Συσκευή Golgi: Λειτουργία, δομή (με αναλογία και διάγραμμα)

Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν δημιουργήσει ένα μοντέλο κυττάρων για μια επιστημονική έκθεση ή ένα επιστημονικό πρόγραμμα στην τάξη, και λίγα ευκαρυωτικό κύτταρο τα στοιχεία είναι τόσο ενδιαφέροντα για να δούμε ή να φτιάξουμε όπως το Συσκευές Golgi.

Σε αντίθεση με πολλούς οργανίδια, που τείνουν να έχουν πιο ομοιόμορφα και συχνά στρογγυλά σχήματα, η συσκευή Golgi - που ονομάζεται επίσης το συγκρότημα Golgi, το σώμα Golgi ή ακόμα και το Golgi - είναι μια σειρά επίπεδων δίσκων ή σακουλών στοιβάζονται μεταξύ τους.

Για τον περιστασιακό παρατηρητή, η συσκευή Golgi μοιάζει με πανοραμική θέα ενός λαβυρίνθου ή ίσως ακόμη και ένα κομμάτι από καραμέλα από κορδέλα.

Αυτή η ενδιαφέρουσα δομή βοηθά τη συσκευή Golgi με το ρόλο της ως μέρος του ενδομεμβρανικό σύστημα, το οποίο περιλαμβάνει το σώμα Golgi και μερικά άλλα οργανίδια, συμπεριλαμβανομένου του λυσοσώματα και ενδοπλασματικό πρόγραμμα.

Αυτά τα οργανίδια ενώνουν μαζί για να μεταβάλλουν, να συσκευάζουν και να μεταφέρουν σημαντικά περιεχόμενα κυττάρων, όπως λιπίδια και πρωτεΐνες.

Αναλογία συσκευών Golgi: Η συσκευή Golgi μερικές φορές αναφέρεται ως το εργοστάσιο συσκευασίας ή το ταχυδρομείο του κελιού επειδή δέχεται μόρια και κάνει αλλαγές σ 'αυτούς ταξινομεί και διευθύνει αυτά τα μόρια για μεταφορά σε άλλες περιοχές του κελιού, όπως το ταχυδρομείο κάνει με γράμματα και πακέτα.

Η δομή της συσκευής Golgi είναι ζωτικής σημασίας για τη λειτουργία της.

Κάθε ένα από τα επίπεδα σακουλάκια της μεμβράνης που συσσωρεύονται μαζί για να σχηματίσουν το οργανικό ονομάζεται δεξαμενές. Στους περισσότερους οργανισμούς, υπάρχουν τέσσερις έως οκτώ από αυτούς τους δίσκους, αλλά ορισμένοι οργανισμοί μπορούν να έχουν έως και 60 δεξαμενές σε ένα μόνο σώμα Golgi. Οι χώροι ανάμεσα σε κάθε θήκη είναι εξίσου σημαντικοί με τους θύλακες.

Αυτοί οι χώροι είναι οι συσκευές Golgi μονάδα φωτισμού.

Οι επιστήμονες χωρίζουν το σώμα Golgi σε τρία μέρη: τις δεξαμενές κοντά στο ενδοπλασματικό δίκτυο cis διαμέρισμα; η δεξαμενή μακριά από το ενδοπλασματικό δίκτυο, που είναι τρανς διαμέρισμα; και η μεσαία δεξαμενή, που ονομάζεται μεσαίος διαμέρισμα.

Αυτές οι ετικέτες είναι σημαντικές για την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας της συσκευής Golgi, διότι οι εξόχως απόκεντρες πλευρές ή τα δίκτυα του σώματος Golgi εκτελούν πολύ διαφορετικές λειτουργίες.

Εάν πιστεύετε ότι η συσκευή Golgi είναι το εργοστάσιο συσκευασίας του κελιού, μπορείτε να απεικονίσετε την πλευρά cis ή το πρόσωπο cis ως την αποβάθρα του Golgi. Εδώ, η συσκευή Golgi παίρνει φορτίο που αποστέλλεται από το ενδοπλασματικό δίκτυο μέσω ειδικών μεταφορέων που ονομάζονται κυστίδια.

Η αντίθετη πλευρά, που ονομάζεται trans face, είναι η αποβάθρα αποστολής του σώματος Golgi.

Μετά τη διαλογή και τη συσκευασία, η συσκευή Golgi απελευθερώνει πρωτεΐνες και λιπίδια από το τρανς πρόσωπο.

Το οργανικό φορτώνει το φορτίο πρωτεΐνης ή λιπιδίων μεταφορείς κυστιδίων, που ξεπηδούν από το Golgi, προορίζονται για άλλα μέρη στο κελί. Για παράδειγμα, κάποιο φορτίο μπορεί να μεταβεί στο λυσόσωμα για ανακύκλωση και υποβάθμιση.

Άλλο φορτίο μπορεί ακόμη και να εξαντληθεί έξω από το κελί μετά την αποστολή στη μεμβράνη πλάσματος του κυττάρου.

Το κελί κυτταροσκελετός, η οποία είναι ένα πλέγμα δομικών πρωτεϊνών που δίνουν στο κύτταρο το σχήμα του και βοηθούν στην οργάνωση του περιεχομένου του, αγκυρώνει το σώμα Golgi στη θέση του κοντά στο ενδοπλασματικό δίκτυο και το κύτταρο πυρήνας.

Δεδομένου ότι αυτά τα οργανίδια συνεργάζονται για την οικοδόμηση σημαντικών βιομορίων, όπως πρωτεϊνών και λιπιδίων, είναι λογικό να δημιουργούν ένα κατάστημα σε κοντινή απόσταση μεταξύ τους.

Μερικές από τις πρωτεΐνες του κυτταροσκελετού, ονομάζονται μικροσωληνίσκοι, ενεργούν σαν σιδηροδρομικές γραμμές ανάμεσα σε αυτά τα οργανίδια καθώς και σε άλλες τοποθεσίες εντός του κελιού. Αυτό διευκολύνει τη μεταφορά των κυστιδίων να μεταφέρουν φορτίο μεταξύ των οργανίων και στους τελικούς προορισμούς τους στο κελί.

Αυτό που συμβαίνει στο Golgi μεταξύ της παραλαβής του φορτίου στο πρόσωπο cis και της αποστολής του ξανά στο trans face είναι ένα από τα σημαντικότερα έργα της συσκευής Golgi. Η κινητήρια δύναμη πίσω από αυτήν τη λειτουργία καθοδηγείται επίσης από πρωτεΐνες.

Τα σακουλάκια cisternae στα διάφορα διαμερίσματα του σώματος Golgi περιέχουν μια ειδική κατηγορία πρωτεϊνών που ονομάζονται ένζυμα. Τα συγκεκριμένα ένζυμα σε κάθε σακουλάκι του επιτρέπουν να τροποποιεί τα λιπίδια και τις πρωτεΐνες καθώς περνούν από το πρόσωπο cis μέσω του μέσου διαμερίσματος στο δρόμο προς trans trans face.

Αυτές οι τροποποιήσεις που πραγματοποιούνται από τα διάφορα ένζυμα στα σακουλάκια του cisternae κάνουν τεράστια διαφορά στα αποτελέσματα των τροποποιημένων βιομορίων. Μερικές φορές οι τροποποιήσεις βοηθούν να κάνουν τα μόρια λειτουργικά και ικανά να κάνουν τη δουλειά τους.

Σε άλλες περιπτώσεις, οι τροποποιήσεις λειτουργούν σαν ετικέτες που ενημερώνουν το κέντρο αποστολής συσκευών Golgi για τον τελικό προορισμό των βιομορίων.

Αυτές οι τροποποιήσεις επηρεάζουν τη δομή των πρωτεϊνών και των λιπιδίων. Για παράδειγμα, τα ένζυμα μπορεί να αφαιρέσουν τις πλευρικές αλυσίδες σακχάρου ή να προσθέσουν σάκχαρα, λιπαρά οξέα ή ομάδες φωσφορικών στο φορτίο.

•••Επιστήμη

Τα συγκεκριμένα ένζυμα που υπάρχουν σε κάθε μια από τις δεξαμενές καθορίζουν ποιες τροποποιήσεις συμβαίνουν σε αυτούς τους θύλακες. Για παράδειγμα, μία τροποποίηση διασπά τη μαννόζη σακχάρου. Αυτό συμβαίνει συνήθως στα προηγούμενα cis ή μεσαία διαμερίσματα, με βάση τα ένζυμα που υπάρχουν εκεί.

Μια άλλη τροποποίηση προσθέτει τη γαλακτόζη σακχάρου ή μια θειική ομάδα στο βιομόρια. Αυτό συμβαίνει γενικά κοντά στο τέλος του ταξιδιού του φορτίου μέσω του σώματος Golgi στο διαμερισματικό διαμέρισμα.

Δεδομένου ότι πολλές από τις τροποποιήσεις δρουν σαν ετικέτες, η συσκευή Golgi χρησιμοποιεί αυτές τις πληροφορίες στην εγκάρσια όψη για να διασφαλίσει ότι τα πρόσφατα τροποποιημένα λιπίδια και πρωτεΐνες καταλήγουν στον σωστό προορισμό. Μπορείτε να το φανταστείτε σαν πακέτο γραμματοσήμων με ετικέτες διευθύνσεων και άλλες οδηγίες αποστολής για τους χειριστές αλληλογραφίας.

Το σώμα Golgi ταξινομεί το φορτίο με βάση αυτές τις ετικέτες και φορτώνει τα λιπίδια και τις πρωτεΐνες στο κατάλληλο μεταφορείς κυστιδίων, έτοιμο για αποστολή.

Πολλές από τις αλλοιώσεις που συμβαίνουν στις δεξαμενές της συσκευής Golgi είναι μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις.

Αυτές είναι αλλαγές που γίνονται στις πρωτεΐνες αφού η πρωτεΐνη έχει ήδη κατασκευαστεί και διπλωθεί. Για να το κατανοήσετε αυτό, θα πρέπει να ταξιδέψετε προς τα πίσω στο σχήμα της πρωτεϊνικής σύνθεσης.

Μέσα στον πυρήνα κάθε κυττάρου, υπάρχει DNA, το οποίο δρα σαν σχεδιάγραμμα για την οικοδόμηση βιομορίων όπως πρωτεΐνες. Το πλήρες σετ των DNA, ονομάζεται ανθρώπινο γονιδίωμα, περιέχει τόσο γονίδια που δεν κωδικοποιούν DNA όσο και γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες. Οι πληροφορίες που περιέχονται σε κάθε γονίδιο κωδικοποίησης παρέχουν τις οδηγίες για την οικοδόμηση αλυσίδων αμινοξέων.

Τελικά, αυτές οι αλυσίδες αναδιπλώνονται σε λειτουργικές πρωτεΐνες.

Ωστόσο, αυτό δεν συμβαίνει σε κλίμακα «ένα προς ένα». Εφόσον υπάρχουν τρόποι, πολύ περισσότερες ανθρώπινες πρωτεΐνες από ό, τι υπάρχουν γονίδια κωδικοποίησης στο γονιδίωμα, κάθε γονίδιο πρέπει να έχει την ικανότητα να παράγει πολλαπλές πρωτεΐνες.

Σκεφτείτε το με αυτόν τον τρόπο: εάν οι επιστήμονες εκτιμούν ότι υπάρχουν περίπου 25.000 άνθρωποι γονίδια και πάνω από 1 εκατομμύριο ανθρώπινες πρωτεΐνες, αυτό σημαίνει ότι οι άνθρωποι χρειάζονται πάνω από 40 φορές περισσότερες πρωτεΐνες από ότι έχουν μεμονωμένα γονίδια.

Η λύση για την οικοδόμηση τόσων πολλών πρωτεϊνών από ένα τόσο μικρό σύνολο γονιδίων είναι η μετα-μεταφραστική τροποποίηση.

Αυτή είναι η διαδικασία με την οποία το κύτταρο κάνει χημικές τροποποιήσεις στις νεοσυσταθείσες πρωτεΐνες (και τις παλαιότερες πρωτεΐνες σε άλλες περιόδους) προκειμένου να αλλάξει τι κάνει η πρωτεΐνη, όπου εντοπίζεται και πώς αλληλεπιδρά με άλλες μόρια.

Υπάρχουν μερικοί συνηθισμένοι τύποι μετα-μεταφραστικής τροποποίησης. Αυτές περιλαμβάνουν φωσφορυλίωση, γλυκοσυλίωση, μεθυλίωση, ακετυλίωση και λιπιδίωση.

• Φωσφορυλίωση: προσθέτει μια φωσφορική ομάδα στην πρωτεΐνη. Αυτή η τροποποίηση συνήθως επηρεάζει τις κυτταρικές διεργασίες που σχετίζονται με την ανάπτυξη των κυττάρων και τη σηματοδότηση των κυττάρων.

• Γλυκοσυλίωση: εμφανίζεται όταν το κύτταρο προσθέτει μια ομάδα σακχάρου στην πρωτεΐνη. Αυτή η τροποποίηση είναι ιδιαίτερα σημαντική για πρωτεΐνες που προορίζονται για τη μεμβράνη πλάσματος του κυττάρου ή για εκκρινόμενες πρωτεΐνες, οι οποίες καταλήγουν έξω από το κύτταρο.

• Μεθυλίωση: προσθέτει μια ομάδα μεθυλίου στην πρωτεΐνη. Αυτή η τροποποίηση είναι πολύ γνωστή επιγενετικός ρυθμιστής. Αυτό βασικά σημαίνει ότι η μεθυλίωση μπορεί να ενεργοποιήσει ή να απενεργοποιήσει την επίδραση ενός γονιδίου. Για παράδειγμα, οι άνθρωποι που βιώνουν ένα τραύμα μεγάλης κλίμακας, όπως ο λιμός, μεταδίδουν γενετικές αλλαγές στα παιδιά τους για να τους βοηθήσουν να επιβιώσουν μελλοντικές ελλείψεις σε τρόφιμα. Ένας από τους πιο συνηθισμένους τρόπους για να περάσετε αυτές τις αλλαγές από τη μία γενιά στην άλλη είναι μέσω μεθυλίωσης πρωτεϊνών.

• Ακετυλίωση: προσθέτει μια ομάδα ακετυλίου στην πρωτεΐνη. Ο ρόλος αυτής της τροποποίησης δεν είναι απολύτως σαφής για τους ερευνητές. Ωστόσο, γνωρίζουν ότι είναι μια κοινή τροποποίηση για ιστόνες, οι οποίες είναι οι πρωτεΐνες που δρουν ως καρούλια για το DNA.

• Λιπίωση: προσθέτει λιπίδια στην πρωτεΐνη. Αυτό καθιστά την πρωτεΐνη περισσότερο αντίθετη με το νερό ή υδρόφοβη και είναι πολύ χρήσιμη για πρωτεΐνες που αποτελούν μέρος των μεμβρανών.

Η μετα-μεταφραστική τροποποίηση επιτρέπει στο κύτταρο να δημιουργήσει μια μεγάλη ποικιλία πρωτεϊνών χρησιμοποιώντας έναν σχετικά μικρό αριθμό γονιδίων. Αυτές οι τροποποιήσεις αλλάζουν τον τρόπο συμπεριφοράς των πρωτεϊνών και επομένως επηρεάζουν τη συνολική κυτταρική λειτουργία. Για παράδειγμα, μπορεί να αυξήσουν ή να μειώσουν τις κυτταρικές διεργασίες όπως ανάπτυξη κυττάρων, κυτταρικό θάνατο και κυτταρική σηματοδότηση.

Ορισμένες μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις επηρεάζουν τις κυτταρικές λειτουργίες που σχετίζονται με την ανθρώπινη ασθένεια, οπότε καταλαβαίνουμε πώς και πώς Γιατί οι τροποποιήσεις μπορούν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να αναπτύξουν φάρμακα ή άλλες θεραπείες για αυτήν την υγεία συνθήκες.

Μόλις οι τροποποιημένες πρωτεΐνες και λιπίδια φτάσουν στην εγκάρσια όψη, είναι έτοιμα για ταξινόμηση και φόρτωση στα κυστίδια μεταφοράς που θα τα μεταφέρουν στους τελικούς προορισμούς τους στο κύτταρο. Για να γίνει αυτό, το σώμα Golgi βασίζεται σε εκείνες τις τροποποιήσεις που λειτουργούν ως ετικέτες, λέγοντας στο οργανόλιο πού να στείλει το φορτίο.

Η συσκευή Golgi φορτώνει το ταξινομημένο φορτίο σε μεταφορείς κυστιδίων, οι οποίοι θα βγουν από το σώμα του Golgi και θα ταξιδέψουν στον τελικό προορισμό για να παραδώσουν το φορτίο.

ΕΝΑ φισαλίδα ακούγεται περίπλοκο, αλλά είναι απλώς ένα σφαιρίδιο υγρού που περιβάλλεται από μια μεμβράνη που προστατεύει το φορτίο κατά τη μεταφορά των φυσαλίδων. Για τη συσκευή Golgi, υπάρχουν τρεις τύποι κυστιδίων μεταφοράς: εξωκυτταρικά κυστίδια, εκκριτικός κυστίδια και λυσοσωματική κυστίδια.

Τόσο τα εξωκυτταρικά όσο και τα εκκριτικά κυστίδια κατακλύζουν το φορτίο και το μεταφέρουν στην κυτταρική μεμβράνη για απελευθέρωση έξω από το κύτταρο.

Εκεί, το κυστίδιο συντήκεται με τη μεμβράνη και απελευθερώνει το φορτίο έξω από το κελί μέσω ενός πόρου στη μεμβράνη. Μερικές φορές αυτό συμβαίνει αμέσως μετά την αγκύρωση στο κυτταρική μεμβράνη. Σε άλλες περιπτώσεις, το κυστίδιο μεταφοράς αγκυλώνεται στην κυτταρική μεμβράνη και στη συνέχεια κρέμεται, περιμένοντας σήματα από το εξωτερικό του κελιού πριν απελευθερώσει το φορτίο.

Ένα καλό παράδειγμα εξωκυτταρικού φορτίου κυστιδίων είναι ένα αντίσωμα που ενεργοποιείται από το ανοσοποιητικό σύστημα, το οποίο πρέπει να αφήσει το κύτταρο για να κάνει τη δουλειά του για την καταπολέμηση των παθογόνων. Οι νευροδιαβιβαστές όπως η αδρεναλίνη είναι ένας τύπος μορίου που βασίζεται σε εκκριτικά κυστίδια.

Αυτά τα μόρια δρουν σαν σήματα για να βοηθήσουν στο συντονισμό μιας απόκρισης σε μια απειλή, όπως κατά τη διάρκεια της "μάχης ή της πτήσης".

Τα κυστίδια μεταφοράς λυσοσωμάτων μεταφέρουν το φορτίο στο λυσόσωμα, το οποίο είναι το κέντρο ανακύκλωσης του κελιού. Αυτό το φορτίο είναι γενικά κατεστραμμένο ή παλιό, οπότε το λυσόσωμα το αφαιρεί για ανταλλακτικά και υποβαθμίζει τα ανεπιθύμητα συστατικά.

Το σώμα του Golgi είναι αναμφίβολα ένα πολύπλοκο και ώριμο πεδίο για συνεχιζόμενη έρευνα. Στην πραγματικότητα, παρόλο που το Golgi πρωτοεμφανίστηκε το 1897, οι επιστήμονες εξακολουθούν να εργάζονται σε ένα μοντέλο που εξηγεί πλήρως πώς λειτουργεί η συσκευή Golgi.

Ένας τομέας συζήτησης είναι πώς ακριβώς το φορτίο κινείται από το πρόσωπο cis στο trans πρόσωπο.

Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι τα κυστίδια μεταφέρουν το φορτίο από τη μία θήκη για την άλλη. Άλλοι ερευνητές πιστεύουν ότι οι ίδιες οι δεξαμενές κινούνται, ωριμάζουν καθώς μετακινούνται από το διαμέρισμα cis στο διαμέρισμα διαμετακόμισης και μεταφέρουν το φορτίο μαζί τους.

Το τελευταίο είναι το μοντέλο ωρίμανσης.