ゴルジ装置：機能、構造（類推と図付き）

ほとんどの人は、サイエンスフェアや教室の科学プロジェクトのセルモデルを構築していますが、ほとんどの人は 真核細胞 コンポーネントは、見たり構築したりするのと同じくらい興味深いものです。 ゴルジ体.

多くとは異なり オルガネラは、より均一で、多くの場合丸い形状になる傾向があります。ゴルジ装置（ゴルジ複合体、ゴルジ体、または単にゴルジとも呼ばれます）は、一連の平らなディスクまたはポーチを積み重ねたものです。

カジュアルな観察者には、ゴルジ装置は迷路の鳥瞰図、あるいはリボンキャンディーの一部のように見えます。

この興味深い構造は、ゴルジ装置がその一部としての役割を果たすのに役立ちます 細胞内膜系、ゴルジ体と他のいくつかの細胞小器官で構成されています。 リソソーム そして 小胞体.

これらの細胞小器官は一緒になって、脂質やタンパク質などの重要な細胞内容物を変化させ、詰め込み、輸送します。

ゴルジ装置の例え： ゴルジ装置は、分子を受け取って変化を起こすため、パッキングプラントまたはセルの郵便局と呼ばれることもあります。 次に、郵便局が手紙や小包を扱うのと同じように、細胞の他の領域に輸送するためにそれらの分子を分類してアドレス指定します。

ゴルジ装置の構造は、その機能にとって非常に重要です。

オルガネラを形成するために一緒に積み重なる膜の平らなポーチのそれぞれは、と呼ばれます システルナ. ほとんどの生物では、これらのディスクが4〜8個ありますが、一部の生物では、1つのゴルジ体に最大60個の槽があります。 各ポーチの間のスペースは、ポーチ自体と同じくらい重要です。

これらの空間はゴルジ装置です。 ルーメン.

科学者はゴルジ体を3つの部分に分けます：小胞体に近い槽、つまり シス 区画; 小胞体から遠く離れたシステルナ トランス 区画; と呼ばれる中央のシステルナ 内側 区画。

これらのラベルは、ゴルジ体の最も外側、つまりネットワークが非常に異なる機能を実行するため、ゴルジ装置がどのように機能するかを理解するために重要です。

ゴルジ装置を細胞のパッキングプラントと考えると、ゴルジの受け取りドックとしてシス側またはシス面を視覚化できます。 ここで、ゴルジ装置は、小胞体と呼ばれる特別なトランスポーターを介して小胞体から送られた貨物を取り込みます。

トランスフェースと呼ばれる反対側は、ゴルジ体の輸送ドックです。

選別と包装の後、ゴルジ装置はタンパク質を放出し、 脂質 トランスフェースから。

オルガネラはタンパク質または脂質の積荷をにロードします 小胞輸送体、ゴルジから芽を出し、細胞内の他の場所に運命づけられた。 たとえば、一部の貨物はリサイクルと分解のためにリソソームに送られる場合があります。

他の貨物は、細胞の原形質膜に輸送された後、細胞の外に巻き込まれる可能性さえあります。

セルの 細胞骨格は、細胞にその形状を与え、その内容物を組織化するのを助ける構造タンパク質のマトリックスであり、小胞体と細胞の近くの所定の位置にゴルジ体を固定します 核.

これらのオルガネラは、タンパク質や脂質などの重要な生体分子を構築するために連携して機能するため、互いに近接してショップを設置することは理にかなっています。

細胞骨格内のいくつかのタンパク質と呼ばれる 微小管、これらの細胞小器官間だけでなく、セル内の他の場所の間の線路のように機能します。 これにより、輸送小胞が細胞小器官間および細胞内の最終目的地に貨物を移動することが容易になります。

シス面で貨物を受け取り、トランス面で再び出荷するまでの間にゴルジで起こることは、ゴルジ装置の主要な作業の一部です。 この機能の背後にある原動力もタンパク質によって駆動されます。

ゴルジ体のさまざまなコンパートメントにあるシステルナポーチには、 酵素. 各ポーチ内の特定の酵素により、脂質とタンパク質がシス面からトランスフェースに向かう途中で内側コンパートメントを通過するときに、脂質とタンパク質を修飾することができます。

システルナポーチ内のさまざまな酵素によって実行されるこれらの変更は、変更された生体分子の結果に大きな違いをもたらします。 時々、変更は分子を機能させて、彼らの仕事をすることができるようにするのを助けます。

また、変更は、生体分子の最終目的地をゴルジ装置の出荷センターに通知するラベルのように機能します。

これらの修飾は、タンパク質と脂質の構造に影響を与えます。 たとえば、酵素は糖の側鎖を除去したり、糖、脂肪酸、リン酸基を貨物に追加したりする場合があります。

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各槽に存在する特定の酵素は、それらの槽ポーチでどの修飾が起こるかを決定します。 たとえば、1つの変更で糖マンノースが切断されます。 これは通常、そこに存在する酵素に基づいて、初期のシスまたは内側コンパートメントで発生します。

別の変更により、糖ガラクトースまたは硫酸基が 生体分子. これは通常、トランスコンパートメント内のゴルジ体を通る貨物の旅の終わり近くに発生します。

変更の多くはラベルのように機能するため、ゴルジ装置はこの情報を表面で使用して、新しく変更された脂質とタンパク質が正しい目的地に到達するようにします。 これは、郵便局の住所ラベルやその他のメールハンドラー向けの配送指示が記載されたスタンプパッケージのように想像できます。

ゴルジ体はそれらのラベルに基づいて貨物を分類し、脂質とタンパク質を適切なものにロードします 小胞輸送体、発送の準備ができました。

ゴルジ装置の槽で行われる変更の多くは 翻訳後修飾.

これらは、タンパク質がすでに構築され、折りたたまれた後にタンパク質に加えられた変更です。 これを理解するには、タンパク質合成のスキームを逆行する必要があります。

各細胞の核の中には、タンパク質のような生体分子を構築するための青写真のように機能するDNAがあります。 フルセットの DNA、と呼ばれる ヒトゲノム、非コードDNAとタンパク質コード遺伝子の両方が含まれています。 各コーディング遺伝子に含まれる情報は、アミノ酸の鎖を構築するための指示を与えます。

最終的に、これらの鎖は機能性タンパク質に折りたたまれます。

ただし、これは1対1のスケールでは発生しません。 ゲノム内のコーディング遺伝子よりもはるかに多くのヒトタンパク質が存在するため、各遺伝子は複数のタンパク質を生成する能力を備えている必要があります。

このように考えてください：科学者が約25,000人の人間がいると推定した場合 遺伝子 そして100万以上の人間のタンパク質、つまり人間は個々の遺伝子を持っているよりも40倍以上多くのタンパク質を必要とします。

このような比較的小さな遺伝子セットから非常に多くのタンパク質を構築するための解決策は、翻訳後修飾です。

これは、細胞が新しく形成されたタンパク質（および古いタンパク質）に化学修飾を加えるプロセスです。 他の時には）タンパク質が何をするか、それがどこに局在するか、そしてそれが他とどのように相互作用するかを変えるために 分子。

翻訳後修飾にはいくつかの一般的なタイプがあります。 これらには、リン酸化、グリコシル化、メチル化、アセチル化、および脂質化が含まれます。

• リン酸化：タンパク質にリン酸基を追加します。 この変更は通常、細胞増殖と細胞シグナル伝達に関連する細胞プロセスに影響を与えます。

• グリコシル化：細胞がタンパク質に糖基を追加したときに発生します。 この修飾は、細胞の原形質膜に向かうタンパク質や、細胞の外に出る分泌タンパク質にとって特に重要です。

• メチル化：タンパク質にメチル基を追加します。 この変更はよく知られています エピジェネティックレギュレーター. これは基本的に、メチル化が遺伝子の影響をオンまたはオフにできることを意味します。 たとえば、飢饉などの大規模なトラウマを経験した人々は、将来の食糧不足を乗り切るために、子供たちに遺伝的変化を伝えます。 これらの変化を世代から世代へと受け継ぐ最も一般的な方法の1つは、タンパク質のメチル化です。

• アセチル化：タンパク質にアセチル基を追加します。 この変更の役割は、研究者には完全には明らかではありません。 しかし、彼らはそれが一般的な変更であることを知っています ヒストン、DNAのスプールとして機能するタンパク質です。

• 脂質化：タンパク質に脂質を追加します。 これにより、タンパク質は水に対してより反対になり、疎水性になり、膜の一部であるタンパク質に非常に役立ちます。

翻訳後修飾により、細胞は比較的少数の遺伝子を使用して多種多様なタンパク質を構築することができます。 これらの修飾はタンパク質の振る舞いを変え、したがって全体的な細胞機能に影響を及ぼします。 例えば、それらは、細胞増殖、細胞死、および細胞シグナル伝達などの細胞プロセスを増加または減少させる可能性があります。

一部の翻訳後修飾は、人間の病気に関連する細胞機能に影響を与えるため、 変更が発生する理由は、科学者がこれらの健康のための薬や他の治療法を開発するのに役立つ可能性があります 条件。

修飾されたタンパク質と脂質が表面に到達すると、それらを選別して輸送小胞にロードする準備が整い、細胞内の最終目的地に輸送されます。 これを行うために、ゴルジ体は、ラベルとして機能するこれらの変更に依存して、オルガネラに貨物をどこに送るかを伝えます。

ゴルジ装置は、選別された貨物をベシクルトランスポーターにロードします。ベシクルトランスポーターは、ゴルジ体から出芽し、最終目的地に移動して貨物を配送します。

A 小胞 複雑に聞こえますが、それは単に膜で囲まれた液体のビーズであり、小胞輸送中に貨物を保護します。 ゴルジ装置には、次の3種類の輸送小胞があります。 エキソサイトーシス 小胞、 分泌物 小胞と リソソーム 小胞。

エキソサイトーシス小胞と分泌小胞の両方がカーゴを飲み込み、細胞膜に移動して細胞外に放出します。

そこで、小胞は膜と融合し、膜の細孔を通して細胞の外に貨物を放出します。 時々これはでドッキングするとすぐに起こります 細胞膜. また、輸送小胞が細胞膜にドッキングしてからぶらぶらし、細胞外からの信号を待ってから貨物を解放する場合もあります。

エキソサイトーシス小胞カーゴの良い例は、免疫系によって活性化される抗体であり、病原体と戦うためにその仕事をするために細胞を離れる必要があります。 アドレナリンのような神経伝達物質は、分泌小胞に依存する分子の一種です。

これらの分子は信号のように機能し、「戦うか逃げるか」などの脅威への対応を調整するのに役立ちます。

リソソーム輸送小胞は貨物を リソソーム、セルのリサイクルセンターです。 この貨物は一般的に損傷しているか古いため、リソソームは部品を剥ぎ取り、不要なコンポーネントを劣化させます。

ゴルジ体は間違いなく複雑で、進行中の研究にとって熟した領域です。 実際、ゴルジが最初に見られたのは1897年でしたが、科学者たちはまだゴルジ装置がどのように機能するかを完全に説明するモデルに取り組んでいます。

議論の1つの領域は、貨物がシス面からトランス面にどのように正確に移動するかです。

一部の科学者は、小胞が1つのシステルナポーチから次のポーチに貨物を運ぶと考えています。 他の研究者は、システルナ自体が移動し、シスコンパートメントからトランスコンパートメントに移動するにつれて成熟し、貨物を運ぶと考えています。

後者は 成熟モデル.