เครื่องมือกอลจิ: ฟังก์ชัน โครงสร้าง (พร้อมการเปรียบเทียบและแผนภาพ)

คนส่วนใหญ่ได้สร้างแบบจำลองเซลล์สำหรับงานวิทยาศาสตร์หรือโครงงานวิทยาศาสตร์ในห้องเรียน และมีเพียงไม่กี่คนเท่านั้น เซลล์ยูคาริโอต ส่วนประกอบมีความน่าสนใจในการดูหรือสร้างพอๆ กับ เครื่องมือกอลจิ.

ไม่เหมือนหลายๆ ออร์แกเนลล์ซึ่งมักจะมีรูปร่างสม่ำเสมอและมักจะเป็นทรงกลม อุปกรณ์ Golgi - หรือที่เรียกว่า Golgi complex, Golgi body หรือแม้แต่ Golgi - เป็นชุดของแผ่นแบนหรือกระเป๋าที่ซ้อนกัน

สำหรับผู้สังเกตการณ์แบบเป็นกันเอง อุปกรณ์ Golgi ดูเหมือนมุมมองตานกของเขาวงกตหรือแม้กระทั่งลูกอมริบบิ้น

โครงสร้างที่น่าสนใจนี้ช่วยให้อุปกรณ์ Golgi มีบทบาทเป็นส่วนหนึ่งของ ระบบเยื่อบุโพรงมดลูกซึ่งประกอบด้วยร่างกายกอลจิและออร์แกเนลล์อื่นๆ รวมทั้ง ไลโซโซม และ เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม.

ออร์แกเนลล์เหล่านี้รวมกันเพื่อเปลี่ยนแปลง บรรจุ และขนส่งเนื้อหาของเซลล์ที่สำคัญ เช่น ไขมันและโปรตีน

การเปรียบเทียบอุปกรณ์ Golgi: อุปกรณ์ Golgi บางครั้งเรียกว่าโรงงานบรรจุหรือที่ทำการไปรษณีย์ของเซลล์เพราะได้รับโมเลกุลและทำการเปลี่ยนแปลง จากนั้นจึงคัดแยกและจัดการกับโมเลกุลเหล่านั้นเพื่อขนส่งไปยังส่วนอื่นๆ ของเซลล์ เช่นเดียวกับที่ทำการไปรษณีย์ด้วยจดหมายและหีบห่อ

โครงสร้างของเครื่องมือ Golgi มีความสำคัญต่อการทำงานของอุปกรณ์

ถุงแบนๆ ของเมมเบรนที่เรียงซ้อนกันเป็นออร์แกเนลล์เรียกว่า ถังน้ำ. ในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ มีแผ่นดิสก์เหล่านี้สี่ถึงแปดแผ่น แต่สิ่งมีชีวิตบางชนิดสามารถมีถังเก็บน้ำได้ถึง 60 ใบในร่างกาย Golgi เดียว ช่องว่างระหว่างกระเป๋าแต่ละใบมีความสำคัญพอๆ กับตัวกระเป๋า

ช่องว่างเหล่านี้เป็นของเครื่องมือ Golgi ลูเมน.

นักวิทยาศาสตร์แบ่งร่างกาย Golgi ออกเป็นสามส่วน: cisternae ใกล้กับเอนโดพลาสมิก reticulum ซึ่งเป็น ซิส ช่อง; อ่างเก็บน้ำที่อยู่ห่างไกลจากเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัม ซึ่งก็คือ ทรานส์ ช่อง; และถังน้ำกลางเรียกว่า อยู่ตรงกลาง ช่อง.

ฉลากเหล่านี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจว่าเครื่องมือ Golgi ทำงานอย่างไร เนื่องจากด้านนอกสุดหรือโครงข่ายของร่างกาย Golgi ทำหน้าที่ต่างกันมาก

ถ้าคุณคิดว่าอุปกรณ์ Golgi เป็นโรงงานบรรจุหีบห่อ คุณสามารถนึกภาพด้าน cis หรือ cis face เป็นท่าเรือรับของ Golgi ที่นี่ อุปกรณ์ Golgi รับสินค้าที่ส่งจากเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมผ่านอุปกรณ์ขนย้ายพิเศษที่เรียกว่าถุงน้ำ

ฝั่งตรงข้ามเรียกว่าหน้าทรานส์ คือท่าเทียบเรือของร่างกอลจิ

หลังจากคัดแยกและบรรจุหีบห่อ เครื่องมือ Golgi จะปล่อยโปรตีนและ ไขมัน จากใบหน้าทรานส์

ออร์แกเนลล์บรรจุโปรตีนหรือลิพิดคาร์โก้เข้าไปใน ขนย้ายถุงน้ำซึ่งแตกหน่อจากกอลจิ ลิขิตไปยังที่อื่นในห้องขัง ตัวอย่างเช่น สินค้าบางอย่างอาจไปที่ไลโซโซมเพื่อรีไซเคิลและย่อยสลาย

สินค้าอื่นๆ อาจถึงกับม้วนออกนอกเซลล์หลังจากส่งไปยังพลาสมาเมมเบรนของเซลล์

เซลล์ โครงร่างเซลล์ซึ่งเป็นเมทริกซ์ของโปรตีนโครงสร้างที่ทำให้เซลล์มีรูปร่างและช่วยจัดระเบียบเนื้อหา ยึดร่างกาย Golgi ไว้ใกล้กับเอนโดพลาสมิกเรติเคิลและเซลล์ นิวเคลียส.

เนื่องจากออร์แกเนลล์เหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อสร้างโมเลกุลชีวโมเลกุลที่สำคัญ เช่น โปรตีนและไขมัน จึงเหมาะสมสำหรับพวกมันที่จะตั้งร้านอยู่ใกล้กัน

โปรตีนบางชนิดในโครงร่างเซลล์ที่เรียกว่า ไมโครทูบูลทำหน้าที่เหมือนรางรถไฟระหว่างออร์แกเนลล์เหล่านี้กับตำแหน่งอื่นๆ ภายในเซลล์ สิ่งนี้ทำให้ง่ายต่อการขนส่งของถุงเก็บสินค้าระหว่างออร์แกเนลล์และไปยังปลายทางสุดท้ายในห้องขัง

สิ่งที่เกิดขึ้นใน Golgi ระหว่างการรับสินค้าที่หน้า cis และการขนส่งอีกครั้งที่หน้า trans คืองานหลักของเครื่องมือ Golgi แรงผลักดันที่อยู่เบื้องหลังฟังก์ชันนี้ยังขับเคลื่อนด้วยโปรตีน

ถุงเก็บน้ำในช่องต่างๆ ของร่างกาย Golgi มีโปรตีนประเภทพิเศษที่เรียกว่า เอนไซม์. เอ็นไซม์เฉพาะในแต่ละถุงทำให้สามารถปรับเปลี่ยนไขมันและโปรตีนเมื่อผ่านจากหน้า cis ผ่านช่องตรงกลางระหว่างทางไปสู่การเปลี่ยนหน้า

การดัดแปลงเหล่านี้ดำเนินการโดยเอ็นไซม์ต่างๆ ในถุงเก็บน้ำในถังเก็บน้ำ ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมากในผลลัพธ์ของโมเลกุลชีวโมเลกุลที่ดัดแปลง บางครั้งการดัดแปลงช่วยทำให้โมเลกุลทำงานได้และสามารถทำงานได้

ในบางครั้ง การดัดแปลงจะทำหน้าที่เหมือนฉลากที่แจ้งศูนย์จัดส่งเครื่องมือ Golgi เกี่ยวกับปลายทางสุดท้ายของสารชีวโมเลกุล

การปรับเปลี่ยนเหล่านี้ส่งผลต่อโครงสร้างของโปรตีนและไขมัน ตัวอย่างเช่น เอนไซม์อาจขจัดโซ่ด้านน้ำตาลหรือเติมน้ำตาล กรดไขมัน หรือกลุ่มฟอสเฟตลงในสินค้า

•••วิทยาศาสตร์

เอ็นไซม์เฉพาะที่มีอยู่ในถังเก็บน้ำแต่ละอันเป็นตัวกำหนดว่าการเปลี่ยนแปลงใดเกิดขึ้นในถุงเก็บน้ำนั้น ตัวอย่างเช่น การดัดแปลงหนึ่งส่วนแยกน้ำตาลแมนโนสออก ซึ่งมักจะเกิดขึ้นใน cis หรือช่องที่อยู่ตรงกลางก่อนหน้านี้ ขึ้นอยู่กับเอนไซม์ที่มีอยู่

การดัดแปลงอื่นจะเพิ่มน้ำตาลกาแลคโตสหรือกลุ่มซัลเฟตให้กับ ชีวโมเลกุล. โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นใกล้กับจุดสิ้นสุดของการเดินทางของสินค้าผ่านร่างกาย Golgi ในช่องเก็บสัมภาระ

เนื่องจากการดัดแปลงหลายอย่างทำหน้าที่เหมือนฉลาก อุปกรณ์ Golgi จึงใช้ข้อมูลนี้ที่หน้าทรานส์เพื่อให้แน่ใจว่าไขมันและโปรตีนที่เปลี่ยนแปลงใหม่จะเข้าที่ปลายทางที่ถูกต้อง คุณสามารถจินตนาการถึงสิ่งนี้ได้เหมือนกับบรรจุภัณฑ์ที่ประทับตราไปรษณีย์พร้อมป้ายที่อยู่และคำแนะนำในการจัดส่งอื่นๆ สำหรับตัวจัดการจดหมาย

ร่างกายของ Golgi จัดเรียงสินค้าตามฉลากเหล่านั้นและบรรจุไขมันและโปรตีนลงในที่เหมาะสม ขนย้ายถุงน้ำ,พร้อมส่ง.

การดัดแปลงหลายอย่างที่เกิดขึ้นในถังเก็บน้ำของอุปกรณ์กอลจินั้น การปรับเปลี่ยนหลังการแปล.

สิ่งเหล่านี้คือการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับโปรตีนหลังจากที่สร้างและพับโปรตีนแล้ว เพื่อให้เข้าใจในเรื่องนี้ คุณจะต้องเดินทางย้อนกลับในรูปแบบการสังเคราะห์โปรตีน

ภายในนิวเคลียสของแต่ละเซลล์มี DNA ซึ่งทำหน้าที่เหมือนพิมพ์เขียวสำหรับสร้างชีวโมเลกุลเช่นโปรตีน ชุดเต็มของ ดีเอ็นเอเรียกว่า จีโนมมนุษย์มีทั้ง DNA ที่ไม่เข้ารหัสและยีนที่เข้ารหัสโปรตีน ข้อมูลที่มีอยู่ในยีนการเข้ารหัสแต่ละตัวจะให้คำแนะนำในการสร้างสายโซ่ของกรดอะมิโน

ในที่สุดโซ่เหล่านี้จะพับเป็นโปรตีนที่ใช้งานได้

อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นในระดับหนึ่งต่อหนึ่ง เนื่องจากมีวิธี โปรตีนของมนุษย์มากกว่าที่มีการเข้ารหัสยีนในจีโนม ยีนแต่ละตัวจึงต้องมีความสามารถในการผลิตโปรตีนหลายชนิด

ลองคิดแบบนี้: ถ้านักวิทยาศาสตร์ประเมินว่ามีมนุษย์ประมาณ 25,000 คน ยีน และโปรตีนของมนุษย์มากกว่า 1 ล้านตัว นั่นหมายความว่ามนุษย์ต้องการโปรตีนมากกว่า 40 เท่า เมื่อเทียบกับยีนแต่ละตัว

วิธีแก้ปัญหาสำหรับการสร้างโปรตีนจำนวนมากจากชุดยีนที่มีขนาดค่อนข้างเล็กดังกล่าวคือการดัดแปลงหลังการแปล

นี่เป็นกระบวนการที่เซลล์ทำการดัดแปลงทางเคมีให้กับโปรตีนที่สร้างขึ้นใหม่ (และโปรตีนที่เก่ากว่า ในบางครั้ง) เพื่อเปลี่ยนแปลงสิ่งที่โปรตีนทำ ที่ที่มันจำกัดตำแหน่งและวิธีที่มันโต้ตอบกับผู้อื่น โมเลกุล

มีการแก้ไขหลังการแปลทั่วไปสองสามประเภท ซึ่งรวมถึงฟอสโฟรีเลชัน ไกลโคซิเลชัน เมทิเลชัน อะซิติเลชันและลิพิเดชัน

• ฟอสฟอรีเลชั่น: เพิ่มหมู่ฟอสเฟตให้กับโปรตีน การปรับเปลี่ยนนี้มักจะส่งผลต่อกระบวนการของเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการเติบโตของเซลล์และการส่งสัญญาณของเซลล์

• ไกลโคซิเลชั่น: เกิดขึ้นเมื่อเซลล์เพิ่มกลุ่มน้ำตาลให้กับโปรตีน การดัดแปลงนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโปรตีนที่ถูกกำหนดไว้สำหรับเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์หรือโปรตีนที่หลั่งออกมา ซึ่งไขลานออกไปนอกเซลล์

• เมทิลเลชั่น: เพิ่มหมู่เมทิลให้กับโปรตีน การปรับเปลี่ยนนี้เป็นที่รู้จักกันดี ตัวควบคุม epigenetic. โดยพื้นฐานแล้วหมายความว่าเมทิลเลชั่นสามารถเปลี่ยนอิทธิพลของยีนได้ ตัวอย่างเช่น ผู้ที่ประสบกับบาดแผลขนาดใหญ่ เช่น ความอดอยาก ส่งต่อการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมให้ลูกหลาน เพื่อช่วยให้พวกเขารอดพ้นจากการขาดแคลนอาหารในอนาคต วิธีหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปในการส่งผ่านการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นจากรุ่นหนึ่งไปสู่อีกรุ่นหนึ่งคือผ่านโปรตีนเมทิลเลชั่น

• อะซิติเลชั่น: เพิ่มกลุ่มอะซิติลให้กับโปรตีน บทบาทของการปรับเปลี่ยนนี้ไม่ชัดเจนสำหรับนักวิจัย อย่างไรก็ตาม พวกเขารู้ว่าเป็นการดัดแปลงทั่วไปสำหรับ histonesซึ่งเป็นโปรตีนที่ทำหน้าที่เป็นแกนของดีเอ็นเอ

• สลายไขมัน: เพิ่มไขมันให้กับโปรตีน สิ่งนี้ทำให้โปรตีนต่อต้านน้ำหรือไม่ชอบน้ำและมีประโยชน์อย่างมากสำหรับโปรตีนที่เป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์

การดัดแปลงหลังการแปลช่วยให้เซลล์สร้างโปรตีนได้หลากหลายโดยใช้ยีนจำนวนค่อนข้างน้อย การปรับเปลี่ยนเหล่านี้เปลี่ยนวิธีการทำงานของโปรตีนและส่งผลต่อการทำงานของเซลล์โดยรวม ตัวอย่างเช่น อาจเพิ่มหรือลดกระบวนการของเซลล์ เช่น การเติบโตของเซลล์ การตายของเซลล์ และการส่งสัญญาณของเซลล์

การปรับเปลี่ยนหลังการแปลบางอย่างส่งผลต่อการทำงานของเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับโรคของมนุษย์ ดังนั้นการหาวิธีการและ เหตุใดการปรับเปลี่ยนจึงอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์พัฒนายาหรือการรักษาอื่นๆ เพื่อสุขภาพเหล่านี้ได้ เงื่อนไข

เมื่อโปรตีนและไขมันที่ถูกดัดแปลงไปถึงใบหน้าของทรานส์ พวกมันก็พร้อมสำหรับการคัดแยกและบรรจุลงในถุงขนส่งที่จะขนส่งพวกมันไปยังปลายทางสุดท้ายในเซลล์ ในการทำเช่นนี้ ร่างกายของ Golgi อาศัยการดัดแปลงเหล่านั้นที่ทำหน้าที่เป็นป้ายบอกออร์แกเนลล์ว่าจะส่งสินค้าไปที่ใด

เครื่องมือ Golgi จะบรรทุกสินค้าที่แยกประเภทแล้วไปยังเครื่องขนย้ายถุง ซึ่งจะแตกตัวของ Golgi และเดินทางไปยังปลายทางสุดท้ายเพื่อส่งมอบสินค้า

อา ถุงน้ำ ฟังดูซับซ้อน แต่เป็นเพียงลูกปัดของเหลวที่ล้อมรอบด้วยเมมเบรนที่ปกป้องสินค้าระหว่างการขนส่งแบบตุ่ม สำหรับอุปกรณ์ Golgi มีถุงขนส่งสามประเภท: exocytotic ถุงน้ำ, เลขา ถุงน้ำและ ไลโซโซมอล ถุงน้ำ

ถุงน้ำหลั่งทั้ง exocytotic และ secretory ดูดกลืนสินค้าและเคลื่อนย้ายไปยังเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อปล่อยออกนอกเซลล์

ถุงน้ำจะหลอมรวมกับเมมเบรนและปล่อยสินค้าออกนอกเซลล์ผ่านรูพรุนในเมมเบรน บางครั้งสิ่งนี้จะเกิดขึ้นทันทีเมื่อเทียบท่าที่ เยื่อหุ้มเซลล์. ในบางครั้ง ถุงขนส่งจะจอดที่เยื่อหุ้มเซลล์แล้วห้อยออก รอสัญญาณจากภายนอกเซลล์ก่อนจะปล่อยสินค้า

ตัวอย่างที่ดีของ exocytotic vesicle cargo คือแอนติบอดีที่กระตุ้นโดยระบบภูมิคุ้มกัน ซึ่งจำเป็นต้องออกจากเซลล์เพื่อทำหน้าที่ต่อสู้กับเชื้อโรค สารสื่อประสาทเช่นอะดรีนาลีนเป็นโมเลกุลประเภทหนึ่งที่ต้องอาศัยถุงน้ำคัดหลั่ง

โมเลกุลเหล่านี้ทำหน้าที่เหมือนสัญญาณเพื่อช่วยประสานการตอบสนองต่อภัยคุกคาม เช่น ระหว่าง "การต่อสู้หรือหนี"

ถุงขนส่ง Lysosomal เคลื่อนย้ายสินค้าไปที่ ไลโซโซมซึ่งเป็นศูนย์รีไซเคิลเซลล์ สินค้านี้โดยทั่วไปเสียหายหรือเก่า ดังนั้นไลโซโซมจึงตัดชิ้นส่วนสำหรับชิ้นส่วนและทำให้ส่วนประกอบที่ไม่ต้องการเสื่อมคุณภาพ

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าร่างกายของ Golgi นั้นซับซ้อนและเป็นพื้นที่สุกงอมสำหรับการวิจัยอย่างต่อเนื่อง ในความเป็นจริง แม้ว่า Golgi จะถูกพบครั้งแรกในปี 1897 นักวิทยาศาสตร์ยังคงทำงานเกี่ยวกับแบบจำลองที่อธิบายอย่างครบถ้วนว่าเครื่องมือ Golgi ทำงานอย่างไร

ประเด็นหนึ่งที่ถกเถียงกันก็คือการที่สินค้าเคลื่อนตัวจากหน้า cis ไปสู่หน้า trans

นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่าถุงน้ำจะบรรทุกของจากกระเป๋าเก็บน้ำหนึ่งไปยังอีกถุงหนึ่ง นักวิจัยคนอื่นๆ คิดว่าถังเก็บน้ำนั้นเคลื่อนที่ได้เอง โดยที่พวกมันจะเคลื่อนตัวจากช่อง cis ไปยังช่องเก็บสัมภาระของทรานส์ และบรรทุกสินค้าไปด้วย

อย่างหลังคือ แบบจำลองการเจริญเติบโต.