Golgi-apparat: funktion, struktur (med analogi och diagram)

De flesta har byggt en cellmodell för ett vetenskapsmässa eller klassrumsprojekt, och få eukaryot cell komponenter är lika intressanta att titta på eller bygga som Golgiapparat.

Till skillnad från många organeller, som tenderar att ha mer enhetliga och ofta runda former, är Golgi-apparaten - även kallad Golgi-komplexet, Golgi-kroppen eller till och med bara Golgi - en serie platta skivor eller påsar staplade ihop.

För den avslappnade observatören ser Golgi-apparaten ut som en fågelperspektiv på en labyrint eller kanske till och med en bit godis.

Denna intressanta struktur hjälper Golgi-apparaten med sin roll som en del av endomembransystem, som består av Golgi-kroppen och några andra organeller, inklusive lysosomer och endoplasmatiska retiklet.

Dessa organeller går ihop för att förändra, packa och transportera viktiga cellinnehåll, såsom lipider och proteiner.

Golgi apparater analogi: Golgi-apparaten kallas ibland förpackningsanläggningen eller postkontoret för cellen eftersom den tar emot molekyler och gör förändringar till dem sorterar och adresserar sedan dessa molekyler för transport till andra delar av cellen, precis som ett postkontor gör med brev och paket.

instagram story viewer

Golgiapparatens struktur är avgörande för dess funktion.

Var och en av de platta påsarna med membran som staplas ihop för att bilda organellen kallas cisternae. I de flesta organismer finns det fyra till åtta av dessa skivor, men vissa organismer kan ha upp till 60 cisterner i en enda Golgi-kropp. Mellanrummen mellan varje påse är lika viktiga som själva påsarna.

Dessa utrymmen är Golgi-apparaten ' lumen.

Forskare delar upp Golgi-kroppen i tre delar: cisternerna nära det endoplasmiska nätverket, som är cis avdelning; cisternerna långt borta från det endoplasmatiska nätverket, vilket är trans avdelning; och de mellersta cisternerna, kallade medial avdelning.

Dessa etiketter är viktiga för att förstå hur Golgi-apparaten fungerar eftersom Golgi-kroppens yttersta sidor, eller nätverk, utför mycket olika funktioner.

Om du tänker på Golgi-apparaten som cellens förpackningsanläggning kan du visualisera cis-sidan, eller cis-ansiktet, som Golgis mottagningsdocka. Här tar Golgi-apparaten in gods som skickas från det endoplasmiska nätverket genom speciella transportörer som kallas vesiklar.

Den motsatta sidan, som kallas trans-ansiktet, är Golgi-kroppens sjöfart.

Efter sortering och förpackning släpper Golgi-apparaten ut proteiner och lipider från trans ansiktet.

Organellen laddar proteinet eller lipidlasten i vesikeltransportörer, som sprider sig från Golgi, avsedda för andra platser i cellen. Till exempel kan en del last gå till lysosomen för återvinning och nedbrytning.

Annan last kan till och med hamna utanför cellen efter att ha skickats till cellens plasmamembran.

Cellen cytoskelett, som är en matris av strukturella proteiner som ger cellen sin form och hjälper till att organisera dess innehåll, förankrar Golgi-kroppen på plats nära endoplasmatisk retikulum och cell kärna.

Eftersom dessa organeller arbetar tillsammans för att bygga viktiga biomolekyler, såsom proteiner och lipider, är det vettigt för dem att starta butiker i närheten av varandra.

Några av proteinerna i cytoskelettet kallas mikrotubuli, agera som järnvägsspår mellan dessa organeller liksom andra platser i cellen. Detta gör det enkelt för transportblåsor att flytta gods mellan organellerna och till deras slutdestinationer i cellen.

Vad som händer i Golgi mellan att ta emot lasten vid cis-ytan och sända ut den igen på trans-ytan är något av Golgi-apparatens stora arbete. Drivkraften bakom denna funktion drivs också av proteiner.

Cisternaepåsarna i Golgi-kroppens olika fack innehåller en speciell klass av proteiner som kallas enzymer. De specifika enzymerna i varje påse gör det möjligt att modifiera lipiderna och proteinerna när de passerar från cis-ansiktet genom det mediala facket på väg till trans-ansiktet.

Dessa modifieringar utförda av de olika enzymerna i cisternaepåsarna gör en enorm skillnad i de modifierade biomolekylernas resultat. Ibland hjälper modifieringarna till att göra molekylerna funktionella och kunna utföra sina jobb.

Vid andra tillfällen fungerar ändringarna som etiketter som informerar Golgi-apparaterna om biomolekylernas slutdestination.

Dessa modifieringar påverkar strukturen hos proteinerna och lipiderna. Exempelvis kan enzymer ta bort sockerkedjor eller lägga till socker, fettsyra eller fosfatgrupper i lasten.

•••Sciencing

De specifika enzymer som finns i var och en av cisternerna bestämmer vilka modifieringar som händer i de cisternala påsarna. Till exempel klyver en modifiering sockermannosen. Detta inträffar vanligtvis i de tidigare cis- eller medialavdelningarna, baserat på de enzymer som finns där.

En annan modifiering lägger till sockergalaktos eller en sulfatgrupp till biomolekyler. Detta händer i allmänhet nära slutet av lastens resa genom Golgi-kroppen i transfacket.

Eftersom många av modifieringarna fungerar som etiketter använder Golgi-apparaten denna information vid trans-sidan för att säkerställa att de nyligen ändrade lipiderna och proteinerna hamnar på rätt destination. Du kan föreställa dig detta som ett poststämplingspaket med adressetiketter och andra leveransinstruktioner för posthanterarna.

Golgi-kroppen sorterar lasten baserat på dessa etiketter och laddar lipiderna och proteinerna i lämpligt vesikeltransportörer, redo att skickas ut.

Många av de förändringar som äger rum i cisternerna i Golgi-apparaten är ändringar efter translation.

Dessa är förändringar som görs i proteiner efter att proteinet redan har byggts och vikts. För att förstå detta måste du resa bakåt i schemat för proteinsyntes.

Inuti kärnan i varje cell finns det DNA, som fungerar som en ritning för att bygga biomolekyler som proteiner. Hela uppsättningen DNA, ringde mänskligt genom, innehåller både icke-kodande DNA och proteinkodande gener. Informationen i varje kodande gen ger instruktioner för att bygga kedjor av aminosyror.

Så småningom viks dessa kedjor till funktionella proteiner.

Detta händer dock inte i en-till-en-skala. Eftersom det finns sätt, mycket mer humana proteiner än det finns kodande gener i genomet, måste varje gen ha förmågan att producera flera proteiner.

Tänk på det här: om forskare uppskattar att det finns cirka 25 000 människor gener och över 1 miljon humana proteiner, det betyder att människor behöver mer än 40 gånger mer proteiner än de har enskilda gener.

Lösningen för att bygga så många proteiner från en sådan relativt liten uppsättning gener är post-translationell modifiering.

Detta är den process genom vilken cellen gör kemiska modifieringar av de nybildade proteinerna (och äldre proteiner vid andra tillfällen) för att ändra vad proteinet gör, var det lokaliseras och hur det interagerar med andra molekyler.

Det finns några vanliga typer av modifiering efter translation. Dessa inkluderar fosforylering, glykosylering, metylering, acetylering och lipidering.

• Fosforylering: lägger till en fosfatgrupp i proteinet. Denna modifiering påverkar vanligtvis cellprocesser relaterade till celltillväxt och cellsignalering.

• Glykosylering: inträffar när cellen adderar en sockergrupp till proteinet. Denna modifiering är särskilt viktig för proteiner avsedda för cellens plasmamembran eller för utsöndrade proteiner, som hamnar utanför cellen.

• Metylering: lägger till en metylgrupp i proteinet. Denna modifiering är välkänd epigenetisk regulator. Detta innebär i grunden att metylering kan slå på eller stänga av genens inflytande. Till exempel, människor som upplever ett storskaligt trauma, såsom hungersnöd, överför genetiska förändringar till sina barn för att hjälpa dem att överleva framtida matbrist. Ett av de vanligaste sätten att överföra dessa förändringar från en generation till en annan är genom proteinmetylering.

• Acetylering: lägger till en acetylgrupp i proteinet. Rollen för denna modifiering är inte helt klar för forskare. Men de vet att det är en vanlig modifiering för histoner, vilka är proteinerna som fungerar som spolar för DNA.

• Lipidering: lägger till lipider i proteinet. Detta gör proteinet mer motsatt till vatten, eller hydrofobt, och är mycket användbart för proteiner som ingår i membran.

Post-translationell modifiering gör det möjligt för cellen att bygga ett stort antal proteiner med ett relativt litet antal gener. Dessa modifieringar förändrar hur proteinerna beter sig och påverkar därför den totala cellfunktionen. Till exempel kan de öka eller minska cellprocesser såsom celltillväxt, celldöd och cell signalering.

Vissa ändringar efter translation påverkar cellfunktioner relaterade till mänsklig sjukdom, så ta reda på hur och varför förändringar inträffar kan hjälpa forskare att utveckla mediciner eller andra behandlingar för denna hälsa betingelser.

När de modifierade proteinerna och lipiderna når transytan är de redo för sortering och laddning i transportblåsorna som transporterar dem till sina slutliga destinationer i cellen. För att göra detta förlitar sig Golgi-kroppen på de modifieringar som fungerar som etiketter och berättar organellen vart de ska skicka lasten.

Golgi-apparaten laddar den sorterade lasten i vesikeltransportörer, som kommer att knoppa av Golgi-kroppen och resa till slutdestinationen för att leverera lasten.

A vesikel låter komplicerat, men det är helt enkelt en vätskesträng omgiven av ett membran som skyddar lasten under vesikulär transport. För Golgi-apparaten finns det tre typer av transportblåsor: exocytotisk blåsor, sekretorisk blåsor och lysosomal blåsor.

Både exocytotiska och sekretoriska vesiklar uppslukar lasten och flyttar den till cellmembranet för frisättning utanför cellen.

Där smälter blåsan med membranet och släpper ut lasten utanför cellen genom en por i membranet. Ibland händer detta omedelbart efter dockning vid cellmembranet. Vid andra tillfällen hamnar transportblåsan vid cellmembranet och hänger sedan i väntan på signaler utanför cellen innan lasten släpps.

Ett bra exempel på exocytotisk vesikellast är en antikropp aktiverad av immunsystemet, som måste lämna cellen för att kunna göra sitt jobb för att bekämpa patogener. Neurotransmittorer som adrenalin är en typ av molekyl som är beroende av sekretoriska vesiklar.

Dessa molekyler fungerar som signaler för att hjälpa till att samordna ett svar på ett hot, till exempel under "kamp eller flykt".

Lysosomala transportblåsor flyttar last till lysosom, som är cellens återvinningscenter. Denna last är vanligtvis skadad eller gammal, så lysosomen avlägsnar den för delar och bryter ner de oönskade komponenterna.

Golgi-kroppen är utan tvekan ett komplext och mogen område för pågående forskning. Faktum är att även om Golgi sågs för första gången 1897, arbetar forskare fortfarande med en modell som helt förklarar hur Golgi-apparaten fungerar.

Ett debattområde är hur exakt lasten rör sig från cis-ansiktet till trans-ansiktet.

Vissa forskare tror att vesiklar transporterar lasten från en cisternapåse till nästa. Andra forskare tror att cisternerna själva rör sig och mognar när de flyttar från cis-facket till trans-facket och bär lasten med sig.

Det senare är mognadsmodell.