Апарат Гольджі: функція, структура (з аналогією та діаграмою)

Більшість людей створили клітинну модель для наукового ярмарку або наукового проекту в класі, і мало хто еукаріотична клітина компоненти так само цікаво дивитись або будувати, як і Апарат Гольджі.

На відміну від багатьох органели, які, як правило, мають більш рівномірну та часто круглу форму, апарат Гольджі - також званий комплексом Гольджі, тілом Гольджі або навіть просто Гольджі - являє собою серію плоских дисків або мішків, складених разом.

Для випадкового спостерігача апарат Гольджі виглядає як пташиний вигляд лабіринту або, можливо, навіть шматочка цукерки зі стрічки.

Ця цікава структура допомагає апарату Гольджі зі своєю роллю як частина ендомембранна система, що включає тіло Гольджі та кілька інших органел, включаючи лізосом і ендоплазматичний ретикулум.

Ці органели з’єднуються між собою, щоб змінювати, упаковувати та транспортувати важливий клітинний вміст, такий як ліпіди та білки.

Аналогія апарата Гольджі: апарат Гольджі іноді називають пакувальним заводом або поштовим відділенням клітини, оскільки він отримує молекули та вносить зміни їм потім сортують і адресують ці молекули для транспортування до інших районів клітини, як це робить пошта з листами та пакунками.

Будова апарату Гольджі має вирішальне значення для його функції.

Кожен із плоских мішків мембрани, які складаються разом, утворюючи органели, називаються цистерни. У більшості організмів цих дисків чотири-вісім, але деякі організми можуть мати до 60 цистерн в одному тілі Гольджі. Проміжки між кожною сумкою настільки ж важливі, як і самі мішечки.

Ці простори - апарат Гольджі просвіт.

Вчені ділять тіло Гольджі на три частини: цистерни, розташовані поруч з ендоплазматичним ретикулумом, який є цис відсік; цистерни далеко від ендоплазматичної сітки, яка є переклад відсік; і середні цистерни, звані медіальна відсік.

Ці мітки важливі для розуміння того, як працює апарат Гольджі, оскільки крайні сторони, або мережі, тіла Гольджі виконують дуже різні функції.

Якщо ви думаєте про апарат Гольджі як про завод з упаковки клітини, ви можете візуалізувати цис-бік або цис-лицьову сторону як приймальний причал Гольджі. Тут апарат Гольджі приймає вантаж, відправлений з ендоплазматичної сітки через спеціальні транспортери, які називаються везикулами.

Протилежна сторона, яка називається поперечною поверхнею, - це транспортний причал кузова Гольджі.

Після сортування та упаковки апарат Гольджі виділяє білки і ліпіди від транс-обличчя.

Органела завантажує білок або ліпідний вантаж транспортери везикул, які відходять від Гольджі, призначені для інших місць у камері. Наприклад, деякі вантажі можуть надходити до лізосоми для переробки та деградації.

Інший вантаж може навіть потрапити поза клітину після доставки до плазматичної мембрани клітини.

Клітина цитоскелет, який є матрицею структурних білків, які надають клітині форму і допомагають впорядковувати її вміст, закріплює тіло Гольджі поблизу ендоплазматичної сітки та клітини ядро.

Оскільки ці органели спільно працюють над створенням важливих біомолекул, таких як білки та ліпіди, для них є сенс створювати магазини в безпосередній близькості один від одного.

Деякі з білків цитоскелета, т.зв. мікротрубочки, діють як залізничні колії між цими органелами, а також іншими місцями в камері. Це полегшує транспортним везикулам переміщення вантажу між органелами та кінцевими пунктами призначення в камері.

Те, що відбувається в Гольджі між прийняттям вантажу в сторону СНД і його відправленням знову на транзиті, є однією з основних робіт апарату Гольджі. Рушійною силою цієї функції також керуються білки.

Мішки для цистерн у різних відділеннях тіла Гольджі містять особливий клас білків, який називається ферменти. Специфічні ферменти в кожному мішечку дозволяють йому модифікувати ліпіди та білки, коли вони проходять від цис-лицьової частини через медіальний відділ на шляху до транс-фейсової.

Ці модифікації, здійснені різними ферментами в мішках цистерн, вносять величезну різницю в результати модифікованих біомолекул. Іноді модифікації допомагають зробити молекули функціональними та здатними виконувати свою роботу.

В інший час модифікації діють як етикетки, які інформують центр доставки апаратів Гольджі про кінцевий пункт призначення біомолекул.

Ці модифікації впливають на структуру білків та ліпідів. Наприклад, ферменти можуть видаляти бічні ланцюги цукру або додавати до вантажу групи цукру, жирних кислот або фосфатних груп.

•••Наукове

Специфічні ферменти, присутні в кожній з цистерн, визначають, які модифікації відбуваються в цих мішках цистерни. Наприклад, одна модифікація розщеплює цукрову маннозу. Зазвичай це відбувається в попередніх цис-або медіальних відділах на основі присутніх там ферментів.

Інша модифікація додає цукрову галактозу або сульфатну групу до біомолекули. Як правило, це трапляється наприкінці подорожі вантажу крізь кузов Гольджі в транс-відділенні.

Оскільки багато модифікацій діють подібно до міток, апарат Гольджі використовує цю інформацію на перетині, щоб переконатись, що нещодавно змінені ліпіди та білки потрапляють у правильне місце призначення. Ви можете собі це уявити, як поштове відділення, що штампує пакети з етикетками адрес та інші інструкції з доставки для обробників пошти.

Організм Гольджі сортує вантаж на основі цих ярликів і завантажує ліпіди та білки у відповідні транспортери везикул, готовий до відправлення.

Багато змін, що відбуваються в цистернах апарату Гольджі, є посттрансляційні модифікації.

Це зміни, внесені в білки після того, як білок вже побудований і складений. Щоб зрозуміти це, вам потрібно буде рухатися назад у схемі синтезу білка.

Усередині ядра кожної клітини знаходиться ДНК, яка діє як план для побудови біомолекул, як білки. Повний набір ДНК, зателефонував геном людини, містить як некодуючі ДНК, так і гени, що кодують білок. Інформація, що міститься в кожному кодуючому гені, дає інструкції щодо побудови ланцюгів амінокислот.

Зрештою ці ланцюги складаються у функціональні білки.

Однак це не відбувається в масштабі один на один. Оскільки людських білків значно більше, ніж у геномі кодуючих генів, кожен ген повинен мати здатність продукувати кілька білків.

Подумайте про це так: якщо вчені підрахують, що людей близько 25 000 гени і понад 1 мільйон людських білків, це означає, що люди потребують у 40 разів більше білків, ніж у них є окремі гени.

Рішенням для створення такої кількості білків із такого порівняно невеликого набору генів є посттрансляційна модифікація.

Це процес, за допомогою якого клітина вносить хімічні модифікації до новоутворених білків (і старих білків в інший час) з метою змінити те, що робить білок, де він локалізується та як він взаємодіє з іншими молекули.

Існує кілька загальних типів посттрансляційних модифікацій. Сюди входять фосфорилювання, глікозилювання, метилювання, ацетилювання та ліпідування.

• Фосфорилювання: додає фосфатну групу до білка. Ця модифікація, як правило, впливає на клітинні процеси, пов’язані з ростом клітин та сигналізацією клітин.

• Глікозилювання: виникає, коли клітина додає до білка цукрову групу. Ця модифікація особливо важлива для білків, призначених для плазматичної мембрани клітини, або для секретованих білків, які потрапляють поза клітину.

• Метилювання: додає метильну групу до білка. Ця модифікація добре відома епігенетичний регулятор. Це в основному означає, що метилювання може вмикати або вимикати вплив гена. Наприклад, люди, які переживають масштабну травму, таку як голод, передають своїм дітям генетичні зміни, щоб допомогти їм пережити майбутню нестачу їжі. Одним з найпоширеніших способів передати ці зміни від одного покоління до іншого є метилювання білка.

• Ацетилювання: додає ацетильну групу до білка. Роль цієї модифікації не зовсім зрозуміла дослідникам. Однак вони знають, що це загальна модифікація для гістони, які є білками, які виконують роль шпулі для ДНК.

• Ліпідність: додає ліпіди до білка. Це робить білок більш протилежним воді, або гідрофобним, і дуже корисний для білків, що входять до складу мембран.

Посттрансляційна модифікація дозволяє клітині будувати найрізноманітніші білки, використовуючи відносно невелику кількість генів. Ці модифікації змінюють поведінку білків і, отже, впливають на загальну функцію клітин. Наприклад, вони можуть збільшувати або зменшувати клітинні процеси, такі як ріст клітин, їх загибель та сигналізація.

Деякі посттрансляційні модифікації впливають на функції клітин, пов’язані із захворюваннями людини, тому з’ясуємо, як і чому відбуваються модифікації, може допомогти вченим розробляти ліки чи інші методи лікування для цього здоров’я умови.

Як тільки модифіковані білки та ліпіди потрапляють на поверхню, вони готові до сортування та завантаження в транспортні міхури, які транспортуватимуть їх до кінцевих пунктів призначення в клітині. Для цього кузов Гольджі покладається на ті модифікації, які діють як ярлики, повідомляючи органелі куди відправити вантаж.

Апарат Гольджі завантажує відсортований вантаж у транспортери везикул, які відпливаються від тіла Гольджі і відправляються до кінцевого пункту призначення, щоб доставити вантаж.

A везикула звучить складно, але це просто частинка рідини, оточена мембраною, яка захищає вантаж під час везикулярного транспортування. Для апарату Гольджі існує три типи транспортних везикул: екзоцитозний везикули, секреторна везикули і лізосомальний везикули.

І екзоцитотичні, і секреторні везикули поглинають вантаж і переміщують його до клітинної мембрани для вивільнення за межі клітини.

Там везикула зливається з мембраною і випускає вантаж за межі клітини через пору в мембрані. Іноді це трапляється відразу після стикування на клітинна мембрана. В інший час транспортна везикула стикується з клітинною мембраною, а потім зависає, очікуючи сигналів ззовні клітини, перш ніж випустити вантаж.

Хорошим прикладом екзоцитотичного вантажного міхура є антитіло, що активується імунною системою, і йому потрібно покинути клітину, щоб виконати свою роботу по боротьбі з патогенами. Нейромедіатори, такі як адреналін, є типом молекули, яка покладається на секреторні везикули.

Ці молекули діють як сигнали, що допомагають координувати реакцію на загрозу, наприклад, під час "бійки або втечі".

Лізосомні транспортні пухирці переміщують вантаж до Росії лізосома, який є центром переробки клітини. Цей вантаж, як правило, пошкоджений або застарілий, тому лізосома позбавляє його частин і погіршує небажані компоненти.

Тіло Гольджі, без сумніву, є складною і стиглою областю для постійних досліджень. Насправді, незважаючи на те, що Гольджі вперше побачили в 1897 році, вчені все ще працюють над моделлю, яка повністю пояснює, як працює апарат Гольджі.

Одним із напрямів дискусій є те, як саме вантаж рухається від цис-фасаду до транс-фасета.

Деякі вчені вважають, що везикули переносять вантаж від одного мішка цистерни до іншого. Інші дослідники вважають, що цистерни самі рухаються, дозріваючи, переходячи з цис-відділення в транс-відділення і перевозячи вантаж із собою.

Останнє є модель дозрівання.