Golgijev aparat: funkcija, zgradba (z analogijo in diagramom)

Večina ljudi je zgradila celični model za znanstveni sejem ali znanstveni projekt v učilnicah, malo pa jih je evkariontska celica komponente je tako zanimivo gledati ali graditi kot Golgijev aparat.

Za razliko od mnogih organele, ki imajo ponavadi bolj enakomerne in pogosto okrogle oblike, je Golgijev aparat - imenovan tudi Golgijev kompleks, Golgijevo telo ali celo samo Golgi - vrsta ploskih diskov ali vrečk, zloženih skupaj.

Naključnemu opazovalcu je Golgijev aparat videti kot ptičja perspektiva labirinta ali morda celo kosa sladkarije.

Ta zanimiva zgradba pomaga Golgijevemu aparatu s svojo vlogo kot del endomembranski sistem, ki zajema telo Golgija in nekaj drugih organelov, vključno z lizosomi in Endoplazemski retikulum.

Te organele se združijo, da spremenijo, zapakirajo in prenašajo pomembne celične vsebine, kot so lipidi in beljakovine.

Analogija z Golgijevim aparatom: Golgijev aparat včasih imenujejo pakirnica ali pošta celice, ker sprejema molekule in spreminja jim nato te molekule razvrsti in naslovi za prevoz na druga področja celice, tako kot pošta s pismi in paketi.

Zgradba Golgijevega aparata je ključnega pomena za njegovo delovanje.

Vsaka od ravnih vrečk membrane, ki se zložijo skupaj in tvorijo organele, se imenuje cisterne. V večini organizmov je teh diskov od štiri do osem, nekateri organizmi pa imajo lahko do 60 cistern v enem Golgijevem telesu. Prostori med vsako vrečko so prav tako pomembni kot vrečke same.

Ti prostori so Golgijev aparat " lumen.

Znanstveniki Golgijevo telo delijo na tri dele: cisterne blizu endoplazemskega retikuluma, ki je cis predel; cisterne daleč stran od endoplazemskega retikuluma, ki je trans predel; in srednje cisterne, imenovane srednji predal.

Te nalepke so pomembne za razumevanje delovanja Golgijevega aparata, ker najbolj oddaljene strani ali mreže Golgijevega telesa opravljajo zelo različne funkcije.

Če na Golgijev aparat pomislite kot na obrat za pakiranje celic, si lahko predstavljate cis stran ali cis obraz kot Golgijev sprejemni dok. Tu Golgijev aparat prevzame tovor, poslan iz endoplazemskega retikuluma, s posebnimi transporterji, imenovanimi vezikule.

Nasprotna stran, imenovana trans face, je ladijski priklop telesa Golgi.

Po razvrščanju in pakiranju Golgijev aparat sprosti beljakovine in lipidi s trans obraza.

Organela vanjo naloži beljakovinski ali lipidni tovor transporterji veziklov, ki odcepijo od Golgija, namenjenega drugam v celico. Na primer, nekaj tovora gre lahko v lizosom za recikliranje in razgradnjo.

Drugi tovor se lahko celo odpelje izven celice, potem ko je odposlan na plazemsko membrano celice.

Celice citoskelet, ki je matrika strukturnih beljakovin, ki dajo celici obliko in pomagajo organizirati njeno vsebino, zasidra Golgijevo telo v bližini endoplazemskega retikuluma in celice jedro.

Ker te organele skupaj ustvarjajo pomembne biomolekule, kot so beljakovine in lipidi, je smiselno, da ustanovijo trgovino v neposredni bližini.

Nekatere beljakovine v citoskeletu, imenovane mikrotubule, delujejo kot železniške proge med temi organelami in drugimi lokacijami znotraj celice. Tako transportne vezikle olajšajo premikanje tovora med organele in do končnih ciljev v celici.

Kaj se zgodi v Golgiju med sprejemanjem tovora na cis in ponovno pošiljanjem tovora čez cesto, je nekaj glavnih del Golgijevega aparata. Gonilno silo te funkcije vodijo tudi beljakovine.

Vrečke za cisterne v različnih predelkih Golgijevega telesa vsebujejo poseben razred beljakovin, imenovanih encimi. Specifični encimi v vsaki vrečki omogočajo spreminjanje lipidov in beljakovin, ko prehajajo iz cis-obraza skozi medialni oddelek na poti do trans-obraza.

Te spremembe, ki jih izvajajo različni encimi v vrečkah za cisterne, močno spremenijo rezultate modificiranih biomolekul. Včasih spremembe pripomorejo k temu, da molekule delujejo in opravljajo svoje delo.

V drugih primerih spremembe delujejo kot etikete, ki ladijski center Golgijevega aparata obveščajo o končnem namembnem kraju biomolekul.

Te spremembe vplivajo na strukturo beljakovin in lipidov. Na primer, encimi lahko odstranijo stranske verige sladkorja ali tovoru dodajo skupine sladkorja, maščobnih kislin ali fosfatov.

•••Učenje

Specifični encimi, prisotni v vsaki cisterni, določajo, katere spremembe se zgodijo v teh vrečkah cisterne. Na primer, ena sprememba cepi sladkorno manozo. Običajno se to zgodi v prejšnjih cis ali medialnih oddelkih na podlagi tam prisotnih encimov.

Druga sprememba doda sladkorni galaktozi ali sulfatni skupini biomolekule. To se običajno zgodi ob koncu potovanja tovora skozi telo Golgija v prekatu.

Ker številne spremembe delujejo kot etikete, Golgijev aparat te podatke uporabi na transverziji, da zagotovi, da se na novo spremenjeni lipidi in beljakovine končajo na pravem cilju. To si lahko predstavljate kot poštno žigosanje paketov z nalepkami z naslovi in ​​druga navodila za pošiljanje pošiljateljev.

Golgijevo telo razvrsti tovor na podlagi teh nalepk in naloži lipide in beljakovine v ustrezne transporterji veziklov, pripravljen za odpremo.

Mnoge spremembe, ki se zgodijo v cisternah Golgijevega aparata, so post-prevajalske spremembe.

To so spremembe beljakovin, potem ko so beljakovine že zgrajene in zložene. Če želite to razumeti, boste morali v shemi sinteze beljakovin potovati nazaj.

V jedru vsake celice je DNK, ki deluje kot načrt za gradnjo biomolekul, kot so beljakovine. Celoten nabor DNK, je poklical človeški genom, vsebuje tako nekodirajoče DNA kot gene, ki kodirajo beljakovine. Informacije, ki jih vsebuje vsak kodirni gen, vsebujejo navodila za gradnjo verig aminokislin.

Sčasoma se te verige zložijo v funkcionalne beljakovine.

Vendar se to ne zgodi na individualni lestvici. Ker je človeških beljakovin veliko več, kot je genov za kodiranje, mora imeti vsak gen sposobnost, da proizvaja več proteinov.

Pomislite tako: če znanstveniki ocenijo, da je približno 25.000 ljudi geni in več kot milijon človeških beljakovin, kar pomeni, da ljudje potrebujejo več kot 40-krat več beljakovin kot posamezni geni.

Rešitev za izgradnjo toliko beljakovin iz tako sorazmerno majhnega nabora genov je post-translacijska modifikacija.

To je postopek, s katerim celica kemično modificira novo nastale beljakovine (in starejše beljakovine v drugih primerih), da bi spremenili, kaj beljakovine počnejo, kje se lokalizirajo in kako sodelujejo z drugimi molekul.

Obstaja nekaj pogostih vrst post-prevajalskih sprememb. Sem spadajo fosforilacija, glikozilacija, metilacija, acetilacija in lipidiranje.

• Fosforilacija: beljakovinam doda fosfatno skupino. Ta sprememba običajno vpliva na celične procese, povezane z rastjo celic in celično signalizacijo.

• Glikozilacija: se pojavi, ko celica beljakovinam doda sladkorno skupino. Ta sprememba je še posebej pomembna za beljakovine, namenjene plazemski membrani celice, ali za izločene beljakovine, ki se končajo zunaj celice.

• Metilacija: beljakovinam doda metilno skupino. Ta sprememba je dobro znana epigenetski regulator. To v bistvu pomeni, da lahko metilacija vklopi ali izklopi vpliv gena. Na primer, ljudje, ki doživijo obsežne travme, kot je lakota, na svoje otroke prenesejo genetske spremembe, ki jim pomagajo preživeti prihodnje pomanjkanje hrane. Eden najpogostejših načinov za prenos teh sprememb iz ene generacije v drugo je metilacija beljakovin.

• Acetilacija: beljakovinam doda acetilno skupino. Vloga te spremembe raziskovalcem ni povsem jasna. Vendar vedo, da je to pogosta sprememba za histoni, ki so beljakovine, ki delujejo kot tuljave za DNA.

• Lipidiranje: beljakovinam doda lipide. Zaradi tega beljakovine bolj nasprotujejo vodi ali so hidrofobne in so zelo koristne za beljakovine, ki so del membran.

Post-translacijska modifikacija celici omogoča, da z relativno majhnim številom genov zgradi najrazličnejše beljakovine. Te spremembe spremenijo način vedenja beljakovin in tako vplivajo na splošno delovanje celic. Na primer, lahko povečajo ali zmanjšajo celične procese, kot so rast celic, celična smrt in celična signalizacija.

Nekatere post-translacijske spremembe vplivajo na funkcije celic, povezane s človeško boleznijo, zato ugotovimo, kako in zakaj pride do sprememb, lahko znanstvenikom pomaga razviti zdravila ali druga zdravila za to zdravje pogoji.

Ko modificirani proteini in lipidi dosežejo površino, so pripravljeni na razvrščanje in natovarjanje v transportne mehurčke, ki jih bodo prepeljali do končnih ciljev v celici. Pri tem se Golgijeva karoserija zanaša na tiste modifikacije, ki delujejo kot etikete in organeli sporočajo, kam naj pošljejo tovor.

Golgijev aparat naloži razvrščeni tovor v transporterje mehurčkov, ki bodo odpluli z Golgijevega telesa in potovali do končnega cilja, da bi dostavili tovor.

A mehurček zveni zapleteno, vendar gre zgolj za kapljico tekočine, obdano z membrano, ki ščiti tovor med vezikularnim prevozom. Za Golgijev aparat obstajajo tri vrste transportnih veziklov: eksocitozna vezikule, sekretorna vezikule in lizosomska vezikule.

Tako eksocitozne kot sekretorne vezikule zavzamejo tovor in ga premaknejo v celično membrano za sprostitev zunaj celice.

Tam se vezikul zlije z membrano in sprosti tovor zunaj celice skozi pore v membrani. Včasih se to zgodi takoj ob pristajanju na celična membrana. V drugih primerih se transportni vezikul priklopi na celično membrano in se nato obesi ter čaka na signale zunaj celice, preden sprosti tovor.

Dober primer tovora eksocitoznih veziklov je protitelo, ki ga aktivira imunski sistem, ki mora zapustiti celico, da bo lahko opravil svoje delo in se boril proti patogenom. Nevrotransmiterji, kot je adrenalin, so vrsta molekule, ki se zanaša na sekretorne vezikle.

Te molekule delujejo kot signali, ki pomagajo uskladiti odziv na grožnjo, na primer med "bojem ali begom".

Lizozomski transportni mehurčki prenašajo tovor v lizosom, ki je center za recikliranje celice. Ta tovor je na splošno poškodovan ali star, zato ga lizosom odstrani in deli neželene sestavne dele.

Golgijevo telo je nedvomno zapleteno in zrelo področje za tekoče raziskave. Pravzaprav, čeprav je bil Golgi prvič viden leta 1897, znanstveniki še vedno delajo na modelu, ki v celoti pojasnjuje, kako Golgijev aparat deluje.

Eno od razprav je, kako natančno se tovor premika od cis-obraza do pročelja.

Nekateri znanstveniki menijo, da vezikule prenašajo tovor iz ene vrečke za cisterne v drugo. Drugi raziskovalci menijo, da se cisterne same premikajo in zorijo, ko se premikajo iz predela za cis v prekat in nosijo tovor s seboj.

Slednje je model zorenja.