La mayoría de la gente ha construido un modelo celular para una feria de ciencias o un proyecto de ciencia en el aula, y pocos célula eucariota Los componentes son tan interesantes de ver o construir como los Aparato de Golgi.
A diferencia de muchos orgánulos, que tienden a tener formas más uniformes y a menudo redondas, el aparato de Golgi, también llamado complejo de Golgi, cuerpo de Golgi o incluso simplemente Golgi, es una serie de discos planos o bolsas apiladas.
Para el observador casual, el aparato de Golgi parece una vista de pájaro de un laberinto o tal vez incluso un trozo de cinta de caramelo.
Esta interesante estructura ayuda al aparato de Golgi con su papel como parte del sistema endomembranoso, que comprende el cuerpo de Golgi y algunos otros orgánulos, incluido el lisosomas y retículo endoplásmico.
Estos orgánulos se unen para alterar, empaquetar y transportar importantes contenidos celulares, como lípidos y proteínas.
Analogía del aparato de Golgi: El aparato de Golgi a veces se conoce como la planta de empaque o la oficina de correos de la célula porque recibe moléculas y realiza cambios. para ellos luego clasifica y dirige esas moléculas para transportarlas a otras áreas de la célula, tal como lo hace una oficina de correos con cartas y paquetes.
Estructura del cuerpo de Golgi
La estructura del aparato de Golgi es fundamental para su función.
Cada una de las bolsas planas de membrana que se apilan para formar el orgánulo se llama cisternas. En la mayoría de los organismos, hay de cuatro a ocho de estos discos, pero algunos organismos pueden tener hasta 60 cisternas en un solo cuerpo de Golgi. Los espacios entre cada bolsa son tan importantes como las bolsas mismas.
Estos espacios son el aparato de Golgi ' lumen.
Los científicos dividen el cuerpo de Golgi en tres partes: las cisternas cercanas al retículo endoplásmico, que es el cis compartimiento; las cisternas alejadas del retículo endoplásmico, que es el trans compartimiento; y las cisternas medias, llamadas el medio compartimiento.
Estas etiquetas son importantes para comprender cómo funciona el aparato de Golgi porque los lados más externos, o redes, del cuerpo de Golgi realizan funciones muy diferentes.
Si piensa en el aparato de Golgi como la planta de empaque de la célula, puede visualizar el lado cis, o la cara cis, como el muelle receptor de Golgi. Aquí, el aparato de Golgi toma la carga enviada desde el retículo endoplásmico a través de transportadores especiales llamados vesículas.
El lado opuesto, llamado cara trans, es el muelle de envío del cuerpo de Golgi.
Estructura y transporte de Golgi
Después de clasificar y envasar, el aparato de Golgi libera proteínas y lípidos de la cara trans.
El orgánulo carga la carga de proteínas o lípidos en transportadores de vesículas, que brotan del Golgi, destinados a otros lugares de la célula. Por ejemplo, parte de la carga puede ir al lisosoma para su reciclaje y degradación.
Otra carga incluso podría terminar fuera de la celda después de enviarse a la membrana plasmática de la celda.
Las celdas citoesqueleto, que es una matriz de proteínas estructurales que dan forma a la célula y ayudan a organizar su contenido, ancla el cuerpo de Golgi en su lugar cerca del retículo endoplásmico y la célula. núcleo.
Dado que estos orgánulos trabajan juntos para construir biomoléculas importantes, como proteínas y lípidos, tiene sentido que se establezcan muy cerca unos de otros.
Algunas de las proteínas del citoesqueleto, llamadas microtúbulos, actúan como vías de tren entre estos orgánulos y otras ubicaciones dentro de la celda. Esto facilita que las vesículas de transporte muevan la carga entre los orgánulos y sus destinos finales en la celda.
Enzimas: el vínculo entre estructura y función
Lo que sucede en el Golgi entre recibir la carga en la cara cis y enviarla de nuevo por la cara trans es parte del trabajo principal del aparato de Golgi. La fuerza impulsora detrás de esta función también es impulsada por proteínas.
Las bolsas de las cisternas en los distintos compartimentos del cuerpo de Golgi contienen una clase especial de proteínas llamadas enzimas. Las enzimas específicas en cada bolsa le permiten modificar los lípidos y proteínas a medida que pasan de la cara cis a través del compartimento medial en el camino a la cara trans.
Estas modificaciones realizadas por las diversas enzimas en las bolsas de las cisternas marcan una gran diferencia en los resultados de las biomoléculas modificadas. A veces, las modificaciones ayudan a que las moléculas sean funcionales y capaces de hacer su trabajo.
En otras ocasiones, las modificaciones actúan como etiquetas que informan al centro de envío del aparato de Golgi del destino final de las biomoléculas.
Estas modificaciones afectan la estructura de las proteínas y los lípidos. Por ejemplo, las enzimas pueden eliminar las cadenas laterales del azúcar o agregar azúcar, ácidos grasos o grupos fosfato a la carga.
•••Ciencia
Enzimas y transporte
Las enzimas específicas presentes en cada una de las cisternas determinan qué modificaciones ocurren en esas bolsas cisternas. Por ejemplo, una modificación escinde el azúcar manosa. Esto suele ocurrir en los compartimentos cis o medial anteriores, según las enzimas presentes allí.
Otra modificación agrega el azúcar galactosa o un grupo sulfato al biomoléculas. Esto generalmente ocurre cerca del final del viaje de la carga a través del cuerpo del Golgi en el compartimento de transmisión.
Dado que muchas de las modificaciones actúan como etiquetas, el aparato de Golgi utiliza esta información en la cara trans para garantizar que los lípidos y proteínas recientemente alterados terminen en el destino correcto. Puede imaginarse esto como una oficina de correos sellando paquetes con etiquetas de dirección y otras instrucciones de envío para los encargados del correo.
El cuerpo de Golgi clasifica la carga basándose en esas etiquetas y carga los lípidos y proteínas en el lugar apropiado. transportadores de vesículas, listo para enviar.
Papel en la expresión genética
Muchas de las alteraciones que se producen en las cisternas del aparato de Golgi son modificaciones postraduccionales.
Estos son cambios realizados en las proteínas después de que la proteína ya se ha construido y plegado. Para que esto tenga sentido, deberá retroceder en el esquema de síntesis de proteínas.
Dentro del núcleo de cada célula, hay ADN, que actúa como un modelo para construir biomoléculas como proteínas. El conjunto completo de ADN, llamó al Genoma humano, contiene tanto ADN no codificante como genes que codifican proteínas. La información contenida en cada gen codificante da las instrucciones para construir cadenas de aminoácidos.
Finalmente, estas cadenas se pliegan en proteínas funcionales.
Sin embargo, esto no sucede en una escala de uno a uno. Dado que hay muchísimas más proteínas humanas que genes codificantes en el genoma, cada gen debe tener la capacidad de producir múltiples proteínas.
Piénselo de esta manera: si los científicos estiman que hay alrededor de 25.000 humanos genes y más de 1 millón de proteínas humanas, eso significa que los seres humanos necesitan más de 40 veces más proteínas que los genes individuales.
Modificaciones postraduccionales
La solución para construir tantas proteínas a partir de un conjunto relativamente pequeño de genes es la modificación postraduccional.
Este es el proceso mediante el cual la célula realiza modificaciones químicas en las proteínas recién formadas (y proteínas más antiguas). otras veces) para cambiar lo que hace la proteína, dónde se localiza y cómo interactúa con otros moléculas.
Hay algunos tipos comunes de modificación postraduccional. Estos incluyen fosforilación, glicosilación, metilación, acetilación y lipidación.
- Fosforilación: agrega un grupo fosfato a la proteína. Esta modificación generalmente afecta los procesos celulares relacionados con el crecimiento celular y la señalización celular.
- Glicosilación: ocurre cuando la célula agrega un grupo de azúcar a la proteína. Esta modificación es especialmente importante para las proteínas destinadas a la membrana plasmática de la célula o para las proteínas secretadas, que terminan fuera de la célula.
- Metilación: agrega un grupo metilo a la proteína. Esta modificación es un conocido regulador epigenético. Esto básicamente significa que la metilación puede activar o desactivar la influencia de un gen. Por ejemplo, las personas que experimentan un trauma a gran escala, como la hambruna, transmiten cambios genéticos a sus hijos para ayudarlos a sobrevivir a la escasez de alimentos en el futuro. Una de las formas más comunes de transmitir esos cambios de una generación a otra es a través de la metilación de proteínas.
- Acetilación: agrega un grupo acetilo a la proteína. El papel de esta modificación no está del todo claro para los investigadores. Sin embargo, saben que es una modificación común para histonas, que son las proteínas que actúan como bobinas del ADN.
- Lipidación: agrega lípidos a la proteína. Esto hace que la proteína sea más opuesta al agua, o hidrófoba, y es muy útil para las proteínas que forman parte de las membranas.
La modificación postraduccional permite que la célula construya una amplia variedad de proteínas utilizando un número relativamente pequeño de genes. Estas modificaciones cambian la forma en que se comportan las proteínas y, por lo tanto, afectan la función celular general. Por ejemplo, pueden aumentar o disminuir procesos celulares como el crecimiento celular, la muerte celular y la señalización celular.
Algunas modificaciones postraduccionales afectan las funciones celulares relacionadas con la enfermedad humana, por lo tanto, averiguar cómo y por qué ocurren las modificaciones puede ayudar a los científicos a desarrollar medicamentos u otros tratamientos para estos problemas de salud condiciones.
Papel en la formación de vesículas
Una vez que las proteínas y lípidos modificados llegan a la cara trans, están listos para ser clasificados y cargados en las vesículas de transporte que los transportarán a sus destinos finales en la célula. Para hacer esto, el cuerpo de Golgi se basa en esas modificaciones que actúan como etiquetas, indicándole al orgánulo a dónde enviar la carga.
El aparato de Golgi carga la carga clasificada en transportadores de vesículas, que se desprenderán del cuerpo de Golgi y viajarán al destino final para entregar la carga.
A vesícula Suena complejo, pero es simplemente una gota de líquido rodeada por una membrana que protege la carga durante el transporte vesicular. Para el aparato de Golgi, existen tres tipos de vesículas de transporte: exocitótico vesículas, secretor vesículas y lisosomal vesículas.
Tipos de transportadores de vesículas
Tanto las vesículas exocitóticas como secretoras envuelven la carga y la mueven hacia la membrana celular para su liberación fuera de la célula.
Allí, la vesícula se fusiona con la membrana y libera la carga fuera de la célula a través de un poro en la membrana. A veces esto sucede inmediatamente después de atracar en el membrana celular. En otras ocasiones, la vesícula de transporte se acopla a la membrana celular y luego cuelga, esperando señales del exterior de la célula antes de liberar la carga.
Un buen ejemplo de carga de vesículas exocitóticas es un anticuerpo activado por el sistema inmunológico, que necesita abandonar la célula para poder hacer su trabajo de combatir los patógenos. Los neurotransmisores como la adrenalina son un tipo de molécula que depende de las vesículas secretoras.
Estas moléculas actúan como señales para ayudar a coordinar una respuesta a una amenaza, como durante la "lucha o huida".
Las vesículas de transporte lisosomal mueven la carga al lisosoma, que es el centro de reciclaje de la celda. Esta carga generalmente está dañada o vieja, por lo que el lisosoma la despoja y degrada los componentes no deseados.
La función del Golgi es un misterio continuo
El cuerpo de Golgi es sin duda un área compleja y madura para la investigación en curso. De hecho, aunque el Golgi se vio por primera vez en 1897, los científicos todavía están trabajando en un modelo que explica completamente cómo funciona el aparato de Golgi.
Un área de debate es cómo se mueve exactamente la carga de la cara cis a la cara trans.
Algunos científicos piensan que las vesículas transportan la carga de una bolsa de cisternas a otra. Otros investigadores piensan que las propias cisternas se mueven, madurando a medida que pasan del compartimento cis al compartimento trans y llevan la carga con ellas.
Este último es el modelo de maduración.