Apparato del Golgi: funzione, struttura (con analogia e diagramma)

La maggior parte delle persone ha costruito un modello cellulare per una fiera della scienza o un progetto di scienze in classe, e pochi cellula eucariotica i componenti sono interessanti da guardare o costruire quanto i Apparato del Golgi.

A differenza di molti organelli, che tendono ad avere forme più uniformi e spesso rotonde, l'apparato di Golgi – chiamato anche complesso di Golgi, corpo di Golgi o anche solo Golgi – è una serie di dischi piatti o sacchetti impilati insieme.

All'osservatore casuale, l'apparato del Golgi sembra una vista a volo d'uccello di un labirinto o forse anche un pezzo di caramella a nastro.

Questa interessante struttura aiuta l'apparato del Golgi con il suo ruolo come parte del sistema endomembraneo, che comprende il corpo di Golgi e pochi altri organelli, tra cui il lisosomi e reticolo endoplasmatico.

Questi organelli si uniscono per alterare, impacchettare e trasportare importanti contenuti cellulari, come lipidi e proteine.

Analogia dell'apparato di Golgi: l'apparato del Golgi è talvolta indicato come l'impianto di confezionamento o l'ufficio postale della cellula perché riceve molecole e apporta modifiche a loro poi smistano e indirizzano quelle molecole per il trasporto in altre aree della cellula, proprio come fa un ufficio postale con lettere e pacchi.

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La struttura dell'apparato del Golgi è fondamentale per la sua funzione.

Ciascuno dei sacchetti piatti di membrana che si impilano insieme per formare l'organello è chiamato cisterne. Nella maggior parte degli organismi, ci sono da quattro a otto di questi dischi, ma alcuni organismi possono avere fino a 60 cisterne in un singolo corpo di Golgi. Gli spazi tra ogni sacchetto sono importanti tanto quanto i sacchetti stessi.

Questi spazi sono l'apparato del Golgi' lume.

Gli scienziati dividono il corpo del Golgi in tre parti: le cisterne vicine al reticolo endoplasmatico, che è il cis vano; le cisterne lontane dal reticolo endoplasmatico, che è il trans vano; e le cisterne di mezzo, chiamate the mediale vano.

Queste etichette sono importanti per capire come funziona l'apparato del Golgi perché i lati più esterni, o reti, del corpo di Golgi svolgono funzioni molto diverse.

Se si pensa all'apparato di Golgi come all'impianto di confezionamento della cellula, è possibile visualizzare il lato cis, o faccia cis, come il bacino di ricezione del Golgi. Qui, l'apparato del Golgi preleva il carico inviato dal reticolo endoplasmatico attraverso speciali trasportatori chiamati vescicole.

Il lato opposto, chiamato trans face, è il molo di spedizione del corpo del Golgi.

Dopo la cernita e il confezionamento, l'apparato del Golgi rilascia proteine ​​e lipidi dal volto trans.

L'organello carica il carico proteico o lipidico in trasportatori di vescicole, che germogliano dal Golgi, destinati ad altri luoghi della cella. Ad esempio, alcuni carichi possono andare al lisosoma per il riciclaggio e la degradazione.

Altro carico potrebbe anche finire fuori dalla cellula dopo essere stato spedito alla membrana plasmatica della cellula.

La cellula citoscheletro, che è una matrice di proteine ​​strutturali che danno la forma alla cellula e aiutano a organizzare il suo contenuto, ancora il corpo del Golgi in posizione vicino al reticolo endoplasmatico e alla cellula nucleo.

Poiché questi organelli lavorano insieme per costruire importanti biomolecole, come proteine ​​e lipidi, ha senso per loro stabilire un negozio in stretta vicinanza l'uno all'altro.

Alcune delle proteine ​​del citoscheletro, chiamate microtubuli, agiscono come binari ferroviari tra questi organelli e altre posizioni all'interno della cellula. Questo rende facile per le vescicole di trasporto spostare il carico tra gli organelli e le loro destinazioni finali nella cellula.

Ciò che accade nel Golgi tra la ricezione del carico sul fronte cis e il rispedirlo al fronte trans è uno dei lavori principali dell'apparato del Golgi. La forza trainante di questa funzione è anche guidata dalle proteine.

Le tasche delle cisterne nei vari compartimenti del corpo del Golgi contengono una classe speciale di proteine ​​chiamate enzimi. Gli enzimi specifici in ciascuna sacca consentono di modificare i lipidi e le proteine ​​mentre passano dalla faccia cis attraverso il compartimento mediale sulla strada per la faccia trans.

Queste modifiche eseguite dai vari enzimi nelle tasche delle cisterne fanno un'enorme differenza nei risultati delle biomolecole modificate. A volte le modifiche aiutano a rendere le molecole funzionali e in grado di svolgere il proprio lavoro.

Altre volte, le modifiche fungono da etichette che informano il centro di spedizione dell'apparato del Golgi della destinazione finale delle biomolecole.

Queste modifiche influenzano la struttura delle proteine ​​e dei lipidi. Ad esempio, gli enzimi potrebbero rimuovere le catene laterali dello zucchero o aggiungere zucchero, acidi grassi o gruppi fosfato al carico.

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Gli enzimi specifici presenti in ciascuna delle cisterne determinano quali modifiche avvengono in quelle tasche cisterna. Ad esempio, una modifica scinde lo zucchero mannosio. Questo di solito si verifica nei primi compartimenti cis o mediali, in base agli enzimi presenti lì.

Un'altra modifica aggiunge lo zucchero galattosio o un gruppo solfato al biomolecole. Questo accade generalmente verso la fine del viaggio del carico attraverso il corpo del Golgi nel compartimento di trasporto.

Poiché molte delle modifiche agiscono come etichette, l'apparato del Golgi utilizza queste informazioni sulla faccia trans per garantire che i lipidi e le proteine ​​appena alterati arrivino alla destinazione corretta. Puoi immaginarlo come un ufficio postale che timbra pacchi con etichette per indirizzi e altre istruzioni di spedizione per i gestori della posta.

Il corpo del Golgi smista il carico in base a quelle etichette e carica i lipidi e le proteine ​​nell'apposito trasportatori di vescicole, pronto per la spedizione.

Molte delle alterazioni che avvengono nelle cisterne dell'apparato del Golgi sono modifiche post-traduzionali.

Si tratta di modifiche apportate alle proteine ​​dopo che la proteina è già stata costruita e ripiegata. Per dare un senso a ciò, dovrai viaggiare a ritroso nello schema della sintesi proteica.

All'interno del nucleo di ogni cellula, c'è il DNA, che agisce come un modello per la costruzione di biomolecole come le proteine. Il set completo di DNA, chiamato il genoma umano, contiene sia DNA non codificante che geni codificanti proteine. Le informazioni contenute in ciascun gene codificante forniscono le istruzioni per costruire catene di amminoacidi.

Alla fine, queste catene si ripiegano in proteine ​​funzionali.

Tuttavia, questo non accade su una scala uno a uno. Poiché ci sono molte, molte più proteine ​​umane di quanti geni codificanti ci siano nel genoma, ogni gene deve avere la capacità di produrre più proteine.

Pensala in questo modo: se gli scienziati stimano che ci siano circa 25.000 umani geni e oltre 1 milione di proteine ​​umane, il che significa che gli esseri umani richiedono oltre 40 volte più proteine ​​di quante ne abbiano i singoli geni.

La soluzione per costruire così tante proteine ​​da un insieme relativamente piccolo di geni è la modifica post-traduzionale.

Questo è il processo mediante il quale la cellula apporta modifiche chimiche alle proteine ​​appena formate (e alle proteine ​​più vecchie). altre volte) per cambiare cosa fa la proteina, dove si localizza e come interagisce con gli altri molecole.

Esistono alcuni tipi comuni di modifica post-traduzionale. Questi includono fosforilazione, glicosilazione, metilazione, acetilazione e lipidazione.

• fosforilazione: aggiunge un gruppo fosfato alla proteina. Questa modifica di solito colpisce i processi cellulari legati alla crescita cellulare e alla segnalazione cellulare.

• glicosilazione: si verifica quando la cellula aggiunge un gruppo zuccherino alla proteina. Questa modifica è particolarmente importante per le proteine ​​destinate alla membrana plasmatica della cellula o per le proteine ​​secrete, che finiscono all'esterno della cellula.

• metilazione: aggiunge un gruppo metilico alla proteina. Questa modifica è ben nota regolatore epigenetico. Ciò significa sostanzialmente che la metilazione può attivare o disattivare l'influenza di un gene. Ad esempio, le persone che subiscono un trauma su larga scala, come la carestia, trasmettono cambiamenti genetici ai propri figli per aiutarli a sopravvivere a future carenze alimentari. Uno dei modi più comuni per trasmettere questi cambiamenti da una generazione all'altra è attraverso la metilazione delle proteine.

• acetilazione: aggiunge un gruppo acetile alla proteina. Il ruolo di questa modifica non è del tutto chiaro ai ricercatori. Tuttavia, sanno che è una modifica comune per istoni, che sono le proteine ​​che fungono da bobine per il DNA.

• Lipidazione: aggiunge lipidi alla proteina. Questo rende la proteina più contraria all'acqua, o idrofoba, ed è molto utile per le proteine ​​che fanno parte delle membrane.

La modifica post-traduzionale consente alla cellula di costruire un'ampia varietà di proteine ​​utilizzando un numero relativamente piccolo di geni. Queste modifiche cambiano il modo in cui le proteine ​​si comportano e quindi influenzano la funzione cellulare complessiva. Ad esempio, possono aumentare o diminuire i processi cellulari come la crescita cellulare, la morte cellulare e la segnalazione cellulare.

Alcune modifiche post-traduzionali influenzano le funzioni cellulari legate alle malattie umane, quindi capire come e il motivo per cui si verificano modifiche può aiutare gli scienziati a sviluppare farmaci o altri trattamenti per questi problemi di salute condizioni.

Una volta che le proteine ​​e i lipidi modificati raggiungono la faccia trans, sono pronti per lo smistamento e il caricamento nelle vescicole di trasporto che li trasporteranno alle loro destinazioni finali nella cellula. Per fare ciò, il corpo del Golgi si affida a quelle modifiche che fungono da etichette, indicando all'organello dove inviare il carico.

L'apparato di Golgi carica il carico smistato in trasportatori di vescicole, che germoglieranno dal corpo del Golgi e viaggeranno verso la destinazione finale per consegnare il carico.

UN vescicola suona complesso, ma è semplicemente una goccia di fluido circondata da una membrana che protegge il carico durante il trasporto vescicolare. Per l'apparato del Golgi esistono tre tipi di vescicole di trasporto: esocitotico vescicole, secretoria vescicole e lisosomiale vescicole.

Sia le vescicole esocitotiche che quelle secretorie inghiottono il carico e lo spostano verso la membrana cellulare per il rilascio all'esterno della cellula.

Lì, la vescicola si fonde con la membrana e rilascia il carico all'esterno della cellula attraverso un poro nella membrana. A volte questo accade immediatamente dopo l'attracco al membrana cellulare. Altre volte, la vescicola di trasporto si aggancia alla membrana cellulare e poi si blocca, in attesa di segnali dall'esterno della cellula prima di rilasciare il carico.

Un buon esempio di carico di vescicole esocitotiche è un anticorpo attivato dal sistema immunitario, che ha bisogno di lasciare la cellula per svolgere il suo lavoro per combattere gli agenti patogeni. I neurotrasmettitori come l'adrenalina sono un tipo di molecola che si basa su vescicole secretorie.

Queste molecole agiscono come segnali per aiutare a coordinare una risposta a una minaccia, come durante "lotta o fuga".

Le vescicole di trasporto lisosomiale spostano il carico verso il lisosoma, che è il centro di riciclaggio della cellula. Questo carico è generalmente danneggiato o vecchio, quindi il lisosoma lo spoglia per parti e degrada i componenti indesiderati.

Il corpo del Golgi è senza dubbio un'area complessa e matura per una continua ricerca. Infatti, anche se il Golgi è stato visto per la prima volta nel 1897, gli scienziati stanno ancora lavorando a un modello che spieghi completamente come funziona l'apparato del Golgi.

Un'area di dibattito è come esattamente il carico si sposta dalla faccia cis alla faccia trans.

Alcuni scienziati pensano che le vescicole trasportino il carico da una sacca di cisterna all'altra. Altri ricercatori pensano che le cisterne stesse si muovano, maturando mentre si spostano dal compartimento cis al compartimento trans e trasportano il carico con loro.

Quest'ultimo è il modello di maturazione.