmatischen Retikulums, das cis Abteil; die Zisternen weit entfernt vom endoplasmatischen Retikulum, das trans Abteil; und die mittleren Zisternen, genannt die medial Abteil.

Diese Bezeichnungen sind wichtig, um zu verstehen, wie der Golgi-Apparat funktioniert, da die äußersten Seiten oder Netzwerke des Golgi-Körpers sehr unterschiedliche Funktionen erfüllen.

Wenn Sie sich den Golgi-Apparat als Verpackungsanlage der Zelle vorstellen, können Sie sich die cis-Seite oder die cis-Fläche als Empfangsdock des Golgi vorstellen. Hier nimmt der Golgi-Apparat Fracht auf, die vom endoplasmatischen Retikulum durch spezielle Transporter, die Vesikel genannt werden, geschickt wird.

Die gegenüberliegende Seite, die Transface genannt, ist die Versandrampe des Golgi-Körpers.

Nach dem Sortieren und Verpacken setzt der Golgi-Apparat Proteine ​​frei und Lipide vom Transgesicht.

Die Organelle lädt die Protein- oder Lipidfracht in Vesikeltransporter, die aus dem Golgi hervorgehen und für andere Orte in der Zelle bestimmt sind. Zum Beispiel kann ein Teil der Fracht zum Recycling und Abbau zum Lysosom gelangen.

Andere Fracht könnte sogar außerhalb der Zelle landen, nachdem sie zur Plasmamembran der Zelle transportiert wurde.

Die Zellen Zytoskelett, eine Matrix aus Strukturproteinen, die der Zelle ihre Form geben und ihren Inhalt organisieren, verankert den Golgi-Körper in der Nähe des endoplasmatischen Retikulums und der Zelle Kern.

Da diese Organellen zusammenarbeiten, um wichtige Biomoleküle wie Proteine ​​und Lipide aufzubauen, ist es sinnvoll, sie in unmittelbarer Nähe zu errichten.

Einige der Proteine ​​im Zytoskelett, genannt Mikrotubuli, fungieren wie Eisenbahnschienen zwischen diesen Organellen sowie anderen Orten innerhalb der Zelle. Dies macht es den Transportvesikeln leicht, Fracht zwischen den Organellen und zu ihrem endgültigen Bestimmungsort in der Zelle zu bewegen.

Was im Golgi zwischen dem Empfang der Fracht an der cis-Seite und dem erneuten Versand an der trans-Seite passiert, ist eine der Hauptaufgaben des Golgi-Apparats. Die treibende Kraft hinter dieser Funktion wird ebenfalls von Proteinen angetrieben.

Die Zisternentaschen in den verschiedenen Kompartimenten des Golgi-Körpers enthalten eine spezielle Klasse von Proteinen, die als Enzyme. Die spezifischen Enzyme in jedem Beutel ermöglichen es ihm, die Lipide und Proteine ​​zu modifizieren, wenn sie von der cis-Seite durch das mediale Kompartiment auf dem Weg zur trans-Seite gelangen.

Diese von den verschiedenen Enzymen in den Zisternenbeuteln durchgeführten Modifikationen machen einen großen Unterschied in den Ergebnissen der modifizierten Biomoleküle. Manchmal tragen die Modifikationen dazu bei, dass die Moleküle funktionsfähig und in der Lage sind, ihre Aufgaben zu erfüllen.

Zu anderen Zeiten wirken die Modifikationen wie Etiketten, die das Versandzentrum des Golgi-Apparats über den endgültigen Bestimmungsort der Biomoleküle informieren.

Diese Modifikationen beeinflussen die Struktur der Proteine ​​und Lipide. Enzyme können beispielsweise Zuckerseitenketten entfernen oder der Fracht Zucker-, Fettsäure- oder Phosphatgruppen hinzufügen.

•••Wissenschaft

Die spezifischen Enzyme, die in jeder der Zisternen vorhanden sind, bestimmen, welche Modifikationen in diesen Zisternentaschen stattfinden. Beispielsweise spaltet eine Modifikation den Zucker Mannose. Dies geschieht meist in den früheren cis- oder medialen Kompartimenten, basierend auf den dort vorhandenen Enzymen.

Eine andere Modifikation fügt den Zucker Galaktose oder eine Sulfatgruppe hinzu Biomoleküle. Dies geschieht in der Regel gegen Ende der Ladungsreise durch die Golgi-Karosserie im Trans-Abteil.

Da viele der Modifikationen wie Marker wirken, nutzt der Golgi-Apparat diese Information an der Trans-Seite, um sicherzustellen, dass die neu veränderten Lipide und Proteine ​​am richtigen Zielort landen. Das kann man sich vorstellen wie eine Post, die Pakete mit Adressetiketten und anderen Versandhinweisen für die Postzusteller frankiert.

Der Golgi-Körper sortiert die Fracht anhand dieser Etiketten und lädt die Lipide und Proteine ​​in die entsprechenden Vesikeltransporter, versandfertig.

Viele der Veränderungen, die in den Zisternen des Golgi-Apparats stattfinden, sind posttranslationale Modifikationen.

Dies sind Änderungen an Proteinen, nachdem das Protein bereits aufgebaut und gefaltet wurde. Um dies zu verstehen, müssen Sie im Schema der Proteinsynthese rückwärts reisen.

Im Kern jeder Zelle befindet sich DNA, die wie ein Bauplan für den Bau von Biomolekülen wie Proteinen fungiert. Der komplette Satz von DNA, genannt die Menschliche DNA, enthält sowohl nicht-kodierende DNA als auch proteinkodierende Gene. Die in jedem kodierenden Gen enthaltenen Informationen geben die Anweisungen zum Aufbau von Aminosäureketten.

Schließlich falten sich diese Ketten zu funktionellen Proteinen.

Dies geschieht jedoch nicht eins zu eins. Da es weit mehr menschliche Proteine ​​als kodierende Gene im Genom gibt, muss jedes Gen die Fähigkeit haben, mehrere Proteine ​​zu produzieren.

Stellen Sie sich das so vor: Wenn Wissenschaftler schätzen, dass es etwa 25.000 Menschen gibt Gene und über 1 Million menschliche Proteine, das bedeutet, dass der Mensch über 40-mal mehr Proteine ​​benötigt, als er einzelne Gene besitzt.

Die Lösung für den Aufbau so vieler Proteine ​​aus einem so relativ kleinen Satz von Genen ist die posttranslationale Modifikation.

Dies ist der Prozess, bei dem die Zelle chemische Modifikationen an den neu gebildeten Proteinen (und älteren Proteinen) vornimmt zu anderen Zeiten), um zu ändern, was das Protein tut, wo es sich lokalisiert und wie es mit anderen interagiert Moleküle.

Es gibt einige gängige Arten der posttranslationalen Modifikation. Dazu gehören Phosphorylierung, Glykosylierung, Methylierung, Acetylierung und Lipidierung.

• Phosphorylierung: fügt dem Protein eine Phosphatgruppe hinzu. Diese Modifikation beeinflusst normalerweise Zellprozesse im Zusammenhang mit Zellwachstum und Zellsignalisierung.

• Glykosylierung: tritt auf, wenn die Zelle dem Protein eine Zuckergruppe hinzufügt. Diese Modifikation ist besonders wichtig für Proteine, die für die Plasmamembran der Zelle bestimmt sind oder für sekretierte Proteine, die außerhalb der Zelle landen.

• Methylierung: fügt dem Protein eine Methylgruppe hinzu. Diese Modifikation ist bekannt epigenetischer Regulator. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass die Methylierung den Einfluss eines Gens ein- oder ausschalten kann. Zum Beispiel geben Menschen, die ein großes Trauma wie eine Hungersnot erleben, genetische Veränderungen an ihre Kinder weiter, um ihnen zu helfen, zukünftige Nahrungsmittelknappheit zu überleben. Eine der gebräuchlichsten Methoden, diese Veränderungen von einer Generation zur anderen weiterzugeben, ist die Proteinmethylierung.

• Acetylierung: fügt dem Protein eine Acetylgruppe hinzu. Die Rolle dieser Modifikation ist den Forschern nicht ganz klar. Sie wissen jedoch, dass es sich um eine übliche Modifikation für handelt Histone, das sind die Proteine, die als Spulen für die DNA fungieren.

• Lipidierung: fügt dem Protein Lipide hinzu. Dies macht das Protein wasserabweisender oder hydrophober und ist sehr nützlich für Proteine, die Teil von Membranen sind.

Die posttranslationale Modifikation ermöglicht es der Zelle, mit einer relativ kleinen Anzahl von Genen eine Vielzahl von Proteinen aufzubauen. Diese Modifikationen verändern das Verhalten der Proteine ​​und beeinflussen daher die gesamte Zellfunktion. Zum Beispiel können sie Zellprozesse wie Zellwachstum, Zelltod und Zellsignalisierung erhöhen oder verringern.

Einige posttranslationale Modifikationen beeinflussen Zellfunktionen im Zusammenhang mit menschlichen Krankheiten, also herausfinden, wie und warum Veränderungen auftreten, kann Wissenschaftlern helfen, Medikamente oder andere Behandlungen für diese Gesundheit zu entwickeln Bedingungen.

Sobald die modifizierten Proteine ​​und Lipide die trans-Seite erreichen, können sie sortiert und in die Transportvesikel geladen werden, die sie zu ihren endgültigen Bestimmungsorten in der Zelle transportieren. Um dies zu tun, verlässt sich der Golgi-Körper auf diese Modifikationen, die als Etiketten fungieren und der Organelle mitteilen, wohin die Fracht geschickt werden soll.

Der Golgi-Apparat lädt die sortierte Fracht in Vesikel-Transporter, die den Golgi-Körper ablösen und zum endgültigen Bestimmungsort reisen, um die Fracht zu liefern.

EIN Vesikel klingt komplex, aber es ist einfach ein Flüssigkeitstropfen, der von einer Membran umgeben ist, die die Ladung während des vesikulären Transports schützt. Für den Golgi-Apparat gibt es drei Arten von Transportvesikeln: exozytotisch Vesikel, sekretorisch Bläschen und lysosomal Vesikel.

Sowohl exozytotische als auch sekretorische Vesikel umhüllen die Fracht und befördern sie zur Zellmembran, um sie außerhalb der Zelle freizusetzen.

Dort verschmilzt das Vesikel mit der Membran und gibt die Fracht durch eine Pore in der Membran außerhalb der Zelle ab. Manchmal passiert dies sofort beim Andocken an die Zellmembran. Zu anderen Zeiten dockt das Transportvesikel an der Zellmembran an, hängt dann heraus und wartet auf Signale von außerhalb der Zelle, bevor es die Fracht freigibt.

Ein gutes Beispiel für exozytotische Vesikelfracht ist ein vom Immunsystem aktivierter Antikörper, der die Zelle verlassen muss, um seine Aufgabe zur Abwehr von Krankheitserregern zu erfüllen. Neurotransmitter wie Adrenalin sind eine Art Molekül, das auf sekretorischen Vesikel angewiesen ist.

Diese Moleküle wirken wie Signale, um eine Reaktion auf eine Bedrohung zu koordinieren, beispielsweise während eines "Kampfes oder einer Flucht".

Lysosomale Transportvesikel transportieren Fracht zum Lysosom, das Recyclingzentrum der Zelle. Diese Ladung ist im Allgemeinen beschädigt oder alt, sodass das Lysosom sie in Teilen zerlegt und die unerwünschten Komponenten abbaut.

Der Golgi-Körper ist ohne Zweifel ein komplexes und reifes Gebiet für die laufende Forschung. Obwohl der Golgi erstmals 1897 gesehen wurde, arbeiten Wissenschaftler immer noch an einem Modell, das die Funktionsweise des Golgi-Apparats vollständig erklärt.

Ein Diskussionspunkt ist, wie genau sich die Ladung von der cis-Seite zur trans-Seite bewegt.

Manche Wissenschaftler glauben, dass Vesikel die Fracht von einem Zisternenbeutel zum nächsten transportieren. Andere Forscher glauben, dass sich die Zisternen selbst bewegen, reifen, während sie vom cis-Abteil in das trans-Abteil wechseln und die Fracht mit sich tragen.

Letzteres ist das Reifemodell.