A legtöbb ember sejtmodellt épített egy tudományos vásárra vagy osztálytermi tudományos projektre, és kevesen Eukarióta sejt az alkatrészeket ugyanolyan érdekes megnézni vagy építeni, mint a Golgi-készülék.
Sokakkal ellentétben sejtszervecskék, amelyek általában egységesebbek és gyakran kerek formájúak, a Golgi-készülék - más néven Golgi-komplexum, Golgi-test vagy akár csak Golgi - lapos korongok vagy tasakok sorozata.
Az alkalmi megfigyelő számára a Golgi-apparátus úgy néz ki, mint egy labirintus madártávlat, vagy akár egy darab szalagcukorka.
Ez az érdekes szerkezet segíti a Golgi-apparátust annak részeként betöltött szerepével endomembrán rendszer, amely magában foglalja a Golgi testet és néhány más organellát, köztük a lizoszómák és endoplazmatikus retikulum.
Ezek az organellák összekapcsolódva megváltoztatják, csomagolják és szállítják a fontos sejttartalmakat, például a lipideket és a fehérjéket.
Golgi-apparátus-analógia: a Golgi-készüléket néha csomagoló üzemnek vagy a sejt postahivatalának nevezik, mert befogadja a molekulákat és változtatásokat végez nekik ezután szétválogatja és megcímezi azokat a molekulákat, hogy a sejt más területeire szállítsák őket, akárcsak egy postai levél és csomag.
A Golgi-test felépítése
A Golgi-berendezés felépítése döntő fontosságú annak működéséhez.
A membrán minden lapos tasakját, amelyek egymással egymásra rakódva alkotják az organellát, nevezzük ciszternae. A legtöbb organizmusban négy-nyolc ilyen lemez található, de egyes szervezetekben legfeljebb 60 ciszterna lehet egyetlen Golgi-testben. Az egyes tasakok közötti terek ugyanolyan fontosak, mint maguk a tasakok.
Ezek a terek a Golgi-készülékek lumen.
A tudósok három részre osztják a Golgi testet: az endoplazmatikus retikulumhoz közeli ciszterna cisz rekesz; a ciszternae messze van az endoplazmatikus retikulumtól, amely a ford rekesz; és a középső ciszternae, az úgynevezett középső rekesz.
Ezek a címkék azért fontosak a Golgi-készülék működésének megértéséhez, mert a Golgi-test legkülső oldalai vagy hálózatai nagyon különböző funkciókat látnak el.
Ha úgy gondolja, hogy a Golgi-készülék a sejt csomagoló üzemének tekinthető, akkor a cisz oldalt vagy a cisz arcot, mint a Golgi befogadó dokkját jelenítheti meg. Itt a Golgi-készülék az endoplazmatikus retikulumból küldött rakományt veszi fel speciális vezikuláknak nevezett szállítóeszközökön keresztül.
A szemközti oldal, az úgynevezett transz-arc, a Golgi test szállító dokkja.
A Golgi felépítése és szállítása
Válogatás és csomagolás után a Golgi készülék fehérjéket és lipidek a transz arcból.
Az organelle a fehérje vagy lipid rakományt tölti be vezikulus transzporterek, amelyek a Golgitól elrugaszkodnak, és a sejt más helyeire szánják. Például bizonyos rakomány újrahasznosítás és lebomlás céljából a lizoszómába kerülhet.
Más rakomány akár a cellán kívül is felhúzódhat, miután a sejt plazmamembránjára szállította.
A cella citoszkeleton, amely olyan strukturális fehérjék mátrixa, amelyek megadják a sejt alakját és elősegítik annak tartalmának szerveződését, a Golgi testet rögzítik az endoplazmatikus retikulum és a sejt közelében atommag.
Mivel ezek az organellák együtt dolgoznak fontos biomolekulák, például fehérjék és lipidek felépítésében, érdemes nekik üzletet létesíteni egymás közvetlen közelében.
A citoszkeleton fehérjéinek egy része, az ún mikrotubulusok, úgy viselkednek, mint a vasúti sínek ezek az organellák, valamint a sejt más helyszínei között. Ez megkönnyíti a szállító vezikulák számára a rakomány mozgatását az organellák között és végső rendeltetési helyeikig a cellában.
Enzimek: A szerkezet és a funkció közötti kapcsolat
Ami a Golgiban történik, amikor a rakományt a cisz oldalra veszik, és a rakodótérnél újra kiszállítják, az a Golgi-készülék egyik legfontosabb munkája. A funkció hajtóerejét a fehérjék is vezérlik.
A golgi test különféle rekeszeiben lévő ciszterna tasakok egy speciális fehérjeb osztályt tartalmaznak, az úgynevezett fehérjéket enzimek. Az egyes tasakokban található specifikus enzimek lehetővé teszik a lipidek és a fehérjék módosítását, amint azok a cisz arcról a mediális rekeszen átjutnak a transz arc felé vezető úton.
Ezek a ciszterna tasakokban lévő különféle enzimek által végzett módosítások hatalmas különbséget jelentenek a módosított biomolekulák kimenetelében. Néha a módosítások elősegítik a molekulák működését és munkájuk elvégzését.
Máskor a módosítások olyan címkékként működnek, amelyek tájékoztatják a Golgi készülék szállítóközpontját a biomolekulák végső rendeltetési helyéről.
Ezek a módosítások befolyásolják a fehérjék és a lipidek szerkezetét. Például az enzimek eltávolíthatják a cukor oldalláncait, vagy cukor-, zsírsav- vagy foszfátcsoportokat adhatnak a rakományhoz.
•••Tudományosság
Enzimek és transzport
Az egyes ciszternákban jelen lévő specifikus enzimek meghatározzák, hogy az ezekben a ciszternákban milyen módosítások történnek. Például az egyik módosítás hasítja a cukor mannózt. Ez általában a korábbi cisz vagy mediális rekeszekben fordul elő, az ott jelenlévő enzimek alapján.
Egy másik módosítás hozzáadja a cukor-galaktózt vagy egy szulfátcsoportot a biomolekulák. Ez általában a rakomány útjának vége közelében történik a transzgáz Golgi testén keresztül.
Mivel számos módosítás a címkékhez hasonlóan viselkedik, a Golgi-készülék ezeket az információkat a keresztoldalon használja annak biztosítására, hogy az újonnan megváltozott lipidek és fehérjék a megfelelő rendeltetési helyre kerüljenek. Ezt úgy képzelheti el, mint egy posta, amely címkékkel ellátott csomagokat és egyéb szállítási utasításokat nyomtat a postakezelőknek.
A Golgi test e címkék alapján rendezi a rakományt, és a lipideket és fehérjéket a megfelelőbe tölti be vezikulus transzporterek, készen áll a szállításra.
Szerep a génexpresszióban
A Golgi-apparátus ciszternáiban bekövetkező változások közül sok ilyen fordítás utáni módosítások.
Ezek a fehérjéken végrehajtott változtatások, miután a fehérje már felépült és felhajtott. Ennek értelmezéséhez vissza kell utaznia a fehérjeszintézis sémájában.
Az egyes sejtek magjában van egy DNS, amely mint a fehérjékhez hasonló biomolekulák építésének tervrajza működik. A teljes készlet DNS, hívta a emberi genomnem-kódoló DNS-t és fehérjét kódoló géneket egyaránt tartalmaz. Az egyes kódoló génekben található információk útmutatást adnak az aminosavak láncainak felépítéséhez.
Végül ezek a láncok funkcionális fehérjékké hajtanak össze.
Ez azonban nem egy az egyben léptékben történik. Mivel létezik út, így több emberi fehérje, mint ahány kódoló gén van a genomban, minden génnek képesnek kell lennie arra, hogy több fehérjét termeljen.
Gondoljon így: ha a tudósok becslése szerint körülbelül 25 000 ember él gének és több mint egymillió emberi fehérje, ez azt jelenti, hogy az embereknek több mint 40-szer több fehérjére van szükségük, mint egyedi génjeikkel.
Fordítás utáni módosítások
A megoldás egy ilyen viszonylag kis génkészletből ennyi fehérje felépítésére a poszttranszlációs módosítás.
Ez az a folyamat, amelynek során a sejt kémiai módosításokat hajt végre az újonnan képződött fehérjékben (és az idősebb fehérjékben) máskor) annak érdekében, hogy megváltoztassák, mit csinál a fehérje, hol lokalizálódik és hogyan lép kölcsönhatásba másokkal molekulák.
A transzláció utáni módosításoknak néhány általános típusa van. Ide tartoznak a foszforilezés, a glikozilezés, a metilezés, az acetilezés és a lipidálás.
- Foszforilezés: foszfátcsoportot ad a fehérjéhez. Ez a módosítás általában befolyásolja a sejtnövekedéssel és a sejtjelzéssel kapcsolatos sejtfolyamatokat.
- Glikozilezés: akkor fordul elő, amikor a sejt cukorcsoportot ad a fehérjéhez. Ez a módosítás különösen fontos a sejt plazmamembránjához szánt fehérjék vagy a sejten kívül szétterülő fehérjék számára.
- Metilezés: metilcsoportot ad a fehérjéhez. Ez a módosítás közismert epigenetikus szabályozó. Ez alapvetően azt jelenti, hogy a metilezés be- vagy kikapcsolhatja a gén hatását. Például azok az emberek, akik nagyszabású traumát, például éhínséget tapasztalnak, genetikai változásokat adnak át gyermekeiknek, hogy segítsenek túlélni a jövőbeni élelmiszerhiányt. A változások egyik generációról egyik generációra történő átadásának egyik leggyakoribb módja a fehérje-metilezés.
- Acetilezés: acetilcsoportot ad a fehérjéhez. Ennek a módosításnak a szerepe nem teljesen világos a kutatók számára. Azonban tudják, hogy a hisztonok, amelyek a DNS orsóként működő fehérjék.
- Lipidáció: lipideket ad a fehérjéhez. Ezáltal a fehérje jobban ellentétes a vízzel vagy hidrofób, és nagyon hasznos a membrán részét képező fehérjék esetében.
A poszttranszlációs módosítás lehetővé teszi, hogy a sejt sokféle fehérjét építsen fel, viszonylag kis számú gén felhasználásával. Ezek a módosítások megváltoztatják a fehérjék viselkedését, és ezért befolyásolják a sejtek általános működését. Például növelhetik vagy csökkenthetik a sejtfolyamatokat, például a sejtnövekedést, a sejthalált és a sejtjelzést.
Néhány poszttranszlációs módosítás befolyásolja az emberi betegségekkel kapcsolatos sejtfunkciókat, ezért meg kell találni, hogyan és hogyan miért történnek módosítások, segíthet a tudósoknak gyógyszerek vagy más kezelések kifejlesztésében ezen egészség érdekében körülmények.
Szerep a vezikulák kialakulásában
Amint a módosított fehérjék és lipidek eljutnak a transz-arcba, készen állnak a szétválogatásra és a transzport vezikulákba történő betöltésre, amelyek a sejtben a végső rendeltetési helyre szállítják őket. Ehhez a Golgi-testület támaszkodik azokra a módosításokra, amelyek címkeként működnek, és megmondják az organellának, hová küldje a rakományt.
A Golgi készülék a válogatott rakományt vezikulásszállítóba rakja, amely leereszkedik a Golgi testéről, és a végállomásra utazik, hogy szállítsa a rakományt.
A vezikulum összetettnek hangzik, de egyszerűen egy membránnal körülvett folyadékgyöngy, amely védi a rakományt vezikuláris szállítás során. A Golgi-készülék esetében háromféle szállító vezikulum létezik: exocitotikus vezikulák, titkárság vezikulák és lizoszomális vezikulák.
A vezikula transzporterek típusai
Mind az exocitotikus, mind a szekréciós vezikulák elnyelik a rakományt, és a sejtmembránhoz mozgatják a sejten kívüli felszabadulás érdekében.
Ott a vezikulum összeolvad a membránnal, és a membránban lévő póruson keresztül felszabadítja a rakományt a sejten kívül. Néha ez azonnal megtörténik, miután kikötött a sejt membrán. Máskor a szállító vezikulák kikötnek a sejtmembránnál, majd lógnak, várva a cellán kívülről érkezõ jeleket, mielõtt elengednék a rakományt.
Az exocitotikus hólyagrakomány jó példája az immunrendszer által aktivált antitest, amelynek el kell hagynia a sejtet, hogy a kórokozók elleni küzdelem érdekében végezhesse munkáját. A neurotranszmitterek, mint például az adrenalin, olyan típusú molekulák, amelyek a szekréciós vezikulákra támaszkodnak.
Ezek a molekulák jelként viselkednek, hogy segítsék a fenyegetésre adott válasz koordinálását, például "harc vagy menekülés" során.
A lizoszomális szállító vezikulák a rakományt a lizoszóma, amely a cella újrahasznosító központja. Ez a rakomány általában sérült vagy régi, ezért a lizoszóma lefedi az alkatrészeket és lebontja a nem kívánt alkatrészeket.
A Golgi funkciója folyamatos rejtély
A Golgi test kétségtelenül komplex és érett terület a folyamatos kutatás számára. Valójában annak ellenére, hogy a Golgit először 1897-ben látták, a tudósok még mindig dolgoznak egy olyan modellen, amely teljes mértékben elmagyarázza a Golgi-apparátus működését.
A vita egyik területe az, hogy a rakomány pontosan hogyan mozog a cisz oldalról a transz felé.
Egyes tudósok úgy gondolják, hogy a vezikulák az egyik ciszterna tasakból a másikba viszik a rakományt. Más kutatók szerint a ciszterna maguk mozognak, érik, amikor a cisz rekeszből a transz rekeszbe mozognak, és magukkal viszik a rakományt.
Ez utóbbi a érlelési modell.