Väčšina ľudí si vytvorila model bunky pre vedecký veľtrh alebo projekt vedeckej práce v triede a len málo z nich eukaryotická bunka komponenty sú rovnako zaujímavé na pohľad alebo na stavbu ako Golgiho aparát.
Na rozdiel od mnohých organely, ktoré majú tendenciu mať jednotnejšie a často okrúhle tvary, je Golgiho aparát - tiež nazývaný Golgiho komplex, Golgiho telo alebo dokonca len Golgi - rad plochých diskov alebo vreciek naskladaných k sebe.
Pre náhodného pozorovateľa vyzerá Golgiho aparát ako pohľad z bludiska z vtáčej perspektívy alebo dokonca na kúsok stužkovej.
Táto zaujímavá štruktúra pomáha Golgiho aparátu s jeho úlohou ako súčasti endomembránový systém, ktorý obsahuje Golgiho telo a niekoľko ďalších organel, vrátane lyzozómy a endoplazmatické retikulum.
Tieto organely sa spájajú, aby zmenili, zabalili a transportovali dôležitý obsah buniek, ako sú lipidy a proteíny.
Analógia Golgiho aparátu: Golgiho aparát sa niekedy označuje ako baliareň alebo pošta bunky, pretože prijíma molekuly a robí zmeny k nim potom tieto molekuly roztriedi a osloví ich na transport do iných oblastí bunky, rovnako ako to robí pošta s listami a balíčkami.
Štruktúra Golgiho tela
Štruktúra Golgiho aparátu je pre jeho funkciu rozhodujúca.
Každý z plochých membránových vakov, ktoré sa spájajú do seba a vytvárajú organelu, sa nazýva cisterny. Vo väčšine organizmov je týchto diskov štyri až osem, ale niektoré organizmy môžu mať v jednom Golgiho tele až 60 cisterien. Medzery medzi jednotlivými vreckami sú rovnako dôležité ako samotné vrecká.
Tieto priestory sú Golgiho aparátom. lúmen.
Vedci delia Golgiho telo na tri časti: cisterny blízko endoplazmatického retikula, čo je cis priehradka; cisterny ďaleko od endoplazmatického retikula, čo je trans priehradka; a stredné cisterny, zvané mediálny priehradka.
Tieto označenia sú dôležité pre pochopenie toho, ako funguje Golgiho aparát, pretože najvzdialenejšie strany alebo siete Golgiho tela vykonávajú veľmi odlišné funkcie.
Ak si myslíte, že Golgiho aparát je závod na balenie bunky, môžete si vizualizovať stranu cis alebo cis tvár ako prijímací dok Golgi. Golgiho aparát tu prijíma náklad odoslaný z endoplazmatického retikula cez špeciálne transportéry nazývané vezikuly.
Na opačnej strane, ktorá sa nazýva transface, je prepravný dok tela Golgi.
Golgiho štruktúra a preprava
Po vytriedení a zabalení uvoľňuje Golgiho aparát bielkoviny a lipidy z trans tváre.
Organela naloží bielkovinový alebo lipidový náklad do transportéry vezikúl, ktoré vychádzajú z Golgi, určených na iné miesta v bunke. Napríklad určitý náklad môže ísť do lyzozómu na recykláciu a znehodnotenie.
Po preprave na plazmatickú membránu bunky by sa mohol ďalší náklad dokonca navinúť mimo bunku.
Bunka cytoskelet, čo je matrica štrukturálnych proteínov, ktoré dávajú bunke tvar a pomáhajú organizovať jej obsah, ukotvuje Golgiho telo na mieste blízko endoplazmatického retikula a bunky jadro.
Pretože tieto organely spolupracujú na vytváraní dôležitých biomolekúl, ako sú proteíny a lipidy, má zmysel založiť obchod v tesnej blízkosti jedného k druhému.
Niektoré z proteínov v cytoskelete, tzv mikrotubuly, pôsobia ako železničné trate medzi týmito organelami a inými miestami v bunke. To uľahčuje transportným vezikulám presun nákladu medzi organelami a do ich konečných cieľov v bunke.
Enzýmy: Vzťah medzi štruktúrou a funkciou
To, čo sa deje v Golgi medzi prijatím nákladu na čelnú plochu cisternového vozidla a jeho opätovným odoslaním na priecestie, je jednou z hlavných prác Golgiho aparátu. Hnacou silou tejto funkcie sú tiež poháňané proteíny.
Cisternae vrecká v rôznych kompartmentoch tela Golgiho tela obsahujú špeciálnu triedu proteínov nazývaných enzýmy. Špecifické enzýmy v každom vrecku mu umožňujú modifikovať lipidy a proteíny pri prechode z cis tváre cez mediálnu priehradku na ceste do tváre.
Tieto modifikácie uskutočňované rôznymi enzýmami vo vreckách cisternae spôsobujú obrovský rozdiel vo výsledkoch modifikovaných biomolekúl. Niekedy tieto modifikácie pomáhajú zabezpečiť, aby boli molekuly funkčné a schopné vykonávať svoju prácu.
Inokedy úpravy pôsobia ako štítky, ktoré informujú stredisko prepravy prístroja Golgi o konečnom mieste určenia biomolekúl.
Tieto modifikácie ovplyvňujú štruktúru bielkovín a lipidov. Napríklad enzýmy môžu odstraňovať bočné reťazce cukru alebo pridať do nákladu skupiny cukru, mastných kyselín alebo fosfátov.
•••Vedenie
Enzýmy a doprava
Špecifické enzýmy prítomné v každej z cisterien určujú, ktoré modifikácie sa vyskytujú v týchto cisternových vreckách. Napríklad jedna modifikácia štiepi cukrovú manózu. K tomu obvykle dochádza v skorších cis alebo mediálnych kompartmentoch na základe prítomných enzýmov.
Ďalšia modifikácia pridáva k galaktóze cukor alebo sulfátovú skupinu biomolekuly. Spravidla sa to deje na konci cesty nákladu cez Golgiho telo v priehradke.
Pretože mnohé z modifikácií fungujú ako štítky, Golgiho aparát využíva tieto informácie na tvári, aby zaistil, že novo zmenené lipidy a proteíny sa dostanú do správneho miesta určenia. Môžete si to predstaviť ako poštu, ktorá pečiatkuje balíčky s adresnými štítkami a ďalšie pokyny na prepravu pre spracovateľov pošty.
Golgiho telo roztriedi náklad na základe týchto štítkov a naloží príslušné lipidy a bielkoviny transportéry vezikúl, pripravený na odoslanie.
Úloha v génovej expresii
Mnoho zmien, ku ktorým dochádza v cisternach Golgiho aparátu, je posttranslačné úpravy.
Jedná sa o zmeny, ktoré sa v proteínoch uskutočňujú po tom, čo sa proteín už vytvoril a zložil. Aby ste to pochopili, budete musieť v schéme syntézy bielkovín cestovať späť.
Vo vnútri jadra každej bunky sa nachádza DNA, ktorá slúži ako plán na vytváranie biomolekúl, ako sú proteíny. Celá sada DNA, nazvaný ľudský genóm, Obsahuje nekódujúcu DNA a proteíny kódujúce gény. Informácie obsiahnuté v každom kódujúcom géne poskytujú pokyny na vytváranie reťazcov aminokyselín.
Nakoniec sa tieto reťazce zložia do funkčných proteínov.
To sa však nedeje v pomere jedna k jednej. Pretože existuje oveľa viac ľudských proteínov než kódujúcich génov v genóme, musí mať každý gén schopnosť produkovať viac proteínov.
Myslite na to takto: ak vedci odhadnú, že existuje asi 25 000 ľudí gény a viac ako 1 milión ľudských bielkovín, čo znamená, že ľudia potrebujú viac ako 40-krát viac bielkovín, ako majú jednotlivé gény.
Posttranslačné úpravy
Riešením pre tvorbu toľkých proteínov z tak relatívne malého súboru génov je posttranslačná modifikácia.
Toto je proces, ktorým bunka chemicky modifikuje novo vytvorené proteíny (a staršie proteíny) inokedy), aby sa zmenilo, čo proteín robí, kde sa nachádza a ako interaguje s ostatnými molekuly.
Existuje niekoľko bežných typov posttranslačných úprav. Patria sem fosforylácia, glykozylácia, metylácia, acetylácia a lipidácia.
- Fosforylácia: dodáva fosfátovú skupinu k proteínu. Táto modifikácia zvyčajne ovplyvňuje bunkové procesy súvisiace s bunkovým rastom a bunkovou signalizáciou.
- Glykozylácia: nastáva, keď bunka pridá k proteínu skupinu cukru. Táto modifikácia je obzvlášť dôležitá pre proteíny určené pre plazmatickú membránu bunky alebo pre vylučované proteíny, ktoré sa vinú mimo bunky.
- Metylácia:: pridáva do proteínu metylovú skupinu. Táto modifikácia je dobre známa epigenetický regulátor. To v podstate znamená, že metylácia môže zapnúť alebo vypnúť vplyv génu. Napríklad ľudia, ktorí zažijú rozsiahlu traumu, napríklad hladomor, prenesú na svoje deti genetické zmeny, ktoré im pomôžu prežiť budúci nedostatok potravy. Jedným z najbežnejších spôsobov prenosu týchto zmien z jednej generácie na druhú je metylácia bielkovín.
- Acetylácia:: dodáva proteínu acetylovú skupinu. Úloha tejto úpravy nie je výskumníkom úplne jasná. Vedia však, že je to bežná modifikácia pre históny, čo sú proteíny, ktoré pôsobia ako cievky pre DNA.
- Lipidácia: dodáva lipidy do proteínu. Vďaka tomu je proteín viac odolný voči vode alebo hydrofóbny a je veľmi užitočný pre proteíny, ktoré sú súčasťou membrán.
Posttranslačná modifikácia umožňuje bunke vybudovať širokú škálu proteínov pomocou relatívne malého počtu génov. Tieto modifikácie menia spôsob správania proteínov, a preto ovplyvňujú celkovú funkciu buniek. Môžu napríklad zvyšovať alebo znižovať bunkové procesy, ako je bunkový rast, bunková smrť a bunková signalizácia.
Niektoré posttranslačné úpravy ovplyvňujú bunkové funkcie súvisiace s ľudskými chorobami, takže treba zistiť, ako a prečo dochádza k úpravám, môže pomôcť vedcom vyvíjať lieky alebo iné spôsoby liečby tohto zdravia podmienky.
Úloha vo formovaní vezikúl
Len čo sa modifikované proteíny a lipidy dostanú do trans tváre, sú pripravené na triedenie a naloženie do transportných vezikúl, ktoré ich dopravia do svojich konečných cieľov v bunke. Golgiho telo sa pri tom spolieha na tie úpravy, ktoré fungujú ako štítky a hovoria organele, kam majú náklad odoslať.
Golgiho aparát naloží vytriedený náklad do transportérov vezikúl, ktoré sa odlepia od Golgiho tela a cestujú do konečného miesta určenia, aby doručili náklad.
A vezikula znie zložito, ale je to jednoducho guľôčka tekutiny obklopená membránou, ktorá chráni náklad počas vezikulárnej prepravy. Pre Golgiho aparát existujú tri typy transportných vezikúl: exocytotický vezikuly, sekretárka vezikuly a lyzozomálne vezikuly.
Typy transportérov vezikúl
Exocytotické aj sekrečné vezikuly pohltia náklad a presunú ho do bunkovej membrány na uvoľnenie mimo bunky.
Tam sa vezikul fúzuje s membránou a uvoľňuje náklad mimo bunky cez póry v membráne. Niekedy sa to stane okamžite po vložení do doku bunková membrána. Inokedy sa transportný vezikul zakotví v bunkovej membráne a potom visí von. Pred uvoľnením nákladu čakajú na signály zvonka bunky.
Dobrým príkladom nákladu exocytotických vezikúl je protilátka aktivovaná imunitným systémom, ktorá musí opustiť bunku, aby mohla vykonávať svoju činnosť v boji proti patogénom. Neurotransmitery ako adrenalín sú typom molekuly, ktorá sa spolieha na sekrečné vezikuly.
Tieto molekuly pôsobia ako signály, ktoré pomáhajú koordinovať reakciu na hrozbu, napríklad počas „boja alebo letu“.
Lyzozomálne transportné vezikuly presúvajú náklad na lyzozóm, čo je recyklačné centrum bunky. Tento náklad je všeobecne poškodený alebo starý, takže ho lyzozóm oddeľuje na časti a degraduje nežiaduce komponenty.
Golgiho funkcia je pretrvávajúcou záhadou
Golgiho telo je nepochybne komplexnou a zrelou oblasťou pre prebiehajúci výskum. V skutočnosti, aj keď bol Golgi prvýkrát videný v roku 1897, vedci stále pracujú na modeli, ktorý úplne vysvetľuje, ako funguje Golgiho aparát.
Jednou z oblastí debaty je, ako presne sa náklad pohybuje z cistej plochy na priečnu.
Niektorí vedci si myslia, že vezikuly nesú náklad z jedného vrecka cisterny do druhého. Iní vedci si myslia, že samotné cisterny sa pohybujú, dozrievajú pri prechode z cis-komory do trans-komory a nesú so sebou náklad.
Posledným menovaným je model dozrievania.