De meeste mensen hebben een celmodel gebouwd voor een wetenschapsbeurs of een wetenschappelijk project in de klas, en weinigen eukaryote cel componenten zijn net zo interessant om naar te kijken of te bouwen als de Golgi-apparaat.
In tegenstelling tot velen organellen, die over het algemeen meer uniforme en vaak ronde vormen hebben, is het Golgi-apparaat - ook wel het Golgi-complex, Golgi-lichaam of zelfs gewoon Golgi genoemd - een reeks platte schijven of zakjes die op elkaar zijn gestapeld.
Voor de toevallige waarnemer ziet het Golgi-apparaat eruit als een vogelvlucht van een doolhof of misschien zelfs een snoepje.
Deze interessante structuur helpt het Golgi-apparaat bij zijn rol als onderdeel van de endomembraan systeem, die het Golgi-lichaam en enkele andere organellen omvat, waaronder de lysosomen en endoplasmatisch reticulum.
Deze organellen komen samen om belangrijke celinhoud, zoals lipiden en eiwitten, te veranderen, te verpakken en te transporteren.
Golgi-apparaat analogie: het Golgi-apparaat wordt soms de verpakkingsfabriek of het postkantoor van de cel genoemd omdat het moleculen ontvangt en veranderingen aanbrengt voor hen sorteert en adresseert ze die moleculen voor transport naar andere delen van de cel, net zoals een postkantoor doet met brieven en pakjes.
Structuur van het Golgi-lichaam
De structuur van het Golgi-apparaat is cruciaal voor zijn functie.
Elk van de platte zakjes membraan die op elkaar stapelen om het organel te vormen, worden genoemd: cisternae. In de meeste organismen zijn er vier tot acht van deze schijven, maar sommige organismen kunnen tot 60 cisternae hebben in een enkel Golgi-lichaam. De ruimtes tussen elk zakje zijn net zo belangrijk als de zakjes zelf.
Deze ruimtes zijn het Golgi-apparaat' lumen.
Wetenschappers verdelen het Golgi-lichaam in drie delen: de cisternae dichtbij het endoplasmatisch reticulum, de cis gedeelte; de cisternae ver weg van het endoplasmatisch reticulum, de trans gedeelte; en de middelste cisternae, genaamd de mediaal gedeelte.
Deze labels zijn belangrijk om te begrijpen hoe het Golgi-apparaat werkt, omdat de buitenste zijden, of netwerken, van het Golgi-lichaam zeer verschillende functies vervullen.
Als je het Golgi-apparaat ziet als de verpakkingsfabriek van de cel, kun je de cis-zijde, of het cis-vlak, visualiseren als het ontvangstdok van de Golgi. Hier neemt het Golgi-apparaat lading op die vanuit het endoplasmatisch reticulum wordt verzonden via speciale transporters die blaasjes worden genoemd.
De andere kant, het trans-gezicht genaamd, is het scheepsdok van het Golgi-lichaam.
Golgi-structuur en transport
Na het sorteren en verpakken maakt het Golgi-apparaat eiwitten vrij en lipiden van het trans-gezicht.
Het organel laadt de eiwit- of lipidelading in vesikel transporters, die ontluiken van de Golgi, bestemd voor andere plaatsen in de cel. Sommige lading kan bijvoorbeeld naar het lysosoom gaan voor recycling en afbraak.
Andere lading kan zelfs buiten de cel terechtkomen na verzending naar het plasmamembraan van de cel.
van de cel cytoskelet, een matrix van structurele eiwitten die de cel zijn vorm geven en helpen bij het organiseren van de inhoud, verankert het Golgi-lichaam op zijn plaats nabij het endoplasmatisch reticulum en de cel kern.
Omdat deze organellen samenwerken om belangrijke biomoleculen te bouwen, zoals eiwitten en lipiden, is het logisch dat ze dicht bij elkaar in de buurt zijn.
Sommige van de eiwitten in het cytoskelet, genaamd microtubuli, fungeren als spoorlijnen tussen deze organellen en andere locaties in de cel. Dit maakt het gemakkelijk voor transportblaasjes om vracht tussen de organellen en naar hun eindbestemming in de cel te verplaatsen.
Enzymen: de link tussen structuur en functie
Wat er in het Golgi gebeurt tussen het ontvangen van de lading aan het cis-vlak en het weer naar buiten verschepen aan het trans-vlak, is een van de belangrijkste werkzaamheden van het Golgi-apparaat. De drijvende kracht achter deze functie wordt ook gedreven door eiwitten.
De cisternae-zakjes in de verschillende compartimenten van het Golgi-lichaam bevatten een speciale klasse eiwitten die enzymen. De specifieke enzymen in elk zakje maken het mogelijk om de lipiden en eiwitten te modificeren als ze van het cis-vlak door het mediale compartiment gaan op weg naar het trans-vlak.
Deze modificaties die worden uitgevoerd door de verschillende enzymen in de cisternae-zakjes, maken een enorm verschil in de resultaten van de gemodificeerde biomoleculen. Soms helpen de modificaties om de moleculen functioneel te maken en hun werk te doen.
Op andere momenten werken de wijzigingen als labels die het verzendcentrum van het Golgi-apparaat informeren over de eindbestemming van de biomoleculen.
Deze modificaties beïnvloeden de structuur van de eiwitten en lipiden. Enzymen kunnen bijvoorbeeld suikerzijketens verwijderen of suiker-, vetzuur- of fosfaatgroepen aan de lading toevoegen.
•••Wetenschap
Enzymen en transport
De specifieke enzymen die in elk van de cisternae aanwezig zijn, bepalen welke modificaties plaatsvinden in die cisternae-buidels. Een modificatie splitst bijvoorbeeld de suikermannose. Dit gebeurt meestal in de eerdere cis- of mediale compartimenten, op basis van de daar aanwezige enzymen.
Een andere modificatie voegt de suikergalactose of een sulfaatgroep toe aan de biomoleculen. Dit gebeurt meestal aan het einde van de reis van de lading door de Golgi-carrosserie in het trans-compartiment.
Omdat veel van de modificaties als labels werken, gebruikt het Golgi-apparaat deze informatie aan de transzijde om ervoor te zorgen dat de nieuw gewijzigde lipiden en eiwitten op de juiste bestemming terechtkomen. U kunt zich dit voorstellen als een postkantoor dat pakketten postzegelt met adreslabels en andere verzendinstructies voor de postbehandelaars.
Het Golgi-lichaam sorteert de lading op basis van die labels en laadt de lipiden en eiwitten in de juiste vesikel transporters, klaar om te verzenden.
Rol in genexpressie
Veel van de veranderingen die plaatsvinden in de cisternae van het Golgi-apparaat zijn: post-translationele modificaties.
Dit zijn veranderingen die aan eiwitten worden aangebracht nadat het eiwit al is opgebouwd en gevouwen. Om dit te begrijpen, moet je achteruit reizen in het schema van eiwitsynthese.
In de kern van elke cel bevindt zich DNA, dat fungeert als een blauwdruk voor het bouwen van biomoleculen zoals eiwitten. De volledige set van DNA, genaamd de menselijk genoom, bevat zowel niet-coderende DNA- als eiwitcoderende genen. De informatie in elk coderend gen geeft de instructies voor het bouwen van ketens van aminozuren.
Uiteindelijk vouwen deze ketens zich op tot functionele eiwitten.
Dit gebeurt echter niet op een één-op-één schaal. Omdat er veel, veel meer menselijke eiwitten zijn dan coderende genen in het genoom, moet elk gen het vermogen hebben om meerdere eiwitten te produceren.
Zie het zo: als wetenschappers schatten dat er ongeveer 25.000 mensen zijn? genen en meer dan 1 miljoen menselijke eiwitten, wat betekent dat mensen meer dan 40 keer meer eiwitten nodig hebben dan individuele genen.
Post-translationele wijzigingen
De oplossing voor het bouwen van zoveel eiwitten uit zo'n relatief kleine set genen is post-translationele modificatie.
Dit is het proces waarbij de cel chemische wijzigingen aanbrengt in de nieuw gevormde eiwitten (en oudere eiwitten). op andere momenten) om te veranderen wat het eiwit doet, waar het zich bevindt en hoe het interageert met andere moleculen.
Er zijn een paar veelvoorkomende soorten post-translationele modificatie. Deze omvatten fosforylering, glycosylering, methylering, acetylering en lipidering.
- Fosforylering: voegt een fosfaatgroep toe aan het eiwit. Deze modificatie beïnvloedt meestal celprocessen die verband houden met celgroei en celsignalering.
- Glycosylering: treedt op wanneer de cel een suikergroep aan het eiwit toevoegt. Deze modificatie is vooral belangrijk voor eiwitten die bestemd zijn voor het plasmamembraan van de cel of voor uitgescheiden eiwitten, die buiten de cel terechtkomen.
- methylering: voegt een methylgroep toe aan het eiwit. Deze wijziging is een bekende well epigenetische regulator. Dit betekent in feite dat methylering de invloed van een gen kan in- of uitschakelen. Mensen die bijvoorbeeld een grootschalig trauma ervaren, zoals hongersnood, geven genetische veranderingen door aan hun kinderen om hen te helpen toekomstige voedseltekorten te overleven. Een van de meest gebruikelijke manieren om die veranderingen van de ene generatie op de andere door te geven, is door middel van eiwitmethylering.
- Acetylering: voegt een acetylgroep toe aan het eiwit. De rol van deze wijziging is niet helemaal duidelijk voor onderzoekers. Ze weten echter wel dat het een veel voorkomende wijziging is voor: histonen, dat zijn de eiwitten die fungeren als spoelen voor het DNA.
- Lipidatie: voegt lipiden toe aan het eiwit. Dit maakt het eiwit meer tegengesteld aan water, of hydrofoob, en is erg handig voor eiwitten die deel uitmaken van membranen.
Post-translationele modificatie stelt de cel in staat een grote verscheidenheid aan eiwitten te bouwen met behulp van een relatief klein aantal genen. Deze modificaties veranderen de manier waarop de eiwitten zich gedragen en beïnvloeden daardoor de algehele celfunctie. Ze kunnen bijvoorbeeld celprocessen zoals celgroei, celdood en celsignalering verhogen of verlagen.
Sommige post-translationele modificaties beïnvloeden celfuncties die verband houden met menselijke ziekten, dus uitzoeken hoe en waarom er wijzigingen optreden, kan wetenschappers helpen bij het ontwikkelen van medicijnen of andere behandelingen voor deze gezondheidsproblemen voorwaarden.
Rol in de vorming van blaasjes
Zodra de gemodificeerde eiwitten en lipiden het trans-gezicht bereiken, zijn ze klaar om te sorteren en in de transportblaasjes te laden die ze naar hun eindbestemming in de cel zullen transporteren. Om dit te doen, vertrouwt het Golgi-lichaam op die wijzigingen die als labels fungeren en het organel vertellen waar de vracht naartoe moet.
Het Golgi-apparaat laadt de gesorteerde lading in vesicle-transporters, die van het Golgi-lichaam zullen ontluiken en naar de eindbestemming zullen reizen om de lading af te leveren.
EEN blaasje klinkt ingewikkeld, maar het is gewoon een druppel vloeistof omgeven door een membraan dat de lading beschermt tijdens vesiculair transport. Voor het Golgi-apparaat zijn er drie soorten transportblaasjes: exocytotisch blaasjes, secretoire blaasjes en lysosomaal blaasjes.
Soorten blaasjestransporters Transport
Zowel exocytotische als secretoire blaasjes verzwelgen de lading en verplaatsen deze naar het celmembraan voor afgifte buiten de cel.
Daar versmelt het blaasje met het membraan en laat de lading buiten de cel los via een porie in het membraan. Soms gebeurt dit direct bij het aanmeren aan de celmembraan. Op andere momenten dokt het transportblaasje aan het celmembraan en hangt dan uit, wachtend op signalen van buiten de cel voordat de lading wordt vrijgegeven.
Een goed voorbeeld van exocytotische vesikellading is een antilichaam dat wordt geactiveerd door het immuunsysteem, dat de cel moet verlaten om zijn werk te doen om ziekteverwekkers te bestrijden. Neurotransmitters zoals adrenaline zijn een soort molecuul dat afhankelijk is van secretoire blaasjes.
Deze moleculen werken als signalen om een reactie op een bedreiging te helpen coördineren, zoals tijdens 'vechten of vluchten'.
Lysosomale transportblaasjes verplaatsen lading naar de lysosoom, het recyclingcentrum van de cel. Deze lading is over het algemeen beschadigd of oud, dus het lysosoom stript het voor onderdelen en degradeert de ongewenste componenten.
De functie van de Golgi is een voortdurend mysterie
Het Golgi-lichaam is zonder twijfel een complex en rijp gebied voor lopend onderzoek. Hoewel de Golgi voor het eerst werd gezien in 1897, werken wetenschappers nog steeds aan een model dat volledig uitlegt hoe het Golgi-apparaat functioneert.
Een punt van discussie is hoe de lading precies van het cis-vlak naar het trans-vlak beweegt.
Sommige wetenschappers denken dat blaasjes de lading van de ene cisternabuidel naar de andere vervoeren. Andere onderzoekers denken dat de cisternae zelf bewegen, rijpen terwijl ze van het cis-compartiment naar het trans-compartiment gaan en de lading met zich meedragen.
De laatste is de rijpingsmodel.