Aparat Golgiego: funkcja, struktura (z analogią i diagramem)

Większość ludzi zbudowała model komórki na potrzeby targów naukowych lub projektu naukowego w klasie, a niewielu komórka eukariotyczna komponenty są tak interesujące do oglądania lub budowania, jak Aparat Golgiego.

W przeciwieństwie do wielu organelle, które mają zwykle bardziej jednolite i często okrągłe kształty, aparat Golgiego – zwany także kompleksem Golgiego, korpusem Golgiego lub nawet po prostu Golgim ​​– to seria płaskich dysków lub torebek ułożonych razem.

Dla przypadkowego obserwatora aparat Golgiego wygląda jak widok labiryntu z lotu ptaka, a może nawet kawałek wstążki.

Ta interesująca konstrukcja pomaga aparatowi Golgiego w jego roli jako części System błon, który składa się z korpusu Golgiego i kilku innych organelli, w tym lizosomy i retikulum endoplazmatyczne.

Te organelle łączą się, aby zmieniać, pakować i transportować ważną zawartość komórek, taką jak lipidy i białka.

Analogia do aparatu Golgiego: aparat Golgiego jest czasami określany jako pakownia lub poczta komórki, ponieważ odbiera cząsteczki i wprowadza zmiany do nich następnie sortuje i adresuje te cząsteczki w celu przetransportowania ich do innych obszarów komórki, tak jak robi to poczta z listami i paczkami.

Struktura aparatu Golgiego jest kluczowa dla jego funkcji.

Każdy z płaskich woreczków membrany, które układają się razem, tworząc organelle, nazywa się cysterny. W większości organizmów jest od czterech do ośmiu takich dysków, ale niektóre organizmy mogą mieć do 60 cystern w jednym korpusie Golgiego. Przestrzenie pomiędzy każdą torebką są tak samo ważne jak same torebki.

Te przestrzenie to aparat Golgiego”. lumen.

Naukowcy dzielą ciało Golgiego na trzy części: cysterny w pobliżu retikulum endoplazmatycznego, które jest cis przedział; cysterny daleko od retikulum endoplazmatycznego, czyli trans przedział; i środkowe cysterny, zwane środkowy przedział.

Etykiety te są ważne dla zrozumienia, jak działa aparat Golgiego, ponieważ zewnętrzne boki lub sieci ciała Golgiego pełnią bardzo różne funkcje.

Jeśli myślisz o aparacie Golgiego jako o zakładzie pakowania komórki, możesz wizualizować stronę cis lub twarz cis jako dok odbiorczy aparatu Golgiego. Tutaj aparat Golgiego przyjmuje ładunek wysyłany z retikulum endoplazmatycznego przez specjalne transportery zwane pęcherzykami.

Strona przeciwna, zwana ścianą trans, to dok transportowy korpusu Golgiego.

Po sortowaniu i pakowaniu aparat Golgiego uwalnia białka i lipidy z twarzy trans.

Organella ładuje ładunek białkowy lub lipidowy do transportery pęcherzyków, które pączkują z Golgiego, przeznaczonego do innych miejsc w celi. Na przykład niektóre ładunki mogą trafić do lizosomów w celu recyklingu i degradacji.

Inny ładunek może nawet wylądować poza komórką po dostarczeniu do błony plazmatycznej komórki.

Komórka cytoszkielet, który jest matrycą białek strukturalnych, które nadają komórce kształt i pomagają uporządkować jej zawartość, zakotwicza ciało Golgiego w pobliżu retikulum endoplazmatycznego i komórki jądro.

Ponieważ te organelle współpracują ze sobą, tworząc ważne biomolekuły, takie jak białka i lipidy, sensowne jest, aby tworzyły sklep w bliskiej odległości od siebie.

Niektóre białka w cytoszkielecie, zwane mikrotubule, działają jak tory kolejowe między tymi organellami, a także innymi miejscami w komórce. Ułatwia to transportowi pęcherzyków przemieszczanie ładunku między organellami i do ich ostatecznego miejsca przeznaczenia w komórce.

To, co dzieje się w Golgim ​​między odebraniem ładunku na ścianie cis i ponownym wysłaniem go na stronę trans, jest jedną z głównych prac aparatu Golgiego. Siłą napędową tej funkcji są również białka.

Woreczki cysterny w różnych przedziałach aparatu Golgiego zawierają specjalną klasę białek zwaną enzymy. Specyficzne enzymy w każdym woreczku umożliwiają modyfikację lipidów i białek w miarę ich przechodzenia z powierzchni cis przez przedział przyśrodkowy na drodze do powierzchni trans.

Te modyfikacje dokonywane przez różne enzymy w zbiornikach cysterny mają ogromny wpływ na wyniki zmodyfikowanych biomolekuł. Czasami modyfikacje sprawiają, że cząsteczki stają się funkcjonalne i zdolne do wykonywania swoich zadań.

Innym razem modyfikacje działają jak etykiety, które informują centrum wysyłki aparatu Golgiego o ostatecznym przeznaczeniu biomolekuł.

Te modyfikacje wpływają na strukturę białek i lipidów. Na przykład enzymy mogą usuwać cukrowe łańcuchy boczne lub dodawać do ładunku grupy cukrowe, kwasy tłuszczowe lub fosforanowe.

•••Nauka

Specyficzne enzymy obecne w każdej cysternie określają, jakie modyfikacje zachodzą w tych cysternach. Na przykład jedna modyfikacja rozszczepia mannozę cukrową. Zwykle dzieje się to we wcześniejszych przedziałach cis lub przyśrodkowych, w oparciu o obecne tam enzymy.

Kolejna modyfikacja dodaje galaktozę cukrową lub grupę siarczanową do biomolekuły. Zwykle dzieje się to pod koniec podróży ładunku przez ciało Golgiego w przedziale trans.

Ponieważ wiele modyfikacji działa jak etykiety, aparat Golgiego wykorzystuje te informacje na powierzchni trans, aby zapewnić, że nowo zmienione lipidy i białka trafią we właściwe miejsce. Można to sobie wyobrazić jak stemplowanie paczek na poczcie etykietami adresowymi i innymi instrukcjami wysyłki dla osób zajmujących się obsługą poczty.

Ciało Golgiego sortuje ładunek na podstawie tych etykiet i ładuje lipidy i białka do odpowiednich transportery pęcherzyków, gotowy do wysyłki.

Wiele zmian zachodzących w cysternach aparatu Golgiego to: modyfikacje potranslacyjne.

Są to zmiany wprowadzone w białkach po tym, jak białko zostało już zbudowane i złożone. Aby to zrozumieć, będziesz musiał cofnąć się w schemacie syntezy białek.

Wewnątrz jądra każdej komórki znajduje się DNA, które działa jak plan budowy biomolekuł, takich jak białka. Pełny zestaw DNA, zwany ludzki genom, zawiera zarówno niekodujące DNA, jak i geny kodujące białka. Informacje zawarte w każdym genie kodującym dają instrukcje budowania łańcuchów aminokwasów.

W końcu te łańcuchy fałdują się w funkcjonalne białka.

Nie dzieje się to jednak w skali jeden do jednego. Ponieważ istnieje sposób, o wiele więcej ludzkich białek niż genów kodujących w genomie, każdy gen musi mieć zdolność do wytwarzania wielu białek.

Pomyśl o tym w ten sposób: jeśli naukowcy szacują, że istnieje około 25 000 ludzi geny i ponad 1 milion ludzkich białek, co oznacza, że ​​ludzie potrzebują ponad 40 razy więcej białek niż mają pojedyncze geny.

Rozwiązaniem na zbudowanie tak wielu białek z tak stosunkowo małego zestawu genów jest modyfikacja potranslacyjna.

Jest to proces, w którym komórka dokonuje chemicznych modyfikacji nowo powstałych białek (i starszych białek) innym razem) w celu zmiany tego, co robi białko, gdzie się znajduje i jak wchodzi w interakcje z innymi molekuły.

Istnieje kilka powszechnych rodzajów modyfikacji potranslacyjnych. Należą do nich fosforylacja, glikozylacja, metylacja, acetylacja i lipidacja.

• Fosforylacja: dodaje do białka grupę fosforanową. Ta modyfikacja zwykle wpływa na procesy komórkowe związane ze wzrostem komórek i sygnalizacją komórkową.

• Glikozylacja: występuje, gdy komórka dodaje do białka grupę cukrową. Ta modyfikacja jest szczególnie ważna dla białek przeznaczonych do błony komórkowej komórki lub białek sekrecyjnych, które kończą się poza komórką.

• Metylacja: dodaje do białka grupę metylową. Ta modyfikacja jest dobrze znana regulator epigenetyczny. Zasadniczo oznacza to, że metylacja może włączać lub wyłączać wpływ genu. Na przykład ludzie, którzy doświadczają traumy na dużą skalę, takiej jak głód, przekazują swoim dzieciom zmiany genetyczne, aby pomóc im przetrwać przyszłe niedobory żywności. Jednym z najczęstszych sposobów przekazywania tych zmian z pokolenia na pokolenie jest metylacja białka.

• Acetylowanie: dodaje do białka grupę acetylową. Rola tej modyfikacji nie jest do końca jasna dla badaczy. Wiedzą jednak, że jest to powszechna modyfikacja dla histony, które są białkami, które działają jak szpule dla DNA.

• Lipidacja: dodaje lipidy do białka. To sprawia, że ​​białko jest bardziej przeciwne wodzie lub hydrofobowe i jest bardzo przydatne w przypadku białek będących częścią błon.

Modyfikacja potranslacyjna umożliwia komórce budowę szerokiej gamy białek przy użyciu stosunkowo niewielkiej liczby genów. Te modyfikacje zmieniają sposób zachowania białek, a tym samym wpływają na ogólną funkcję komórki. Na przykład mogą nasilać lub zmniejszać procesy komórkowe, takie jak wzrost komórek, śmierć komórki i sygnalizacja komórkowa.

Niektóre modyfikacje potranslacyjne wpływają na funkcje komórek związane z chorobami człowieka, więc zastanowienie się, w jaki sposób i dlaczego zachodzą modyfikacje, może pomóc naukowcom w opracowaniu leków lub innych metod leczenia tych chorób warunki.

Gdy zmodyfikowane białka i lipidy dotrą do powierzchni trans, są gotowe do sortowania i ładowania do pęcherzyków transportowych, które przetransportują je do ich ostatecznych miejsc docelowych w komórce. Aby to zrobić, ciało Golgiego opiera się na tych modyfikacjach, które działają jak etykiety, informujące organelle, gdzie wysłać ładunek.

Aparat Golgiego ładuje posortowany ładunek do transporterów pęcherzykowych, które odrywają się od ciała Golgiego i podróżują do miejsca docelowego, aby dostarczyć ładunek.

ZA pęcherzyk brzmi skomplikowanie, ale to po prostu kropla płynu otoczona membraną, która chroni ładunek podczas transportu pęcherzykowego. W przypadku aparatu Golgiego istnieją trzy rodzaje pęcherzyków transportowych: egzocytotyczny pęcherzyki, wydzielniczy pęcherzyki i lizosomalny pęcherzyki.

Zarówno pęcherzyki egzocytotyczne, jak i wydzielnicze pochłaniają ładunek i przenoszą go do błony komórkowej w celu uwolnienia na zewnątrz komórki.

Tam pęcherzyk łączy się z błoną i uwalnia ładunek na zewnątrz komórki przez por w błonie. Czasami dzieje się to natychmiast po zadokowaniu w Błona komórkowa. Innym razem pęcherzyk transportowy dokuje na błonie komórkowej, a następnie zawiesza się, czekając na sygnały z zewnątrz komórki przed uwolnieniem ładunku.

Dobrym przykładem ładunku z pęcherzyków egzocytotycznych jest przeciwciało aktywowane przez układ odpornościowy, który musi opuścić komórkę, aby wykonać swoją pracę w walce z patogenami. Neuroprzekaźniki, takie jak adrenalina, są rodzajem cząsteczki, która opiera się na pęcherzykach wydzielniczych.

Cząsteczki te działają jak sygnały, które pomagają koordynować reakcję na zagrożenie, na przykład podczas „walki lub ucieczki”.

Lizosomalne pęcherzyki transportowe przenoszą ładunek do lizosom, czyli centrum recyklingu ogniwa. Ten ładunek jest na ogół uszkodzony lub stary, więc lizosom rozbiera go na części i degraduje niepożądane elementy.

Ciało Golgiego jest bez wątpienia złożonym i dojrzałym obszarem do ciągłych badań. W rzeczywistości, mimo że Golgiego po raz pierwszy widziano w 1897 roku, naukowcy wciąż pracują nad modelem, który w pełni wyjaśnia, jak działa aparat Golgiego.

Jednym z obszarów debaty jest to, jak dokładnie ładunek przemieszcza się ze ściany cis na ścianę trans.

Niektórzy naukowcy uważają, że pęcherzyki przenoszą ładunek z jednej cysterny do drugiej. Inni badacze uważają, że cysterny same się poruszają, dojrzewając, gdy przechodzą z przedziału cis do przedziału trans i niosą ze sobą ładunek.

Ten ostatni to model dojrzewania.